« Pétrochimie » : différence entre les versions
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[[Fichier:Veduta del Petrolchimico di Gela.jpg|thumb|right|300px|Complexe pétrochimique (ici à [[Gela]] en [[Italie]]).]] |
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La '''pétrochimie''' est l'art d'utiliser les produits de base issus du [[pétrole]] pour fabriquer d'autres produits qui n'existent pas dans la nature. Ces fabrications sont, en général, basées sur la transformation, via des réactions chimiques appropriées, des constituants en d'autres constituants en présence de catalyseur ou non. |
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La '''pétrochimie''' est (au sein de la [[carbochimie]]) l'ensemble des [[technologie]]s étudiant ou utilisant le [[pétrole]] ou le [[gaz naturel]] (principalement composé de [[méthane]] et d'[[éthane]]) pour fabriquer des composés chimiques synthétiques (existant ou non dans la nature ; dans le dernier cas, ces composés sont dits « artificiels »). Ces techniques reposent sur des [[réaction chimique|réactions chimiques]], souvent [[catalyseur|catalysées]]<!--Voir page de discussion avant de rajouter commentaire tel que : ce qui pollue.-->. Les [[Distillation|distillats]] naturels et le [[gaz de schiste]] sont des matières premières apparentées également employées. |
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C'est ainsi qu'à partir du pétrole on peut fabriquer des matières plastiques de toutes sortes employées ensuite comme matières premières dans l'élaboration des matériaux de construction et d'autres produits dans l'industrie électrique, électronique, le textile, l'aéronautique et autres. |
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Le monde est devenu très dépendant des [[Matière plastique|matières plastiques]]<ref>{{en}} Geyer R, J.R. Jambeck et K.L. Law, ''Production, use, and fate of all plastics ever made'', ''Science Advances'', vol. 3/7, 2017, e1700782, {{doi|10.1126/sciadv.1700782}}.</ref> et des [[engrais de synthèse]]<ref>{{en}} International Fertilizer Association (IFA), [http://ifadata.fertilizer.org/ucSearch.aspx International Fertilizer Association Database], 2018.</ref>, et donc de la pétrochimie qui les produit, elle-même très dépendante des [[ressources fossiles]]<ref>{{en}} Levi P.G. et J.M. Cullen, {{doi|10.1021/acs.est.7b04573}}, ''Mapping global flows of chemicals: From fossil fuel feedstocks to chemical products'', ''Environmental Science and Technology'', vol. 52/4, 2018, p. 1725-1734.</ref>. Dans une étude prospective de l’[[Agence internationale de l'énergie|AIE]], un scénario baptisé « Technologies propres » (2018) est le seul compatible avec l’atteinte des [[objectifs de développement durable]] (ODD) de l'ONU, et dans ce scénario, la pétrochimie reste l'unique {{Citation|segment en croissance de la demande mondiale de pétrole}} dans la période de [[transition énergétique]] de 2018 à 2050<ref name=ConnaissanceEnergies2018/>. |
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Par exemple, comme on a vu précédemment dans le dernier article (voir: [[Raffinage du pétrole]]), la coupe naphta issue de la distillation atmosphérique, peut servir de charge à une unité de vapocraquage (ou craquage à la vapeur). Ce naphta peut être '''craqué''' dans un vapocraqueur, et donne des produits insaturés, fragiles et susceptibles d'être transformés en matières plastiques et d'autres produits cosmétiques et pharmaceutiques. |
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En 2017, la pétrochimie absorbe 13 millions de [[baril]]s de [[pétrole brut]] chaque jour et 300 milliards de m{{3}} de gaz, ce qui en fait le secteur le plus ''carboné'' de l'industrie après le secteur de la production d'énergie (il a compté cette année-là pour 14 % de la [[consommation mondiale de pétrole]] et 8 % de la consommation de gaz)<ref name=ConnaissanceEnergies2018> Connaissance des énergies (2018) « [https://www.connaissancedesenergies.org/la-petrochimie-principal-moteur-de-la-consommation-future-de-petrole-181005 ''La pétrochimie, principal moteur de la consommation future de pétrole ?''] », 5 octobre 2018.</ref>, en contribuant fortement aux émissions de [[gaz à effet de serre]] (3ème émetteur mondial de {{CO2}} industriel si l'on ne tient pas compte des émissions indirectes<ref name=rapportAIE2018/>. C'est un secteur en expansion continue qui a consommé en 2017 près de 10 % de l’énergie finale disponible au niveau mondial. À lui seul il engloutit presque le tiers des besoins industriels d’énergie. Mondialement, c’est le second consommateur de pétrole<ref name="rapportAIE2018" /> (14 %) après le secteur du transport (56 %) et devant celui du bâtiments (8 %) ou la production d’électricité (5 %). Il a aussi consommé 8 % de tout le gaz extrait<ref name=ConnaissanceEnergies2018/> et pourrait selon l'AIE être la source de près de 50 % des besoins supplémentaires en pétrole de [[2018]] à [[2050]]<ref name=rapportAIE2018>AIE (2018), [https://www.connaissancedesenergies.org/sites/default/files/pdf-actualites/the_future_of_petrochemicals.pdf The Future of Petrochemicals Towards more sustainable plastics and fertilisers], rapport, 132 pages.</ref>. |
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Un '''vapocraqueur''' est une unité de pétrochimie servant à fabriquer de l'[[éthylène]] et du [[propylène]] deux produits indispensables dans la fabrication du polyéthylène et du polypropylène, deux matières plastiques bien connues. |
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== Histoire == |
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En effet, en faisant passer les produits intermédiaires obtenus soit par distillation, soit par des unités secondaires, dans des unités spécifiques de pétrochimie on obtient des '''''matières premières''''' susceptibles d'être transformés en des produits qui n'existent pas dans la nature. |
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La carbochimie trouve des racines primitives dans l'[[Antiquité]], mais elle ne s'est développée en tant que secteur industriel que quand le pétrole est devenu abondant, lors de la seconde [[révolution industrielle]]. |
