Dans de nombreux secteurs industriels, en pharmaceutique, agro-alimentaire ou en pétrochimie, mais aussi dans le traitement des eaux ou les biotechnologies, une entreprise assure une production de biens en série. Son objectif est de transformer des matières premières et de l’énergie en biens de consommation. Pour cela, elle se doit de réaliser un travail de maintenance industrielle sur ses équipements pour assurer la disponibilité de l’outil de production et doit gérer aussi bien techniquement que financièrement les ressources disponibles. Pour parvenir à ses objectifs, les entreprises ont recours à des procédés industriels.
Il est comparable à une recette de cuisine en gastronomie. Le procédé industriel est une méthode à suivre pour produire efficacement qui est décrite dans un cahier des charges appelé le « livre du procédé ». On y liste les moyens matériels à prévoir, les opérations à exécuter et les conditions (pression, débit, température, etc.) à respecter pour obtenir le produit à fabriquer, en quantité (capacité de production) et en qualité. Le procédé est ensuite matérialisé par une unité de production. Il s’agit de l’installation proprement dite, comprenant tous les appareils nécessaires à la transformation des matières premières. Pour modéliser les produits finis souhaités, les différentes matières premières vont alors être modifiées par divers procédés comme le formage, la coulée, l’assemblage, l’usinage, etc.
Ce processus est défini par l’ingénieur en Génie des Procédés qui doit donc gérer la maîtrise de l’énergie, l’utilisation optimale des matières premières naturelles ou synthétiques, la limitation de traitement des atteintes à l’environnement. Cet ingénieur peut se spécialiser dans la filière de l’agro-industrie, mais aussi en « modélisation, Conception, Optimisation des Procédés » (MCOP). En filière Thermique Énergétique, l’ingénieur se focalise sur l’optimisation énergétique des procédés dans lesquels les phénomènes de transfert thermique jouent un rôle majeur (échangeurs, fours, chaudières, turbines…), l’amélioration de l’efficacité énergétique (valorisation basses calories, stockages intermédiaires, bâtiments basse consommation…), mais aussi sur le développement de nouveaux vecteurs énergétiques (énergies renouvelables…). Enfin, la branche « qualité, sécurité, environnement » regroupe des spécialistes en ingénierie des procédés chargés de concevoir, exploiter, garantir des procédés ou des produits respectueux des certifications et exigences en termes de qualité, sécurité et respect de l’environnement. L’utilisation des procédés industriels peuvent en effet engendrer des sous-produits susceptibles d’être néfastes pour l’environnement. L’ingénieur QSE est donc chargé de la minimisation des pollutions et de la conception de procédés propres.
Les procédés industriels permettent d’obtenir en grande quantité des produits qui autrement seraient relativement difficiles ou coûteux à obtenir. Il est fréquent que la mise en place d’un procédé industriel ait un coût élevé. La rentabilité de cet investissement est alors liée à la production en grande quantité. Bien définir les procédés de fabrication à échelle industrielle est une étape cruciale pour toute société car cela permet un gain de temps et donc une meilleure productivité. Cela permet également d’établir le dimensionnement de projet industriel, avec un équipement parfaitement calibré pour ses besoins industriels.
Le processus est décrit dans un « schéma de tuyauteries et instrumentation du processus », aussi appelé schéma TI. Ce schéma représente les différents composants, à savoir, les équipements propres au processus lui-même. Les équipements statiques, d’abord, sont nécessaires pour les opérations de transport et de stockage (tuyauterie industrielle, cuve de mélange industriel, cuve de stockage, etc.). Puis viennent les équipements dynamiques pour les opérations de transformation (fours, tours de distillation, séparateurs, échangeurs, etc.). Enfin, sont schématisés les équipements de contrôle. Afin de vérifier la pression, le débit, les niveaux ou la température, on a recours aux instruments de mesure (indicateurs locaux, transmetteurs, régulateurs…) mais aussi aux organes de sécurité et protection comme les alarmes ou les soupapes. Les systèmes de commandes automatiques permettent de moduler ou de sectionner les flux de matières via les vannes motorisées de sectionnement, les vannes régulatrices, les pompes, les ventilateurs etc.
Ces derniers équipements de sécurité et contrôle sont cruciaux car ce sont eux qui permettent de contrôler les quatre grandeurs physiques : la pression, le niveau, le débit et la température, propres à tout secteur industriel. Les ingénieurs en charge du génie des procédés sont également chargés d’analyser d’autres mesures comme la qualité spécifique d’un corps (sa masse volumique, sa viscosité, la pression de la vapeur, etc.). Ils doivent pouvoir détecter un changement d’état (solidification, vaporisation, etc.), et définir la composition chimique d’un corps ou le pH d’une solution.