mars/avril 2012

100 ans de recherche sur les combustibles fossiles au CANMET

2ème partie : à partir des années 1950

Par D. Reeve

La première partie de ce document sur l'histoire de l'étude des combustibles fossiles par le CANMET, ancienne Division des mines, retrace le développement et l'impact des programmes, de la création de la Division en 1907 jusqu'à l'après-guerre, pendant les années 50.

De la prospérité de l'après-guerre aux années 70

Dans une période de prospérité croissante après la guerre, la Division des mines mit l'accent sur la science. L'achèvement du pipeline TransCanada et la diésélisation des voies ferroviaires aboutit à une perte des grands marchés du charbon dans les secteurs de transport et résidentiel, et la dépendance énergétique du pays passa du charbon au pétrole et au gaz naturel. Cependant, les programmes de technologie du charbon furent poursuivis, une décision qui semblait être appropriée après la crise énergétique du début des années 70.

Le programme sur la préparation du charbon avait deux objectifs : encourager les producteurs de charbon de l'est du Canada à installer des lavoirs permettant de réduire la teneur en souffre de leur charbon et de le rendre plus compétitif face au charbon haute qualité importé, et réduire la teneur en cendres des charbons friables de l'ouest du Canada. Dans le cadre de ce deuxième objectif, le Western Regional Laboratory d'Edmonton développa un hydrocyclone composé, dans lequel le charbon et des particules minérales (cendres) étaient séparées en fonction de leur poids. Cet hydrocyclone fut installé dans des lavoirs de plusieurs pays et en 1972, une unité fut installée dans la mine de DEVCO à Lingan pour réduire la teneur en soufre du charbon du Cap-Breton.

En 1958, une délégation composée de six opérateurs de charbon de l'ouest du Canada, un représentant du conseil d'administration de Dominion Coal et un expert technique de la Division des combustibles (Direction des mines) visita les aciéries japonaises en cours de reconstruction après la guerre. Après que des essais de carbonisation dans un four à coke expérimental installé dans la rue Booth démontrèrent la faisabilité du mélange de charbon canadien avec du charbon japonais pour la fabrication de coke métallurgique, 100 000 tonnes de charbon à coke canadien furent expédiées au Japon. Une seconde mission technique fut dépêchée au Japon en 1960 pour convaincre les aciéries japonaises de la qualité du charbon canadien. De nombreuses personnes estiment que le succès de cette mission permit aux producteurs de charbon de l'ouest du Canada de s'implanter sur le marché japonais. Cette grande confiance dans le travail de carbonisation réalisé par la Division des combustibles mena à la formation de la Canadian Carbonization Research Association en 1965. Cette entreprise de coopération entre l'industrie et le gouvernement réunissait des représentants des sociétés de production et de consommation de charbon.

Alors que les entreprises de charbon à coke parvinrent à vendre leurs produits au Japon, ce ne fut pas le cas des producteurs d'autres types de charbons, tels que Canmore Mines Ltd., qui produisait du semi-anthracite. Une petite unité de carbonisation verticale fut construite sur la rue Booth pour carboniser des briquettes de charbon de Canmore, ce qui mena à l'exploitation d'une unité expérimentale produisant deux tonnes par heure sur le site minier de Canmore. Finalement, une unité commerciale produisant 30 000 tonnes par an fut construite. Sa production fut vendue à l'industrie du phosphore des États-Unis.

Au début de cette période, les travaux de combustion de la Division des combustibles avaient pour but d'encourager l'utilisation du charbon au Canada par le biais de chaudières à grille ne produisant pas de fumée. Cependant, la disponibilité du pétrole offshore à bas prix mit rapidement un terme à l'utilisation du charbon. Bientôt, l'évaluation du charbon dans les appareils de chauffage domestique fut interrompue.