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L'accès à une grande quantité de [[Combustible fossile|ressources fossiles]] ([[charbon]] dans un premier temps) a lancé la [[carbochimie]], puis l'accès au pétrole a lancé la pétrochimie qui s'est inspirée des principes de la carbochimie, aux États-Unis, puis en Europe puis en Asie et moindrement en Afrique et Amérique du Sud. La [[Parkesine]], plastique inventé par [[Alexander Parkes]] en [[1856]], est l'une de ses premières productions mais ce n'est qu'après la [[Seconde Guerre mondiale]], bien après l'invention (vers 1900) du craquage à la vapeur, que la pétrochimie s'est vraiment développée en générant des multinationales de première importance ({{ex}} [[Groupe Total]] créé en France sous le nom de « [[Compagnie française des pétroles]] » lors de la reconstruction, en mars [[1924]] pour exploiter du pétrole au [[Moyen-Orient]], en [[Irak]]<ref>Doessant B. (2009), ''Nouvelles des archives : Les archives historiques du groupe Total : aux sources de l'histoire pétrolière'', ''Entreprises et Histoire'', (55), 146.</ref>). |
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Le [[gaz naturel]] peut également fournir des matières premières, du méthane, de l'éthane pour la pétrochimie. Nous allons voir les différents schémas de transformations de ces produits en d'autres composés organiques dont les termes ultimes de transformations sont : |
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Au début du {{s-|XXI}}, elle connait de nouveaux développements<ref>METI (Ministry of Economy, Trade and Industry) (2016), Future Supply and Demand Trend of Petrochemical Products Worldwide, Tokyo, www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/mono/chemistry/sekkajyukyuudoukou201506.html</ref> et devrait encore considérablement se développer entre 2015 et 2050. Cependant dans le monde depuis les années 1970 une partie des raffineries ferment et/ou cherchent une reconversion vers la [[chimie verte]] et les [[agrocarburants]] ou plus largement vers les [[biocarburants]]<ref>Montpetit A., Klein J.L. et Trudelle C., ''[http://paperroom.ipsa.org/app/webroot/papers/paper_39299.pdf Actions innovatrices dans une filière ancienne : perspective environnementale de reconversion de la pétrochimie dans l’Est de Montréal]'', Université du Québec à Montréal.</ref>. |
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* des matières plastiques, |
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* des solvants, |
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* des résines, |
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* des fibres synthétiques, |
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* des détergents, |
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* des plastifiants, |
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* des élastomères, |
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* des adhésifs, |
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* du polyester, |
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* du Nylon, |
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* des médicaments, |
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* des cosmétiques. |
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* des engrais |
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La pétrochimie est basée principalement sur deux types de procédés : |
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En [[2018]], son plus grand représentant est [[BASF]], un groupe chimique allemand devenu [[multinational]] (plus de 95 000 salariés et un bénéfice de {{nobr|6,7 milliards}} d'euros en 2016) comprenant plus de {{nobr|160 filiales}} et coentreprises, opérant sur plus de {{nobr|150 sites}} de production dans le monde entier pour des clients industriels présents dans plus de {{nobr|200 pays}}. |
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* par craquage à la vapeur, |
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* par procédés d'extraction. |
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== Exemples == |
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mais aussi, par réformage à la vapeur du gaz naturel ou des naphthas elle débouche sur la production d'hydrogène qui sert, au-delà de son utilisation comme vecteur énergétique et vecteur pétrochimique dans les hydrotraitements, à la fabrication de l'ammoniac puis des engrais, du méthanol et des alcools oxo, entre autres. |
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[[Fichier:Anacortes Refinery 31911.JPG|vignette|Raffinerie de pétrole]] |
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Lors du [[raffinage du pétrole]], le [[naphta]] issu de la [[distillation atmosphérique]] peut être ''craqué'' à la vapeur dans un [[vapocraqueur]] pour produire des produits insaturés (fragiles) facilement transformés en [[Matière plastique|matières plastiques]] et d'autres molécules et matériaux (par exemple utilisés par la [[cosmétique]] industrielle ou l'[[agropharmacie]]). La pétrochimie produit de plus en plus de matières plastiques réutilisées comme matières premières, principalement dans les secteurs de la construction et dans l'industrie électrique, électronique, le textile, l'aéronautique et autres. |
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== Étapes == |
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Avec le premier type de procédés, on obtient des '''oléfines''' tandis qu'avec le deuxième type, on extrait des '''aromatiques'''. Les oléfines et les aromatiques sont des matières premières qu'on appelle des '''grands intermédiaires''' servant dans l'industrie des plastiques, pharmaceutique, cosmétique, électronique, aéronautique et du textile. |
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La première étape est la fabrication par [[vapocraquage]] des grands intermédiaires de la famille des [[oléfine]]s ([[éthylène]], [[propylène]]) et des [[Composé aromatique|aromatiques]] ([[benzène]], [[toluène]], [[xylène]]). La pétrochimie est à l’origine de milliers de produits de la vie courante : matières plastiques, fibres synthétiques (polyester, nylon), caoutchouc, médicaments, cosmétiques{{etc.}}<ref>{{lien brisé|url=http://www.ufip.fr/?rubrique=petrodico&lettre=P&id=147#4 |titre=''Pétrodico'', dictionnaire des termes pétroliers}}.</ref>. |
