mars/avril 2016

Une histoire de conversion

De nos jours, les véhicules alimentés au diesel et au gaz naturel sont monnaie courante sur nos routes. Cependant, hors des sentiers battus et dans le monde minier, cette technologie bicarburant se trouve encore en territoire inexploré.

Par Alexandra Lopez-Pacheco

Actuellement, le chemin le plus court pour faire des économies de carburant grâce au mélange gaz naturel/diesel consiste à avoir recours à la conversion sur le marché secondaire, mais les fabricants de moteurs s'affairent à développer des options bicarburants et fonctionnant à 100 % au GNL | Avec l'aimable autorisation de GFS

En Amérique du Nord, la technologie permettant de transformer le gaz naturel liquéfié (GNL) en carburant pour les moteurs de véhicules est passée du point mort dans les années 1960 à la première vitesse au début des années 1980, puis à la deuxième vitesse au cours des dix dernières années à mesure qu'augmentaient les préoccupations en termes de prix du pétrole et de changement climatique. Actuellement, on utilise le GNL comme carburant brûlant sans résidus dans des milliers de camions de transport et de bennes à ordures, dans les transports en commun, les bus scolaires et les navires. Rien qu'au Canada, plus de 15 fabricants de camions et de bus vendent des véhicules équipés de moteurs bicarburants au GNL. Cependant, personne ne vend encore d'engins miniers fonctionnant uniquement au GNL. La raison en est que ces engins n'existent pas encore, ou du moins pas dès leur sortie de l'usine.

La situation devrait cependant évoluer au cours des années à venir. « Si l'on considère le cycle des 25 prochaines années », déclarait Sudhanshu Singh, directeur de produit pour les gros engins miniers chez Caterpillar, « ce changement présentera un grand intérêt pour nos clients travaillant sur des sites dotés d'une infrastructure adaptée au GNL, car il leur permettra de réduire les coûts de carburant de leurs camions de transport ». Le GNL est un gaz naturel qui a été liquéfié par abaissement de la température à -162° Celsius. Cette technologie a initialement été développée pour le transport en toute sécurité de gaz sur des navires et des camions, car il ne s'enflamme pas sous sa forme liquide. Pour l'utiliser comme carburant, le gaz naturel liquéfié (GNL) doit être soumis à une technologie de vaporisation pour retrouver sa forme gazeuse. « Quand il atteint le moteur, le GNL s'est vaporisé sous sa forme gazeuse à des températures et des pressions normales. Ainsi, nous n'utilisons pas le carburant sous sa forme liquide directement dans le moteur comme on utilise du diesel liquide ou de l'essence », expliquait Jason Green, président et directeur des techniques informatiques chez GFS Corp., qui se spécialise dans les technologies de conversion du gaz naturel pour les moteurs diesel depuis 1988.

Le GNL génère entre 20 et 35 % d'émissions de gaz à effet de serre (GES) en moins que les carburants de transport traditionnels, et avant la chute du prix du diesel, il s'accompagnait d'une réduction de 30 % des coûts de carburant. Même avant le déclin des prix de l'énergie, la technologie bicarburant pour les engins miniers était très en retard et ce, malgré que le diesel représente l'une des deux plus grosses dépenses pour une exploitation minière. La raison en est que les camions de transport miniers sont gigantesques et évoluent dans des environnements extrêmes et exigeants. Il a fallu renforcer cette technologie et la rendre plus robuste, sans pour autant compromettre le couple mécanique et la puissance en chevaux des camions. En outre, il fallait s'assurer qu'elle fonctionne avec les moteurs diesel existants.

Modernisons l'équipement

« Pour notre flotte existante, nous devons déterminer comment introduire ce carburant gazeux tout en conservant le matériel fonctionnant au diesel dont nous disposons déjà, car le camion doit également pouvoir fonctionner avec 100 % de diesel », expliquait M. Green.

Les camions de transport consomment en outre beaucoup de carburant, aussi il est important que la capacité de stockage soit suffisante pour que le camion assure un poste de travail complet sans interruption. Jusqu'ici, le plus difficile était de trouver le bon endroit et suffisamment d'espace dans les camions de transport.

