Essence synthétique

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Comparaison du gazole synthétique, obtenu par le procédé Fischer-Tropsch, et du gazole no 2, obtenu à partir de pétrole. L'essence synthétique est plus transparente, car moins chargée en soufre et en composés aromatiques.

L'essence synthétique est un mélange d'hydrocarbures non dérivés du pétrole, mais obtenus à partir d'une autre source telle que la houille ou le lignite.

L’essence synthétique a été produite à grande échelle pour la première fois pendant la Seconde Guerre mondiale par l'industrie chimique allemande afin d'approvisionner la Wehrmacht qui manquait de pétrole. Les territoires conquis par le Troisième Reich n'étaient en effet pas de gros producteurs de pétrole (en dehors de la Galicie et de la Roumanie), et la guerre empêchait l'Allemagne d'acheter du pétrole aux pays producteurs de l'époque après 1940. Par ailleurs, les véhicules essentiels pour la Blitzkrieg en étaient gros consommateurs.

Histoire[modifier | modifier le code]

Avant 1939[modifier | modifier le code]

Divers procédés de liquéfaction du charbon ont été élaborés avant la Seconde Guerre mondiale. Eugène Houdry, en France, fabrique de l'essence à partir de lignite (années 1920), mais le procédé est trop coûteux, et abandonné en 1930. En 1920, deux chimistes allemands, Fischer et Tropsch, parviennent à liquéfier un gaz synthétique produit à partir du charbon grâce au procédé Fischer-Tropsch.

Un autre procédé mis au point par Friedrich Bergius est appelé « liquéfaction directe ». Il consiste à faire réagir de l'hydrogène avec du charbon et des goudrons à une température de 450 °C, sous une pression de 200 atmosphères, en présence d'un catalyseur. Un composant nécessaire pour effectuer cette synthèse est le tétraéthylplomb. La compagnie General Motors en a fourni en quantité au régime nazi et ce avant même que l'usine allemande ne soit opérationnelle, juste avant l'invasion de la Pologne ; de plus, la compagnie DuPont échangea des informations techniques avec IG Farben concernant la chimie de l'éthyle, pour mettre au point le procédé[1].

L'essor dû à la Seconde Guerre mondiale[modifier | modifier le code]

Ce sont les impératifs militaires allemands qui forcent à l'usage d'essence synthétique. De nombreuses usines en fabriquent, avec des rendements variables. Certaines sont situées dans les camps de concentration (la Pologne conservera quelque temps une unité d'essai à Auschwitz). La principale usine de production d'essence synthétique était située sur le site industriel de Blechhammer. Suite à la défaite nazie, les données et rapports techniques relatifs ont été récupérés par la Technical Oil Mission (TOM) anglo-américaine[2]. L'abandon du procédé Fischer-Tropsch pour la fabrication de carburant s'imposa par la suite après la découverte des champs pétrolifères d'Arabie Saoudite : la voie synthétique ne représentait plus une alternative rentable vis-à-vis du pétrole.

Cependant, dans les années 1950, l'Afrique du Sud développa une importante industrie de produits pétroliers synthétiques. Elle y fut contrainte par deux facteurs : l'apartheid, qui causait un blocus des produits pétroliers, puis, bien plus tard, par l'arrêt des livraisons en provenance de l'Iran. L'Iran était en effet le seul fournisseur de pétrole de l'Afrique du Sud, jusqu'à la révolution qui renversa le régime du Shah.

Fabrication[modifier | modifier le code]

Ruines d'une usine allemande d'essence synthétique (Hydrierwerke Pölitz – Aktiengesellschaft) à Police (Pologne).
Article détaillé : Liquéfaction du charbon.

Un carburant de synthèse peut en théorie être produit à partir de toute matière première contenant du carbone et de l’hydrogène : charbon, biomasse (déchets agricoles, ménagers, industriels...), ou gaz naturel. Les étapes sont les suivantes :

  1. Production d’un gaz de synthèse (mélange de CO et d’H2) par vaporeformage, gazéification ou oxydation partielle ;
  2. Transformation de ce gaz en brut de synthèse composé de molécules linéaires comprenant typiquement de 1 à 80 atomes de carbone (Procédé Fischer-Tropsch) ;
  3. Hydrocraquage du brut de synthèse en produits finaux (naphta, kérosène, essence ou gazole, huiles de base pour lubrifiants, cires, produits de spécialité).