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En effet, en faisant passer les produits intermédiaires obtenus soit par distillation, soit par des unités secondaires, dans des unités spécifiques de pétrochimie on obtient des matières premières susceptibles d'être transformées en des produits qui n'existent pas dans la nature. |
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== Vapocraqueur == |
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== Utilité == |
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Ce procédé est un procédé utilisé en pétrochimie, mais le raffineur en profite pour récupérer les sous produits tels que les C3, C4, C5 et le raffinat pour être utilisés dans la composition des carburants. |
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Il y a de nombreux schémas de transformations de produits pétrogaziers en d'autres composés organiques ou organométalliques, donnant des produits aussi variés que : |
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* des [[solvant]]s ; |
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* des [[détergent]]s ; |
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* des [[médicament]]s ; |
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* des [[colorants alimentaires]] ; |
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* des [[cosmétique]]s ; |
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* des [[engrais]] ; |
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* des [[pesticides]] ; |
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* et l'immense domaine des [[matières plastiques]], qui englobent notamment : |
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** des [[résine]]s, |
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** des fibres synthétiques, |
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** des [[plastifiant]]s, |
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** des [[élastomère]]s, |
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** des [[adhésif]]s, |
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** le [[polyester]], |
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** le [[nylon]]. |
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== Procédés == |
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En effet, l'objectif de ce procédé est de produire de l'éthylène (C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>) et du propylène (C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>) qui sont des bases dans la fabrication du [[polyéthylène]] et du [[polypropylène]] par polymérisation. |
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Il s'agit dans tous les cas de produire des oléfines et/ou des [[hydrocarbure]]s aromatiques, qui sont des matières premières qu'on appelle « ''grands intermédiaires'' », utilisés par l'industrie des plastiques, agropharmaceutique (pesticides, médicaments humains et vétérinaires), cosmétique, électronique, aéronautique et textile. |
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La pétrochimie est basée principalement sur deux types de procédés : |
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La charge utilisée est du naphta venant de la raffinerie ou acheté à l'extérieur. |
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# Vapocraquage (ou craquage à la vapeur), [[Reformage catalytique|reformage]] à la vapeur du gaz naturel ou de [[naphta]]s ; il produit de l'hydrogène qui sert, au-delà de son utilisation comme [[vecteur énergétique]] et vecteur pétrochimique dans les hydrotraitements, à la fabrication de l'[[ammoniac]] puis des engrais, du [[méthanol]] et des alcools oxo, entre autres. Avec ce premier type de procédés, on obtient des oléfines ; |
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# Procédés d'extraction ; pour produire des hydrocarbures aromatiques. |
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Un vapocraqueur est une unité de pétrochimie servant à fabriquer de l'éthylène et du propylène deux produits indispensables dans la fabrication du polyéthylène et du polypropylène, deux matières plastiques connues. Ces deux produits font parties des '''grands intermédiaires'''. |
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Comme nous avons dit précédemment, dans l'industrie du pétrole on cherche toujours à maximiser la production des matières à haute valeur marchande et le fait de briser les chaînes longues pour obtenir des chaînes plus courtes est un objectif utile et profitable. |
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Il faut signaler que l'éthylène et le propylène n'existent que rarement en grandes quantités dans la nature car la nature n'aime pas les états instables. En effet, en terme de chimie on dit que ces produits sont insaturés c'est à dire que les liaisons servant à relier les atomes de carbone (ou charbon en terme simple) entre eux sont doubles, quelques atomes de carbone contenus ne sont pas reliés à un nombre suffisant d'atomes d'hydrogène. |
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Comme ces produits sont «insaturés» par nature, et comme la nature a horreur du vide (l'absence d'atome d'hydrogène laisse un «vide (atomique)» dans ces produits), ils ont tendance à se saturer en captant soit d'autres atomes d'hydrogène ou encore des atomes d'oxygène et c'est pour cette raison qu'il n'est pas fréquent de les trouver dans la nature. |
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L'opération pétrochimique consiste à prendre une coupe naphta lourd contenant des hydrocarbures saturés ayant de longues chaînes hydrocarbonées (attention tout est relatif, précédemment nous avons parlé de longues chaînes pour les gasoils et les résidus, ceux-ci ont des chaînes de plusieurs dizaines d'atomes de carbone). Ici le nombre d'atomes de carbone n'excède pas une dizaine. |
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L'unité fonctionne à très haute température et à basse pression. On introduit cette coupe naphta dans le vapocraqueur qui possède une série de réacteurs. À l'intérieur de cette unité règne une température très élevée, de l'ordre de 500 °C à 600 °C et en présence de la vapeur d'eau (de l'ordre de 50/50 en poids) laquelle réduit le «temps de résidence» et évite la formation de coke. Dans ces conditions, les molécules d'hydrocarbures du naphta se scindent en plusieurs morceaux donnant naissance à des gaz liquéfiés, de l'éthylène, du propylène, du butadiène, de l'isobutène et d'autres produits insaturés ainsi qu'une coupe appelée «raffinat» utilisée comme constituant des carburants. |