La Division supervisa également le développement de la combustion de charbon pulvérisé sous pression devant permettre la mise sur le marché d'une turbine à gaz destinée aux locomotives. Les producteurs de charbon et les entreprises ferroviaires furent vivement intéressés par ces travaux, car ils souhaitaient stopper la progression du pétrole dans le secteur des transports. En 1950, un accord fut signé avec l'Université McGill pour la construction et l'exploitation d'une usine de démonstration utilisant un moteur aéronautique d'une puissance de 500 CV. L'unité fut mise en service en 1953, mais l'intérêt des entreprises ferroviaires disparut lorsqu'il devint évident que le processus de diésélisation du secteur ferroviaire irait jusqu'au bout. Le projet fut donc abandonné en 1958.

Entre 1957 et 1962, des études furent menées pour améliorer la combustion du charbon du Cap-Breton dans des foyers mécaniques installés dans les chaudières des bâtiments gouvernementaux. Toutefois, la Division estimait que l'avenir thermique du charbon au Canada résidait dans son utilisation accrue pour la production d'électricité et les grandes applications industrielles. Les travaux de développement s'orientèrent donc vers la conception et l'utilisation de fours pilotes qui simulaient de façon réaliste les conditions des centrales électriques. Une unité de recherche sur la combustion fut conçue et mise sur pied pour mesurer les réactions de combustion et l'aérodynamique de la conception de la chaudière. L'unité fut d'abord utilisée pour l'évaluation des propriétés de combustion du charbon à forte teneur en souffre de l'est du Canada et des lignites de la Saskatchewan. En raison des préoccupations croissantes suscitées par la pollution de l'air, des équations d'élévation du panache furent développées pour prévoir la façon dont les gaz de combustion se disperseraient à partir de hautes cheminées. Des études de la sédimentation des particules menées sur le terrain permirent d'établir la relation entre les concentrations de dioxyde de soufre et la distance de la combustion.

En ce qui concerne le développement des technologies des sables bitumineux au cours de cette période, la Division participa à une évaluation de la faisabilité technique et économique de la production commerciale de pétrole à partir du bitume de l'Alberta. Cependant, l'intérêt du secteur resta limité en raison du développement rapide de la production de pétrole conventionnel. En ce qui concerne la valorisation du bitume, l'industrie pétrolière favorisait la cokéfaction, moins coûteuse, mais la Division des combustibles considérait que l'hydrocraquage, qui offrait un rendement supérieur, finirait par être nécessaire et que des réacteurs fonctionnant à très haute pression seraient requis.

Immédiatement après la Seconde Guerre mondiale, une délégation visita les usines allemandes qui utilisaient le procédé Bergius, une méthode de conversion directe du charbon à l'état liquide par hydrogénation. Ces installations furent exploitées à des pressions extrêmement élevées pour fabriquer du combustible et soutenir l'effort de guerre. À l'aide des informations techniques recueillies lors de cette visite, un réacteur d'hydrogénation pilote fut conçu et mis en service sur la rue Booth en 1955.

Des catalyseurs à lit fixe de molybdate de cobalt sur une base d'alumine furent tout d'abord utilisés, mais des problèmes surgirent en raison de la désactivation du catalyseur. Ces difficultés conduisirent à un nouveau programme d'étude des propriétés des catalyseurs et de leur rendement dans les procédés de raffinage. En outre, comme la structure chimique de la molécule complexe d'hydrocarbone du bitume à faible teneur d'hydrogène n'était pas bien connue, un programme de recherche fondamentale sur les substances bitumineuses fut lancé. Il visait notamment à étudier les asphaltènes présentant le plus haut poids moléculaire et la plus faible teneur en hydrogène.

L'usine pilote haute pression de la rue Booth fut démontée et réassemblée au laboratoire de Bells Corners entre 1969 et 1970. Elle fut ensuite à nouveau démontée, puis expédiée en Alberta pour utilisation par le gouvernement provincial, mais ne fut jamais réassemblée.

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