On parle des filières CTL (coal to liquids, du charbon vers les liquides), BTL (biomass to liquids, de la biomasse vers les liquides), GTL (gas to liquids, du gaz vers les liquides) en fonction de la matière première.

La principale coupe pétrolière issue de ce procédé est en général le carburant, car c'est le marché le plus vaste. Ce carburant est soit de l'essence, soit du gazole, en fonction de la variante technologique utilisée pour la conversion Fischer-Tropsch.

Ce gazole d’excellente qualité bénéficie d’un indice de cétane (combustion) très élevé : il ne contient ni soufre, ni molécule aromatique (benzène, toluène) et sa combustion produit moins de particules fines qu’un gazole traditionnel. Compte tenu de la réglementation et de sa densité plus faible, ce carburant est pour l’instant utilisé en mélange avec le gazole. Liquide, il ne nécessite aucune transformation des moteurs ni réseau de distribution dédié… Ces qualités pourraient selon ses promoteurs en faire le gazole propre des villes de demain.

L'U.S. Air Force procède de son côté à un vaste programme d'essais sur l'ensemble de sa flotte. Ces essais, qui seront achevés en 2011, ont pour objectif de réduire sa dépendance énergétique grâce à un approvisionnement de 50 % en carburants synthétiques.

Les enjeux économiques du CTL sont considérables. Le coût d’une unité industrielle est de plusieurs milliards d’euros. L’indicateur économique du coût de revient d'une unité est le « prix équivalent de pétrole brut », dont les valeurs communiquées par les industriels et dans la littérature sont extrêmement variables: de 35 à 90 dollars par baril.

L’enjeu essentiel du CTL est l'indépendance énergétique. Nombreux en effet sont les pays riches en charbon et relativement pauvres en pétrole, comme les trois géants que sont les États-Unis, la Chine et l’Inde. C’est dans ces pays que l’on trouve l’essentiel de la trentaine de projets à l’étude en 2009.

Le prix international de la Liquéfaction du charbon ("World CTL Award") a été décerné, pour l’année 2009, au Dr. Theo Lee, Vice President et Chief Technology Officer de Headwaters CTL (USA), en conclusion de la conférence World CTL 2009. Le prix 2010 sera remis à Pékin (Chine) le 15 avril en conclusion de de la conférence World CTL 2010.

Bilan environnemental[modifier | modifier le code]

En l’état actuel des connaissances techniques, la production de synfuel est aussi émettrice de CO2 que le raffinage, voire bien davantage, lorsqu’il est issu du charbon. Et l’état des technologies en fait un mode de production d’énergie très consommateur d’énergie, et donc coûteux.

Cependant, le bilan environnemental des unités de production d'hydrocarbures de synthèse peut être nettement amélioré, et prendre l'avantage sur la production conventionnelle à partir de pétrole brut, grâce à la mise en place de capture et séquestration du dioxyde de carbone, appelée "CCS" pour "Carbon Capture and Storage". Le coût du CCS est élevé dans le cas plus généralement étudié des centrales électriques au charbon, en raison surtout de la complexité de la séparation du dioxyde de carbone de l'azote de l'air. Dans une unité des productions de carburants de synthèse, ce coût est réduit d'environ 85 %, du fait que le dioxyde de carbone est séparé de l'azote par le procédé lui-même.

Le développement de la filière BTL (« Biomass-To-Liquids », gazéification de la biomasse) présente une alternative. Les biocarburants 2e génération ainsi produits utilisent l’ensemble des plantes, pailles, tiges, déchets, bois et non pas les seules graines ou fruits comme les biocarburants actuels. Mais la filière BTL n’en est qu’à ses balbutiements. Si de nombreux projets de recherche sont en cours, aucune unité industrielle n’est encore active. Cependant, des unités pilotes BTL doivent également entrer en production prochainement en Allemagne. La filière BTL est confrontée à un problème majeur car les quantités de biomasse nécessaires sont énormes : il faut donc trouver un "gisement" suffisant et résoudre également les difficultés logistiques pour acheminer toute cette biomasse vers l'usine BTL.