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Selon la qualité du naphta, on obtient des rendements (des productions) d'éthylène et de propylène plus ou moins élevés. En effet, pour avoir de bons rendements en éthylène et en propylène, il est recommandé d'avoir des charges bien «paraffiniques» car la structure de ces deux produits sont des chaînes paraffiniques. Comme il a été dit dans les articles précédents (voir [[Pétrole]]), un pétrole peut être paraffinique (contient beaucoup de paraffines, chaînes linéaires sans cycle), naphténique (cycles à liaisons simples) , ou aromatique (cycles avec double liaison). |
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Pour avoir une idée, à la sortie de l'unité, on a un rendement de l'ordre de 25% à 30% d'éthylène, de 15% de propylène, le reste est constitué par du méthane, de l'essence riche en aromatiques et des C4 envoyés vers l'unité d'extraction des aromatiques. |
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Le naphta n'est pas la seule charge alimentant un vapocraqueur. Toute molécule relativement longue et susceptible d'être scindée en plusieurs fragments est bonne à être «craquée». C'est ainsi qu'on peut utiliser également des gasoils et des distillats ainsi que certains composés aromatiques comme charges. |
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L'éthylène issu du vapocraquage est utilisé dans la fabrication de [[chlorure de vinyle]] (VC), de l'[[éthylbenzène]], de l'[[oxyde d'éthylène]] et de l'[[éthanol]]. A partir du chlorure de vinyl on fabrique, par polymérisation, du [[Chlorure de polyvinyle|polyvinyl chlorure]] (PVC), matière plastique aux multiples usages : tuyauterie plastique, le bâtiment, l'ameublement, les bouteilles plastiques, l'habillement etc. |
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Par vapocraquage, on obtient essentiellement des produits oléfiniques dont nous allons voir ci-après l'utilisation. |
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=== Dérivés des oléfines === |
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A la sortie du vapocraqueur, on obtient surtout des oléfines tels que l'éthylène, le propylène, le butadiène, l'iso-butène, le normal-butène et l'isoprène. Ce sont des produits intermédiaires qui, par des traitements appropriés, chloration, oxydation, polymérisation, donnent naissance à toute une gamme de produits nouveaux. Les schémas ci-après montrent toutes les possibilités de fabrications à partir de ces grands intermédiaires : |
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Ci-dessous, les dérivés de l'éthylène : |
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| [[image:Ttd-30-5-05-transf-ethylene.jpg]] |
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Le schéma suivant donne les transformations du propylène : |
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| [[image:Ttd-30-5-05-transf-propylene.jpg]] |
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Le schéma ci-après montre les transformations du butadiène : |
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| [[image:Ttd-30-5-05-transf-butadiene.jpg]] |
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Enfin, les transformations de l'isobutène, du normal butène et de l'isoprène sont indiquées dans le schéma ci-après : : |
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| [[image:Ttd-30-5-05-transf-butenes.jpg]] |
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== Procédés d'extraction == |
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Les aromatiques, produits au cours des réactions de vapocraquage sont, après hydrotraitement, extraits de l'essence qui les contient. En général, on fait appel pour l'extraction, à un solvant, le diméthylsulfoxide ('''DMSO''') additionné d'un certain pourcentage d'eau. La réextraction des aromatiques de leur association avec ce solvant est ensuite obtenue par le butane, qui est non aromatique comme les autres constituants de la charge du vapocraqueur, mais qui, contrairement à ces derniers, se sépare aisément des aromatiques par distillation. |
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Extraction et réextraction des aromatiques sont conduites dans des colonnes pleines de liquide, appelées '''extracteurs''', munies d'un arbre rotatif portant des turbines d'agitation. C'est ainsi qu'on isole le [[benzène]], le toluène et les [[xylène]]s (ortho et para). |
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=== Dérivés des aromatiques === |
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=== Vapocraquage === |
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Tous les aromatiques, une fois extraits et purifiés, servent de matières premières pour d'autres réactions d'hydrogénation ou d'oxydation afin de conduire à des plastifiants, des solvants, des fibres, des insecticides et bien d'autres produits. On peut voir ci-après les différents schémas de transformations du [[benzène]], du [[cumène]], du toluène et des xylènes ortho et para. |
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{{Article détaillé|Vapocraquage}} |
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Le ''vapocraquage'' est un procédé pétrochimique par lequel des hydrocarbures [[Alcane|saturés]] sont cassés en [[molécule]]s plus petites, et souvent [[Composé insaturé|insaturées]]. C'est donc la source principale de production d'[[alcène]]s ([[éthylène]], [[propylène]]…), [[monomère]]s à l'origine de nombreuses matières plastiques. |
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Les transformations du benzene peuvent conduire à des produits selon le schéma ci-dessous : |
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Les produits de départ sont généralement du [[naphta]], mais peuvent également être de l'[[éthane]] ou du [[Gaz de pétrole liquéfié|GPL]]. Mélangés avec de la vapeur d'eau, ils sont amenés à environ {{tmp|800|°C}} par passage dans des tuyaux chauffés par des [[four]]s, pendant un temps très bref, inférieur à la seconde. Les produits de la réaction sont refroidis brutalement afin d'interrompre celle-ci, et d'obtenir le mélange d'[[alcène]]s recherché. |
