Un cadre de calcul adaptable et intégré, pour des processus renforcés en chimie et en biochimie
Ce cadre intégré, au cœur du projet, a été appliqué avec succès à quatre processus industriels. Il s'agissait d'une cristallisation pharmaceutique, de deux processus de polymérisation (en suspension et suspension inverse), d'une oxydation organique avec traitement au peroxyde d'hydrogène, et d'un système de production et de purification d'anticorps monoclonaux. Ce cadre a aidé OPTICO à atteindre son but: l'optimisation ou la révision des équipements en place, ainsi que la conception d'un nouvel équipement modulaire pour la mise au point de processus renforcés, dynamiques, adaptables et souples. Une innovation majeure du projet OPTICO a été la conception d'un cadre pleinement intégré d'intégration des processus (Process intégration, PI) constitué d'outils de modélisation, de simulation, d'optimisation et de contrôle, ainsi que d'outils en ligne de surveillance et d'analyse de processus convenant à une large gamme d'activités d'ingénierie des processus soutenues par ordinateur. «L'intégration est une méthode clé pour améliorer considérablement la durabilité des processus chimiques et biopharmaceutiques, en remplaçant les équipements actuels, peu efficaces, par de nouveaux processus intensifiés», expliquait le coordinateur du projet, le professeur Costas Kiparissides. La PI peut consister à mettre au point de nouveaux équipements et méthodes de production, capables d'améliorer considérablement la fabrication et les traitements, avec une production plus sûre, plus propre et plus économique. «Le projet OPTICO voulait faire progresser la modélisation à plusieurs échelles des systèmes chimiques et biochimiques, en intégrant dans un même cadre informatique unifié des modèles à différentes échelles temporelles et spatiales», précisait le professeur Kiparissides. Dans la pratique, OPTICO a choisi 4 techniques de base afin d'apporter et de mettre en évidence les avantages de son nouveau cadre pour les quatre processus chimiques et biochimiques sélectionnés. Les chercheurs ont équipé ces processus de capteurs en ligne, afin de surveiller la qualité en temps réel, évaluant la fiabilité via des techniques de capteurs complémentaires. Ils ont conçu de nouvelles approches pour l'étalonnage en ligne et la correction des dérives, afin d'éviter les procédures de pré et post calibrage des capteurs. Ensuite, les chercheurs ont mis en place sur les processus industriels sélectionnés un système PAT (Process Analytical Technology), afin d'interpréter les données des capteurs, de réaliser les analyses d'inférence et de contrôler des paramètres clés comme la répartition de taille des cristaux et particules, la morphologie, la composition et le degré d'agglomération. La troisième solution de soutien consistait en un ensemble de bibliothèques de modèles à plusieurs phases et plusieurs échelles, pour simuler les processus chimiques et biochimiques sélectionnés. Ces bibliothèques comprenaient des modèles de différentes échelles temporelles et spatiales, avec une structure modulaire générique permettant de générer une large gamme de processus avec peu ou pas de modification des modèles. Enfin, les chercheurs ont mis au point des outils fiables de contrôle prédictif de modèle et de contrôle non linéaire de processus (explicite et à plusieurs paramètres), pour optimiser et contrôler les processus étudiés. Ils ont employé de solides méthodes d'optimisation dynamique de contrôle prédictif pour déterminer les règles optimales de contrôle, afin d'améliorer la qualité des produits, d'optimiser la productivité des installations, et de minimiser la production de produits hors normes. Le projet a rencontré un grand succès. «La commercialisation des résultats les plus prometteurs est déjà en cours par les entreprises partenaires, via le développement de nouveaux produits et processus intensifiés», souligne le professeur Kiparissides. OPTICO a impliqué dans le développement de son cadre deux PME (FIBRE PHOTONICS et CHROMACON) représentant deux secteurs industriels. «La collaboration avec des PME est extrêmement importante car elles sont les moteurs du développement de nouveaux marchés, et donc du développement de processus chimiques et biochimiques intensifiés», explique le professeur Kiparissides. Dans l'ensemble, le professeur Kiparissides estime que la PI présente des opportunités concrètes pour les entreprises de chimie et de biochimie, et que les succès d'OPTICO renforceront la position mondiale de l'Europe sur ces secteurs essentiels, tout en respectant l'environnement.
Mots‑clés
OPTICO, cadre intégré, modélisation à plusieurs échelles, intégration de processus, PI, efficacité énergétique, optimisation