Le "CBTL", combinaison du Coal-To-Liquids et BTL, offre des perspectives particulièrement intéressantes sur le plan environnemental. À titre d'exemple, l'émission globale "du puits à la roue de la voiture" d'un gazole dans une unité alimentée par 85 % de charbon et 15 % de biomasse et équipée d'un CCS serait inférieure de 30 % à celle d'un gazole produit classiquement à partir de pétrole brut. Source : Department Of Energie (USA).

Le renouveau de la filière GTL[modifier | modifier le code]

Shell et PetroSA ont chacune mis en marche une unité GTL (Gas to liquids) de taille intermédiaire en 1993 : 12 500 barils/jour pour l'usine de Shell à Bintulu (Malaisie), 24 000 barils/jour pour l'usine de PetroSA à Mossel Bay (Afrique du Sud). La renaissance du GTL (encore à confirmer) date des années 2000. Sasol, Chevron, Shell, ExxonMobil, Syntroleum (en), ont notamment signé des accords avec Qatar Petroleum au Qatar, dont les réserves gazières sont considérables, mais depuis, la plupart de ces projets ont été annulés. La première unité de production est entrée en production début 2007, Oryx GTL (34 000 barils/jour), qui appartient à Sasol et Qatar Petroleum. Shell a également débuté fin 2006 la construction de Pearl GTL, usine géante de 140 000 barils/jour. Combinés, l'ensemble des unités GTL opérationnelles devraient produire à l’horizon 2011 quelque 250 000 barils/jour (la production totale de pétrole étant de l’ordre de 84 millions de barils/jour). Un autre projet important est également en cours de construction au Nigeria (Escravos GTL, 34 000 barils/jour). Tous les autres projets GTL envisagés jusqu'ici sont suspendus, que ce soit en Algérie (Tinrhert 36 000 barils/jour), Égypte, Indonésie, Bolivie, Afrique du Sud... Ce dernier reste le premier producteur de carburants synthétiques au monde (200 000 barils/jour), avec sa production issue du charbon. La Chine se lance également dans de grands projets de carburants extraits du charbon.

L’Agence internationale de l'énergie (AIE) estime à 2,4 millions de barils/jour la capacité de GTL installée à l’horizon 2030… chiffre à mettre en perspective avec la prévision concernant l’évolution de la demande à la même échéance : 120 millions de barils/jour.

En mars 2006 en Europe, 3 constructeurs automobiles (DaimlerChrysler, Renault, VW) et 2 pétroliers (Chevron, Shell) ont fondé l’AFSE (Alliance for synthetic fuels in Europe) dont l’objectif est de promouvoir ces carburants en Europe.

Le 1er février 2008 Airbus teste en condition réelle à bord d'un Airbus A380 l'utilisation du GTL en tant que carburant (mélangé avec 60 % de kérosène) pour l'un des quatre réacteurs de l'avion[3].

Perspectives[modifier | modifier le code]

Une unité de production GTL exigeant un investissement deux à trois fois plus important qu’une raffinerie et l’accès à une matière première bon marché, seuls des projets d’envergure ont pour l’instant vu le jour chez les gros producteurs de gaz naturel (Moyen-Orient, Asie, Afrique), dans des pays qui y voient une manière supplémentaire de le valoriser.

Issu d’une ressource hydrocarbure, le bilan environnemental des carburants synthétiques issus de la filière GTL reste modérément intéressant, même si des innovations technologiques peuvent l’améliorer. L’utilisation de la biomasse (BTL) pourrait en revanche présenter un potentiel intéressant, environnemental et en termes de dépendance énergétique des pays non-exportateurs d’hydrocarbures, même si ce potentiel est forcément limité compte tenu des grandes quantités de biomasse requises.

Le maintien du brut à des prix élevés devrait toutefois favoriser le développement des filières GTL, voire CTL, et amener les carburants synthétiques à occuper une place significative dans le bouquet énergétique du futur.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]