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La composition exacte de celui-ci dépend des produits de départ, de la température des fours et du [[temps de passage]] dans ceux-ci<ref>[http://www.sfc.fr/donnees/orga/vapo/texvapo.htm Composition du mélange en sortie de vapocraqueur] {{Lien archive|url=http://www.sfc.fr/donnees/orga/vapo/texvapo.htm |titre=Copie archivée |horodatage archive=20180806162031}}.</ref>. Des produits de départ légers (éthane, GPL) fourniront une plus grande quantité d'alcènes légers, alors que du naphta fournira également des composés aromatiques. Une température de craquage plus élevée (« sévérité ») favorise la formation d'éthylène et de [[benzène]], alors qu'une température plus basse fournit plus de [[propylène]], d'hydrocarbures en C4, et de produits liquides. |
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| [[image:Ttd-30-5-05-transf-benzene.jpg]] |
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Le procédé conduit généralement à un dépôt de [[Coke (charbon)|coke]] progressif à l'intérieur des tuyaux de craquage, ce qui dégrade peu à peu la performance du procédé. Ils sont donc périodiquement décokés par passage d'un mélange air-vapeur à une température proche de {{tmp|1000|°C}}. |
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== Pollutions == |
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Quant au cumène, celui-ci peut conduire à des produits suivants : |
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Ce secteur est source historique de [[pollution des sols]] (par [[Hydrocarbure aromatique polycyclique|HAP]], [[métaux lourds]] et [[métalloïde]]s principalement), de consommation et [[pollution de l'eau]] et surtout [[pollution de l'air|de l'air]] ; ces pollutions sont chroniques et accidentelles (lors des incendies et explosions d'installations industrielles). |
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Les usines sont souvent hors des centres urbains, mais proches de ports ou canaux ou de banlieues de grandes villes (avec alors des effets directs sur la [[santé publique]])<ref name=AiePollutionInd/>. |
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Air : après la [[sidérurgie]], la carbochimie est la seconde source industrielle de SO{{ind|2}} (environ un tiers du total) et de [[Oxyde d'azote|NOx]] (près de 20 % du total) ; elle est aussi une source significative d'odeurs, de suies, de fumées et de [[microparticule]]s (20 % de toutes les PM{{ind|2,5}}) ; les données manquent pour les [[nanoparticule]]s<ref name=AiePollutionInd/>. |
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| [[image:Ttd-31-5-05-transf-cumene.jpg]] |
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Au début du {{s-|XXI}}, la pollution en aval de la filière par les plastiques (dégradés, brûlés ou perdus dans l'environnement s'aggrave) alors qu'en amont les émissions directes de la chimie semblent stationnaires (contrairement à celles des véhicules qui continuent à grandir)<ref name=AiePollutionInd/>. |
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En 2017, dans le monde et en moyenne : environ 2,5 kg {{quoi|(SO) de SO{{ind|2}}}} ; 2,0 kg de NOx et 0,2 kg de PM{{ind|2,5}} sont émis par tonne de produit chimique primaire produit. Tout à fait en aval de la filière, la combustion de ces produits est responsable de près de 50 % des NOx du secteur chimique et environ 30 % de ses SO{{ind|2}}, et 20 % environ de ses émissions de PM{{ind|2,5}}<ref name=AiePollutionInd/>. Dans la région Asie-Pacifique la filière est la première source de SO{{ind|2}} et de PM{{ind|2,5}} car elle utilise encore beaucoup de charbon comme source d’énergie pour la production. Les émissions de NOx par contre ne varient pas de la même manière car elles sont plus liées au type de chaudière qu'au type de combustible<ref name=AiePollutionInd>{{en}} AIE et OCDE (2018), [https://www.connaissancedesenergies.org/sites/default/files/pdf-actualites/the_future_of_petrochemicals.pdf ''The Future of Petrochemicals Towards more sustainable plastics and fertilisers''], rapport de 132 p., voir p. 52-54, et notamment le chapitre « Air pollutants from primary chemical production ».</ref>. |
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Pour terminer, le toluène, l'ortho-xylène et le para-xylène peuvent générer les produits ci-après : |
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== Prospective == |
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La carbochimie est tirée par la demande croissante en plastiques (dont la consommation a doublé dans le monde en environ quinze ans, entre 2000 et 2018, malgré la [[Crise économique mondiale de 2008|crise de 2008]] et malgré les politiques de [[recyclage]] surtout développées en [[Europe]], au [[Japon]] ou en [[Corée du Sud]])<ref name=ConnaissanceEnergies2018/>{{,}}<ref>Rahimi A. et J.M. García (2017), ''Chemical recycling of waste plastics for new materials production'', ''Nature Reviews Chemistry'', vol. 1/6, p. 1-11, {{doi|10.1038/s41570}}.</ref>. Selon l’AIE, le secteur Carbochimie sera {{citation|le principal moteur de la demande mondiale de pétrole}}, comptant pour plus du tiers des besoins supplémentaires de pétrole d’ici à 2030 (+ {{nobr|10 millions}} de barils/j par rapport à 2017, soit {{nobr|23 millions}} de barils jours nécessaires en 2050, soit davantage que les transports. Il comptera aussi avant 2050 pour presque la moitié des besoins supplémentaires de gaz<ref name=rapportAIE2018/>. Ses émissions directes de {{CO2}} devraient croître d'environ 20 % entre 2017 et 2030 et de 30 % à horizon 2050, avec une probable responsabilité accrue en termes de [[pollution de l'air]] et d'[[empreinte eau]]<ref name=rapportAIE2018/>. De plus les [[raffinage du pétrole|raffineries]] sont vieillissantes et pour certaines ([[Texas]] par exemple) situées dans des régions qui pourraient être de plus en plus exposées aux aléas météorologiques aggravés par le dérèglement climatique (tempêtes, pluies, canicules{{etc.}}). Enfin la [[pollution plastique]] risque encore de beaucoup augmenter, sauf à drastiquement imposer des alternatives à certains plastiques, et améliorer la collecte et le recyclage<ref name=rapportAIE2018/>. |
