Avril 2006 Innovations pédagogiques
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Intégration des connaissances en génie chimique à l’UdeS: L’arrimage des intégrations 2 et 3
Nicolas Abatzoglou, ing.Prof. génie chimique
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19 Avril 2006 Innovations pédagogiques
Plan de cet exposé
Nouveau paradigme éducationnel en génieLes objectifs de ce projet d’innovationLes projets d’intégration en génie chimique– Niveau 1: description– Niveau 2
• Contenu• Description• Exemple• Connaissances intégrée• Opérationalisation• Ressources
– Niveau 3Première application et constatations
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Nouveau paradigme éducationnel
Les réformes de programme d’éducation en génie sont basées sur:– l’intégration des connaissances;– le développement chez les étudiants d’une
vision globale de la réalité professionnelle;– Le développement des aptitudes à travers
la participation des étudiants à des projets près de la réalité de la vie professionnelle
Le programme de génie chimique à l’Université de Sherbrooke
comprend trois niveaux d’intégration
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Les objectifs de ce projetd’innovation pédagogique
Instaurer une méthode de réalisation efficiente et efficace du projet d’intégration S4.
Préparer les étudiants pour l’intégration finale dans les cours de Design en S7 et S8.
Consolider l’arrimage entre S4 et S7/S8 dans le nouveau programme de génie chimique.
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Le programme coop en génie chimique
1re année 2e année 3e année 4e année 5e
AUT HIV ÉTÉ AUT HIV ÉTÉ AUT HIV ÉTÉ AUT HIV ÉTÉ AUT
S-1 S-2 T-1 S-3 T-2 S-4 T-3 S-5 S-6 T-4 S-7 T-5 S-8
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Niveau 1: Le contenu
Les étudiants des sessions (S1+S2) “découvrent” un thème professionnel accompagnée de: – dévoirs de définition– quelquefois, un projet à l’échelle laboratoire
simulant un module de production industrielle
– résolution d’un problème, le plus près possible de la réalité du marché
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Niveau 2 : Le contenu
Les étudiants en sessions S4, en possession de connaisances suffisantes de système réactionnels et d’opérations unitaires– Étudient un module de production et – Définissent les détails de son protocole
d’opérationL’intégration S4 vise l’amélioration de l’efficacité de l’effort éducationnel global “en preparant les étudiants en preparant les étudiants pour leur projet d’intégration final pour leur projet d’intégration final (niveau 3)(niveau 3)””
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Niveau 2 : Description
Chaque année les professeurs choisissent une unité industrielle et ils l’analysent avec leurs étudiants en classeDe cette unité industrielle, 6-8 modules sont choisis à être étudiés de façon détaillée: réacteurs et procédés unitaires Chaque module représente un devoir indépendant étendu à être travaillé par un groupe composé au max de 4 étudiantsLes livrables incluent le choix de la technologie la plus appropriée, des calculs de conception (design), le choix des matériaux de construction, les fiches de spécifications et une évaluation des coûts.
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Niveau 2: Un exemple
Le recyclage chimique du PET par glycolyse– Le diagramme bloc– Le diagramme d’écoulement préliminaire– La définition des modules opérationnels– Les dévoirs de l’intégration de niveau 2
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Diagramme Bloc du procédé
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Une partie du diagramme d’écoulement préliminaire
En contours rouge les
modules à étudier au niveau 2
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Quelle connaissance est intégrée?
Cinq (5) cours impliqués Le cours des systèmes réactionnels est central– Le design des réacteurs est un champ approprié pour
l’intégration des connaissances
Les autres cours– Phénomènes d’échanges II– Opérations unitaires I– Matériaux en génie chimique– Planification statistique des essais
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Un module-Un devoir-Une opportunité d’intégration
Matériaux
Systèmesréactionnels
Opérationsunitaires I
Phénomènesd'échange II
Analyse statistique
Étude cinétique et bilans molaires et d'énergie du
réacteur de dépolymérisation
Base d'exécution
Principale sourced'informations
Source d'informationssecondaires
Collaboration ad hoc
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Opérationalisation…
Chaque cours réserve un % pour l’effort integration
Ce % représente 2 devoirs majeurs (20%)
6-8 devoirs sont montés et distribués aux cours intégrés selon leur contenu
L’intégration vaut 1 crédit additionnel
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Ressources au niveau 2
Le projet se trouve à sa 4e année
Sa forme actuelle est le résultat de l’effort dans le cadre de cette innovation pédagogique– Cette approche fut facilitée par la création d’une
plateforme détaillant les étapes du design des équipements ainsi qu’une liste détaillée des technologies existantes pour chaque module opérationnel
– Une banque de données fut créée contenant de l’information sur les méthodes de design par catégorie et les sources d’information
Recherche d’information
Existante
Basée sur des hypothèses
Pas absolue!