La société GFS est persuadée qu'elle a surmonté ces difficultés et les autres. « Nos systèmes permettent aux moteurs existants de fonctionner en toute sécurité au gaz naturel », expliquait M. Green. « Parallèlement, pour les produits miniers, nous avons conçu tous les composants et les commandes moteurs nécessaires, et avons mis au point une technologie exclusive de stockage et de vaporisation du GNL pour stocker en toute sécurité le gaz naturel à bord d'un camion de transport minier. »

En 2013, GFS était l'une des premières sociétés à introduire sur le marché un kit de conversion pour les camions de transport miniers. Son système, baptisé EVO-MT System, est spécifiquement conçu pour convertir les moteurs des tombereaux 777B, C et D et 793B, C et D de Caterpillar, ainsi que ceux des camions de transport 830 DC/AC et 930E de Komatsu en des moteurs bicarburants fonctionnant au gaz et au diesel. Ce système remplace jusqu'à 60 ou 70 % du diesel que le moteur utiliserait autrement par du GNL et dispose d'un espace de stockage suffisant pour permettre au moteur de fonctionner sans interruption pendant 12 heures avant qu'un ravitaillement soit nécessaire. Chaque conversion vaut entre 150 000 et 300 000 $ en fonction du modèle du camion. « La performance du camion n'est pas affectée. Dans le domaine de l'exploitation minière, le seuil de tolérance du client est nul, même si un changement spécifique lui permet de réaliser de grandes économies », indiquait M. Green. « Si cette technologie affecte la production ou la capacité des camions à fonctionner, elle est vouée à l'échec. »

Mise à l'essai

En janvier, Teck Resources a lancé son premier programme pilote au Canada pour tester six camions de transport 830 et 930 de Komatsu équipés du système de GFS sur son site minier de Fording River en Colombie-Britannique (C.-B.).

FortisBC était un partenaire important dans ce projet ; elle possède et exploite les deux seules installations au GNL de Colombie-Britannique, l'une à Delta qui remonte à 1971, et l'autre sur l'île de Vancouver, construite en 2011.Cette société spécialisée dans l'énergie a aidé Teck à couvrir les frais liés à la conversion des moteurs des camions et lui a offert une solution abordable en termes de coût d'investissements. Elle a construit une installation de stockage pour l'avitaillement en carburant à Fording River, site dont elle est propriétaire et qu'elle exploite. Une fois le projet terminé, Teck aura la possibilité de racheter l'installation ou de continuer à faire appel aux services de FortisBC.

La technologie d'avitaillement en carburant a beaucoup évolué et est aujourd'hui approuvée et fiable, indiquait Will Smith, directeur des ventes de GNL et de GNC chez FortisBC. Elle requiert cependant certaines mesures de sécurité supplémentaires ainsi qu'une formation. « Il faut porter des gants cryogéniques, des vêtements à manches longues et des pantalons ainsi que des masques protecteurs en cas de reflux », expliquait M. Smith. « FortisBC est très sensible aux consignes de sécurité et assure la formation de ses employés pour qu'ils soient habilités à avitailler les camions. »

Selon lui, la technologie bicarburant pour les camions de transport est maintenant à notre portée. « Je ne pense pas que cette technologie soit encore problématique », indiquait-il.

Il est convaincu que la transition pour les camions de transport est en phase de se produire là où l'on trouve facilement du GNL. La seule chose qui empêche son adoption à grande échelle est que les conversions ne sont possibles que pour certains modèles et qu'aucun camion de transport n'est équipé d'un moteur bicarburant à la fabrication. « On assistera à un grand changement lorsqu'une société telle que Caterpillar lancera une offre affectant la fabrication de l'équipement d'origine », indiquait-il.

Caterpillar teste depuis quelques temps des camions alimentés au GNL. La société a obtenu de bons résultats dans l'industrie du pétrole dans le cadre d'une solution GNL installée à l'usine sur des moteurs, et elle œuvre maintenant au développement de la technologie bicarburant pour ses camions de transport, et notamment à des adaptations sur le terrain de ses camions. 