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Selon [[Fatih Birol]] (directeur exécutif de l’[[Agence internationale de l’énergie|AIE]]) le secteur de la pétrochimie est « ''l’un des principaux angles morts du débat énergétique'' »<ref name=rapportAIE2018/>, qui ne reçoit pas assez d’attention alors que les prospectivistes de l'Agence ({{date-|5 octobre 2018}}) estimaient que ce secteur industriel influera sur l’avenir de la demande en pétrole plus que les [[Automobile|voiture]]s, les [[camion]]s et l’[[aviation]] réunis, et qu'il pourrait être responsable de près de 50 % des besoins supplémentaires de pétrole de 2018 à 2050, boostés par le développement des économies émergentes<ref name=ConnaissanceEnergies2018/>. Pour limiter ces effets négatifs du secteur l’AIE encourage des plastiques et engrais fabriqués de manière plus durable, et - au minimum - une forte réduction des plastiques à usage unique et une amélioration et généralisation du recyclage des plastiques<ref name=ConnaissanceEnergies2018/>. Remplacer le plastique pétrosourcé par un plastique biosourcé sans objectif de réduction de la demande en plastique conduira à surexploiter la [[Biomasse (écologie)|biomasse]] (au détriment de la [[biodiversité]] et de ses usages énergétiques) et se fera au détriment des [[bioénergie]]s<ref name=rapportAIE2018/>. |
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=== Articles connexes === |
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* [[Vapocraquage]] |
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* [[Empreinte carbone]] |
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=== Bibliographie=== |
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* Chesnais F. et Kim H.S. (1999), ''L’industrie pétrochimique en Corée et au Brésil'', Études du Centre de Développement Concurrence, innovation et compétitivité dans les pays en développement, 177 ([https://books.google.fr/books?id=pJrYAgAAQBAJ&dq=histoire+pétrochimie&lr=&hl=fr&source=gbs_navlinks_s lien]). |
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* Montpetit A., Klein J.L. et Trudelle C., ''[http://paperroom.ipsa.org/app/webroot/papers/paper_39299.pdf Actions innovatrices dans une filière ancienne : perspective environnementale de reconversion de la pétrochimie dans l’Est de Montréal]'', Université du Québec à Montréal. |
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* Soumagne J. (1981), ''[https://www.persee.fr/doc/noroi_0029-182x_1981_num_109_1_3953_t1_0123_0000_2 H. Bakis et R. Guglielmo ; La pétrochimie dans le monde]'', commentaire/résumé du livre. Norois, 109(1), 123-123. |
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La pétrochimie est (au sein de la carbochimie) l'ensemble des technologies étudiant ou utilisant le pétrole ou le gaz naturel (principalement composé de méthane et d'éthane) pour fabriquer des composés chimiques synthétiques (existant ou non dans la nature ; dans le dernier cas, ces composés sont dits « artificiels »). Ces techniques reposent sur des réactions chimiques, souvent catalysées. Les distillats naturels et le gaz de schiste sont des matières premières apparentées également employées.
Le monde est devenu très dépendant des matières plastiques[1] et des engrais de synthèse[2], et donc de la pétrochimie qui les produit, elle-même très dépendante des ressources fossiles[3]. Dans une étude prospective de l’AIE, un scénario baptisé « Technologies propres » (2018) est le seul compatible avec l’atteinte des objectifs de développement durable (ODD) de l'ONU, et dans ce scénario, la pétrochimie reste l'unique « segment en croissance de la demande mondiale de pétrole » dans la période de transition énergétique de 2018 à 2050[4].
En 2017, la pétrochimie absorbe 13 millions de barils de pétrole brut chaque jour et 300 milliards de m3 de gaz, ce qui en fait le secteur le plus carboné de l'industrie après le secteur de la production d'énergie (il a compté cette année-là pour 14 % de la consommation mondiale de pétrole et 8 % de la consommation de gaz)[4], en contribuant fortement aux émissions de gaz à effet de serre (3ème émetteur mondial de CO2 industriel si l'on ne tient pas compte des émissions indirectes[5]. C'est un secteur en expansion continue qui a consommé en 2017 près de 10 % de l’énergie finale disponible au niveau mondial. À lui seul il engloutit presque le tiers des besoins industriels d’énergie. Mondialement, c’est le second consommateur de pétrole[5] (14 %) après le secteur du transport (56 %) et devant celui du bâtiments (8 %) ou la production d’électricité (5 %). Il a aussi consommé 8 % de tout le gaz extrait[4] et pourrait selon l'AIE être la source de près de 50 % des besoins supplémentaires en pétrole de 2018 à 2050[5].
Histoire
[modifier | modifier le code]La carbochimie trouve des racines primitives dans l'Antiquité, mais elle ne s'est développée en tant que secteur industriel que quand le pétrole est devenu abondant, lors de la seconde révolution industrielle.
L'accès à une grande quantité de ressources fossiles (charbon dans un premier temps) a lancé la carbochimie, puis l'accès au pétrole a lancé la pétrochimie qui s'est inspirée des principes de la carbochimie, aux États-Unis, puis en Europe puis en Asie et moindrement en Afrique et Amérique du Sud. La Parkesine, plastique inventé par Alexander Parkes en 1856, est l'une de ses premières productions mais ce n'est qu'après la Seconde Guerre mondiale, bien après l'invention (vers 1900) du craquage à la vapeur, que la pétrochimie s'est vraiment développée en générant des multinationales de première importance (ex. : Groupe Total créé en France sous le nom de « Compagnie française des pétroles » lors de la reconstruction, en mars 1924 pour exploiter du pétrole au Moyen-Orient, en Irak[6]).
Au début du XXIe siècle, elle connait de nouveaux développements[7] et devrait encore considérablement se développer entre 2015 et 2050. Cependant dans le monde depuis les années 1970 une partie des raffineries ferment et/ou cherchent une reconversion vers la chimie verte et les agrocarburants ou plus largement vers les biocarburants[8].