Définir les critères cruciauxdu design de l’équipement
Définir les données nécessaires pour les propriétés
des courants impliqués
Trouver toutes les alternatives technologiques satisfaisant ces
critères
Décision(s)
Contrôleà l’aide des
critères
Établir la profondeur du design d’équipement
Étapes du Design d’un équipement(A)
B
Contrôleà l’aide des
critères
Trouver les méthodes de design du type d’équipement choisi
(toutes les alternatives)
Livres de Design, Handbooks
Articles
Autres sources, dont le résultat de ce projet d’innovation
Contrôlede la méthode
choisie
Étude détaillée de la méthode de design
Liste de toutes les hypothèses et limitations
Application de la méthode de design choisie
Évaluation des résultats
Contrôled’acceptabilité
Résultat final
A
(B)
Exemple de categorisation des modules
En discontinu En continue
Systèmes réactionnels
Batch
Semi-batch
Une phase
Multi-phasiques
À agitation complète(CSTR)
À écoulement piston(PFR)
À lit fixe (PBR)
À lit fluide
À lit mobile
À transport pneumatique
Exemple de categorisation des modules
Transport de fluidesTransport et manutention de solides et solides divisés
Transport
Tuyauterie et vannes
Pompes
Compresseurs
Systèmes de vide
Convoyeurs
Trémies
Écoulement
Mélange/Ségrégation
Mélange et agitation Classification
Réduction de tailles
Granulation
Exemple de categorisation des modules
Séparation Solide-Liquide Séparation Gaz-Solide
Séparation Solide-Fluide
Filtration
Centrifugation
Décantation/Sédimentation
Floculation
Filtration
Cyclones
Lavage/Scrubbing
Précipitateurs électrostatiques
Séchage Classification
Réduction de tailles
Granulation
Cristallisation
Exemple des modules
SéparationSolide-Liquide
Filtration Floculation
Types de filtre
Choix du type
Sites Web
Fournisseurs
Monographies
Sites Web
Fournisseurs
Monographies
Dimensionnementet calcul du coût
Collègues
Fiche de spécificationBanque de données
Cours du bac degénie chimique
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Niveau 3 : Conception (Design)
Les étudiants des sessions S7/S8 participent, dans le cadre de leur cours de Design des procédés chimiques, à un projet :– situé dans une thématique définie a priori;– qui dure approximativement 12 mois;– où des groupes similaires à ceux trouvés dans
l’industrie se forment;– chaque groupe
• étudie un produit choisi et sa production industrielle dans le contexte de la thématique;
• évalue la faisabilité du projet industriel;• propose une usine de production;• procède à l’ingéniérie préliminaire;
Étapes de Design
(A)Produit visé
Collecte d’infos technologiques
Chimie du procédé
Diagramme bloc préliminaire
Procédés physiques
Étude préliminairedu marché
Évaluation économique préliminaire
Potentieléconomique
Banque de données
Choix de technologie
Diagramme bloc réviséOui
Non
B
Étapes de Design
(B)
A
Potentieléconomique
Diagramme bloc révisé
Analyse des modules opérationnels incluant les normes
environnementales et de santé & sécurité (voir Annexe 2)
Diagramme blocdétaillé
Choix technologique pour les modules opérationnels: équipements majeurs
(voir Annexe 3)
Diagramme d’écoulement préliminaire
Définition des équipements mineurs et de l’instrumentation
Diagramme d’écoulement
(P&ID)
Évaluation détaillée du procédé
Respect des Spécifications?
Ingénierie préliminaire complétée
Oui
Oui
Douteux
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Étude du marchéÉtude du marché
Définition du projetDéfinition du projet
Analyse économique etDe financement
Analyse économique etDe financement
Analyse HAZOP(Santé et sécurité)
Analyse HAZOP(Santé et sécurité) Dimensionnement et
Estimation des coûts
Dimensionnement etEstimation des coûts
Simulation du procédé
Simulation du procédé
Analyse de sensibilité
Analyse de sensibilité
Analyse d’impactenvironnemental
Analyse d’impactenvironnemental
Niveau 2
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2004; Thème: gestion des déchets solides
- Usine de recyclage de papier;- Usine de valorisation énergétique de déchets urbains;- Tri, recyclage et gazéification de déchets plastiques;- Recyclage chimique du PET.
Exemples de projets complétés
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2005; Thème: Pétrole
- Raffinerie intégrée de petrole brut conventionnel;
- Raffinerie d’huiles lourdes
- Usine petrochimique de production de polymères
Exemples de projets complétés
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19 Avril 2006 Innovations pédagogiques
Ce que nous avons appris de…
Grande opportunité de stimulation de la créativitéDifficile à battre par n’importe quelle autre forme d’enseignement classiqueUn moyen par excellence pour promouvoir l’éveil concernant les filières d’ordre socio-économique (i.e. Protocole de Kyoto) et le rôle de l’ingénieur chimique à aider la société dans ces domaineApprentissage de l’effort d’équipe et de l’importance de la COMMUNICATION; orale, écrite; formelle et informelleEffort très demandant pour les professeurs impliqués; spécialement vrai s’ils visent chaque année l’objectif d’éviter le terrain battuPour capturer l’intérêt et provoquer l’enthousiasme des étudiants il faut choisir des projets d’intérêt accru mais également réalistes dans le temps alloué et les ressources limitées
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Remerciements
Mes collègues: Maher Boulos, Michèle Heitz, François Gitzhofer, Jergy Jurewicz
M. Benoît Côté et Mme Catherine Baril
Mme Sharareh Jazayeri-Shoushtari
La Faculté de génie
Le Service de soutien à la formation
L’Université de Sherbrooke
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John C. Polanyi
“If we treasure our own experience and regard it as real, we must also treasure other people's experience.”