Au cours des trois dernières années, Caterpillar a développé un système qu'elle appelle technologie de mélange dynamique du gaz (DGB, de l'anglais dynamic gas blending) pour ses camions de transport dans l'industrie du pétrole, qui met le moteur en marche avec du diesel, puis passe au GNL et affiche un taux de substitution de 60 à 70 %. La société mène actuellement les dernières étapes de l'essai du moteur pour des camions de transport miniers de plus petite taille destinés aux marchés en expansion.

« Nous sommes très satisfaits des progrès réalisés jusqu'ici », indiquait M. Singh. « Nos clients veulent avoir la même puissance et le même couple mécanique [qu'avec un moteur conventionnel fonctionnant avec un carburant traditionnel]. La facilité d'entretien est un point important pour eux. Ils veulent tous ces facteurs combinés, et à un moindre coût total de possession sur le camion. Ainsi, l'installation de notre solution DGB sur des camions de plus petite taille, par exemple le modèle 785 de 150 tonnes, permet de réaliser tous ces points. » Il prévenait tout de même qu'en ce qui concerne la conversion, « les solutions proposées par des tiers pourraient ne pas fournir le même niveau de performance et ne bénéficient pas d'une garantie de l'équipementier ni d'une assurance concernant la performance des moteurs ».

Ces derniers temps, Caterpillar travaille sur un moteur bicarburant fonctionnant au GNL/diesel pour ses plus gros camions, destiné à des marchés tels que l'Amérique du Nord. Elle le teste actuellement dans ses laboratoires et tente d'augmenter le taux de substitution bien au-delà des 70 %. En outre, « la technologie permettra de considérablement réduire les émissions de gaz à effet de serre », indiquait M. Singh.

D'après lui, les essais de la société ont jusqu'ici prouvé que la technologie offrira les mêmes normes en termes de performance des moteurs et de couple mécanique que les camions de transport traditionnels.

« Nous prenons le temps de développer la technologie de manière à offrir à nos clients les meilleures performances et à les aider à économiser davantage avec nos camions qu'avec ceux de nos concurrents », indiquait M. Singh.

Les autres fabricants ne sont cependant pas convaincus que la technologie bicarburant est aussi viable qu'elle l'était deux ans en arrière, lorsque les prix du pétrole avoisinaient 100 $ le baril et les économies potentielles de carburant que procuraient les moteurs bicarburants étaient d'environ 30 %. L'un de ces fabricants de moteurs est MTU, une filiale de Rolls Royce Power Systems. D'après Ran Archer, dirigeant de l'exploitation minière à l'international chez MTU, le fabricant de moteurs d'engins de chantier n'est pas convaincu que les technologies de moteurs bicarburants constituent une option de substitution au gaz naturel suffisante pour justifier le coût d'une conversion et compenser la complexité supplémentaire de l'avitaillement, étant donné le prix relativement bas du pétrole actuellement.

Il ajoutait que toutes les sociétés minières n'ont pas facilement accès au GNL, bien que certaines en ait à disposition, particulièrement les exploitations de l'ouest des États-Unis et du Canada. Malgré l'approvisionnement restreint en gaz naturel et des facteurs économiques plus complexes en raison des faibles prix du diesel, MTU n'abandonne pas l'idée du GNL comme source de carburant pour les moteurs des engins miniers. « À cette étape, MTU prévoit d'offrir au secteur minier une solution reposant sur des moteurs fonctionnant à 100 % au GNL », indiquait M. Archer.

GFS et Caterpillar sont toutes deux persuadées que les moteurs bicarburants peuvent offrir des économies de carburant. En outre, la réduction des émissions de gaz à effet de serre que permet cette technologie ne varie pas en fonction des fluctuations du prix du pétrole. Le projet pilote de Teck Resources, par exemple, pourrait potentiellement entraîner une réduction de l'ordre de 35 000 tonnes par an des émissions de dioxyde de carbone (CO2) de sa mine Fording River. « Le gaz naturel est tout simplement un carburant plus propre. Il libère moins de particules et d'émissions de gaz à effet de serre que le pétrole. Les personnes ayant une vision à plus long terme réalisent l'avantage de faire cette transition dès maintenant, car les camions de transport restent en service pendant de longues années », déclarait M. Smith. « Nous espérons que Teck équipe d'autres camions. » Si cela venait à se produire, ajoutait-il, d'autres exploitations minières suivront sans aucun doute l'exemple.

Traduit par Karen Rolland


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