En 2018, son plus grand représentant est BASF, un groupe chimique allemand devenu multinational (plus de 95 000 salariés et un bénéfice de 6,7 milliards d'euros en 2016) comprenant plus de 160 filiales et coentreprises, opérant sur plus de 150 sites de production dans le monde entier pour des clients industriels présents dans plus de 200 pays.
Exemples
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Lors du raffinage du pétrole, le naphta issu de la distillation atmosphérique peut être craqué à la vapeur dans un vapocraqueur pour produire des produits insaturés (fragiles) facilement transformés en matières plastiques et d'autres molécules et matériaux (par exemple utilisés par la cosmétique industrielle ou l'agropharmacie). La pétrochimie produit de plus en plus de matières plastiques réutilisées comme matières premières, principalement dans les secteurs de la construction et dans l'industrie électrique, électronique, le textile, l'aéronautique et autres.
Étapes
[modifier | modifier le code]La première étape est la fabrication par vapocraquage des grands intermédiaires de la famille des oléfines (éthylène, propylène) et des aromatiques (benzène, toluène, xylène). La pétrochimie est à l’origine de milliers de produits de la vie courante : matières plastiques, fibres synthétiques (polyester, nylon), caoutchouc, médicaments, cosmétiques, etc.[9].
En effet, en faisant passer les produits intermédiaires obtenus soit par distillation, soit par des unités secondaires, dans des unités spécifiques de pétrochimie on obtient des matières premières susceptibles d'être transformées en des produits qui n'existent pas dans la nature.
Utilité
[modifier | modifier le code]Il y a de nombreux schémas de transformations de produits pétrogaziers en d'autres composés organiques ou organométalliques, donnant des produits aussi variés que :
- des solvants ;
- des détergents ;
- des médicaments ;
- des colorants alimentaires ;
- des cosmétiques ;
- des engrais ;
- des pesticides ;
- et l'immense domaine des matières plastiques, qui englobent notamment :
- des résines,
- des fibres synthétiques,
- des plastifiants,
- des élastomères,
- des adhésifs,
- le polyester,
- le nylon.
Procédés
[modifier | modifier le code]Il s'agit dans tous les cas de produire des oléfines et/ou des hydrocarbures aromatiques, qui sont des matières premières qu'on appelle « grands intermédiaires », utilisés par l'industrie des plastiques, agropharmaceutique (pesticides, médicaments humains et vétérinaires), cosmétique, électronique, aéronautique et textile.
La pétrochimie est basée principalement sur deux types de procédés :
- Vapocraquage (ou craquage à la vapeur), reformage à la vapeur du gaz naturel ou de naphtas ; il produit de l'hydrogène qui sert, au-delà de son utilisation comme vecteur énergétique et vecteur pétrochimique dans les hydrotraitements, à la fabrication de l'ammoniac puis des engrais, du méthanol et des alcools oxo, entre autres. Avec ce premier type de procédés, on obtient des oléfines ;
- Procédés d'extraction ; pour produire des hydrocarbures aromatiques.
Vapocraquage
[modifier | modifier le code]Le vapocraquage est un procédé pétrochimique par lequel des hydrocarbures saturés sont cassés en molécules plus petites, et souvent insaturées. C'est donc la source principale de production d'alcènes (éthylène, propylène…), monomères à l'origine de nombreuses matières plastiques.
Les produits de départ sont généralement du naphta, mais peuvent également être de l'éthane ou du GPL. Mélangés avec de la vapeur d'eau, ils sont amenés à environ 800 °C par passage dans des tuyaux chauffés par des fours, pendant un temps très bref, inférieur à la seconde. Les produits de la réaction sont refroidis brutalement afin d'interrompre celle-ci, et d'obtenir le mélange d'alcènes recherché.
La composition exacte de celui-ci dépend des produits de départ, de la température des fours et du temps de passage dans ceux-ci[10]. Des produits de départ légers (éthane, GPL) fourniront une plus grande quantité d'alcènes légers, alors que du naphta fournira également des composés aromatiques. Une température de craquage plus élevée (« sévérité ») favorise la formation d'éthylène et de benzène, alors qu'une température plus basse fournit plus de propylène, d'hydrocarbures en C4, et de produits liquides.
Le procédé conduit généralement à un dépôt de coke progressif à l'intérieur des tuyaux de craquage, ce qui dégrade peu à peu la performance du procédé. Ils sont donc périodiquement décokés par passage d'un mélange air-vapeur à une température proche de 1 000 °C.
Pollutions
[modifier | modifier le code]Ce secteur est source historique de pollution des sols (par HAP, métaux lourds et métalloïdes principalement), de consommation et pollution de l'eau et surtout de l'air ; ces pollutions sont chroniques et accidentelles (lors des incendies et explosions d'installations industrielles).
Les usines sont souvent hors des centres urbains, mais proches de ports ou canaux ou de banlieues de grandes villes (avec alors des effets directs sur la santé publique)[11].
Air : après la sidérurgie, la carbochimie est la seconde source industrielle de SO2 (environ un tiers du total) et de NOx (près de 20 % du total) ; elle est aussi une source significative d'odeurs, de suies, de fumées et de microparticules (20 % de toutes les PM2,5) ; les données manquent pour les nanoparticules[11].
Au début du XXIe siècle, la pollution en aval de la filière par les plastiques (dégradés, brûlés ou perdus dans l'environnement s'aggrave) alors qu'en amont les émissions directes de la chimie semblent stationnaires (contrairement à celles des véhicules qui continuent à grandir)[11].
En 2017, dans le monde et en moyenne : environ 2,5 kg (SO) de SO2[Quoi ?] ; 2,0 kg de NOx et 0,2 kg de PM2,5 sont émis par tonne de produit chimique primaire produit. Tout à fait en aval de la filière, la combustion de ces produits est responsable de près de 50 % des NOx du secteur chimique et environ 30 % de ses SO2, et 20 % environ de ses émissions de PM2,5[11]. Dans la région Asie-Pacifique la filière est la première source de SO2 et de PM2,5 car elle utilise encore beaucoup de charbon comme source d’énergie pour la production. Les émissions de NOx par contre ne varient pas de la même manière car elles sont plus liées au type de chaudière qu'au type de combustible[11].
Prospective
[modifier | modifier le code]La carbochimie est tirée par la demande croissante en plastiques (dont la consommation a doublé dans le monde en environ quinze ans, entre 2000 et 2018, malgré la crise de 2008 et malgré les politiques de recyclage surtout développées en Europe, au Japon ou en Corée du Sud)[4],[12]. Selon l’AIE, le secteur Carbochimie sera « le principal moteur de la demande mondiale de pétrole », comptant pour plus du tiers des besoins supplémentaires de pétrole d’ici à 2030 (+ 10 millions de barils/j par rapport à 2017, soit 23 millions de barils jours nécessaires en 2050, soit davantage que les transports. Il comptera aussi avant 2050 pour presque la moitié des besoins supplémentaires de gaz[5]. Ses émissions directes de CO2 devraient croître d'environ 20 % entre 2017 et 2030 et de 30 % à horizon 2050, avec une probable responsabilité accrue en termes de pollution de l'air et d'empreinte eau[5]. De plus les raffineries sont vieillissantes et pour certaines (Texas par exemple) situées dans des régions qui pourraient être de plus en plus exposées aux aléas météorologiques aggravés par le dérèglement climatique (tempêtes, pluies, canicules, etc.). Enfin la pollution plastique risque encore de beaucoup augmenter, sauf à drastiquement imposer des alternatives à certains plastiques, et améliorer la collecte et le recyclage[5].
Selon Fatih Birol (directeur exécutif de l’AIE) le secteur de la pétrochimie est « l’un des principaux angles morts du débat énergétique »[5], qui ne reçoit pas assez d’attention alors que les prospectivistes de l'Agence () estimaient que ce secteur industriel influera sur l’avenir de la demande en pétrole plus que les voitures, les camions et l’aviation réunis, et qu'il pourrait être responsable de près de 50 % des besoins supplémentaires de pétrole de 2018 à 2050, boostés par le développement des économies émergentes[4]. Pour limiter ces effets négatifs du secteur l’AIE encourage des plastiques et engrais fabriqués de manière plus durable, et - au minimum - une forte réduction des plastiques à usage unique et une amélioration et généralisation du recyclage des plastiques[4]. Remplacer le plastique pétrosourcé par un plastique biosourcé sans objectif de réduction de la demande en plastique conduira à surexploiter la biomasse (au détriment de la biodiversité et de ses usages énergétiques) et se fera au détriment des bioénergies[5].
Notes et références
[modifier | modifier le code]- (en) Geyer R, J.R. Jambeck et K.L. Law, Production, use, and fate of all plastics ever made, Science Advances, vol. 3/7, 2017, e1700782, DOI 10.1126/sciadv.1700782.
- (en) International Fertilizer Association (IFA), International Fertilizer Association Database, 2018.
- (en) Levi P.G. et J.M. Cullen, DOI 10.1021/acs.est.7b04573, Mapping global flows of chemicals: From fossil fuel feedstocks to chemical products, Environmental Science and Technology, vol. 52/4, 2018, p. 1725-1734.
- Connaissance des énergies (2018) « La pétrochimie, principal moteur de la consommation future de pétrole ? », 5 octobre 2018.
- AIE (2018), The Future of Petrochemicals Towards more sustainable plastics and fertilisers, rapport, 132 pages.
- Doessant B. (2009), Nouvelles des archives : Les archives historiques du groupe Total : aux sources de l'histoire pétrolière, Entreprises et Histoire, (55), 146.
- METI (Ministry of Economy, Trade and Industry) (2016), Future Supply and Demand Trend of Petrochemical Products Worldwide, Tokyo, www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/mono/chemistry/sekkajyukyuudoukou201506.html
- Montpetit A., Klein J.L. et Trudelle C., Actions innovatrices dans une filière ancienne : perspective environnementale de reconversion de la pétrochimie dans l’Est de Montréal, Université du Québec à Montréal.
- « Pétrodico, dictionnaire des termes pétroliers »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?).
- Composition du mélange en sortie de vapocraqueur « Copie archivée » (version du sur Internet Archive).
- (en) AIE et OCDE (2018), The Future of Petrochemicals Towards more sustainable plastics and fertilisers, rapport de 132 p., voir p. 52-54, et notamment le chapitre « Air pollutants from primary chemical production ».
- Rahimi A. et J.M. García (2017), Chemical recycling of waste plastics for new materials production, Nature Reviews Chemistry, vol. 1/6, p. 1-11, DOI 10.1038/s41570.
Annexes
[modifier | modifier le code]Articles connexes
[modifier | modifier le code]Bibliographie
[modifier | modifier le code]- Chesnais F. et Kim H.S. (1999), L’industrie pétrochimique en Corée et au Brésil, Études du Centre de Développement Concurrence, innovation et compétitivité dans les pays en développement, 177 (lien).
- Montpetit A., Klein J.L. et Trudelle C., Actions innovatrices dans une filière ancienne : perspective environnementale de reconversion de la pétrochimie dans l’Est de Montréal, Université du Québec à Montréal.
- Soumagne J. (1981), H. Bakis et R. Guglielmo ; La pétrochimie dans le monde, commentaire/résumé du livre. Norois, 109(1), 123-123.
