CRACKAGEDU NOIR DE CARBONE À LA DEMANDEMoins polluant et plus souple, ce nouveau procédé de fabrication de noir de carbone par crackage thermique du méthane par plasma d'arc peut fournir des produits aux propriétés plus variées et mieux ciblées.

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CRACKAGE

DU NOIR DE CARBONE À LA DEMANDE

Moins polluant et plus souple, ce nouveau procédé de fabrication de noir de carbone par crackage thermique du méthane par plasma d'arc peut fournir des produits aux propriétés plus variées et mieux ciblées.



Pollution et mauvais rendement vont de pair. Ainsi, pour chaque tonne de noir de carbone produite par le procédé traditionnel de combustion incomplète d'hydrocarbures lourds, 8tonnes de gaz carbonique sont rejetées dans l'atmosphère! Sans oublier les émissions d'anhydride sulfureux et de composés organiques volatils. Tout cela pour obtenir un noir de carbone dont les caractéristiques sont très dispersées. Autant de bonnes raisons de chercher un autre procédé de fabrication de ce produit, utilisé comme charge renforçante des élastomères dans l'industrie du caoutchouc et du pneumatique, comme pigment, ou encore comme charge conductrice dans les piles sèches. La voie la plus prometteuse semble être le crackage thermique du méthane par plasma d'arc. Au moins deux pilotes fonctionnent aujourd'-hui. L'un en France, à Odeillo (Pyrénées-Orientales), construit dans le cadre d'un programme de recherche associant le Centre d'énergétique de l'Ecole des mines de Paris à Sophia Antipolis, le CNRS à Odeillo, EdF-GdF, l'Ademe, et Lonza, le leader mondial du noir de carbone pour piles sèches. L'autre étant développé par Kvaerner, un groupe d'ingénierie norvégien. Le rendement en carbone du nou- veau procédé est en théorie de 100%, et l'unique sous-produit est de l'hydrogène. Le méthane injecté dans une torche à plasma, placée au sommet d'un réacteur, est en effet décomposé en ses deux éléments de base, le carbone et l'hydrogène. On peut travailler à très haute température, 10000°C, ainsi le noir de carbone obtenu est mieux structuré. "C'est-à-dire qu'il présente un degré d'organisation graphitique plus élevé", explique Laurent Fulchieri, le responsable du projet au Centre d'énergétique de l'Ecole des mines. "Ses caractéristiques sont même légèrement supérieures à celle du noir de carbone fabriqué par décomposition thermique de l'acétylène, qui est aujourd'hui le mieux structuré des noirs de carbone." Ce qui lui vaut d'être utilisé comme support d'électrolyte dans les piles salines du type Leclanché. Un marché moins important que celui des charges renforçantes pour pneumatiques, mais où les prix pratiqués sont plus intéressants (20francs le kilo, contre 5francs). "En effet, nous ne pouvons concurrencer, sur son marché, le noir de carbone produit par combustion d'hydrocarbures lourds, sauf si des considérations écologiques viennent modifer les conditions de la concurrence", admet Laurent Fulchieri. L'équipe française veut améliorer la qualité de son produit. Afin d'arriverà une structuration équivalente à celle du graphite obtenu par le procédé Acheson. Ce dernier donne le meilleur graphite, utilisé dans les piles alcalines. Mais c'est un procédé discontinu, très long, et qui nécessite une phase de broyage coûteuse, alors que le crackage du méthane ou de l'acétylène fournit directement un produit pulvérulent.

Un travail à très haute température

En attendant de réaliser cet objectif "nous allons explorer le vaste créneau qui existe entre les produits obtenus à partir de l'acétylène et par le procédé Acheson ", explique Laurent Fulchieri. En effet, ces deux filières sont limitées en température (2 600°C pour le premier et 3 000°C pour le second). Le crackage thermique par plasma d'arc permet non seulement de travailler à des températures beaucoup plus élevées, mais aussi de régler ces températures au niveau désiré en jouant sur l'énergie électrique apportée à la torche à plama. Et de fabriquer ainsi des noirs de carbone aux propriétés ciblées selon des applications. Vaste programme pour lequel le pilote d'Odeillo, d'une capacité de quelques dizaines de kilo par heure, a déjà commencé à fournir de la matière première.



Une production mondiale de 6 millions de tonnes

Le noir de carbone est du carbone finement divisé dont les particules élémentaires ont quelques centaines de nanomètres de diamètre et présentent une très grande surface spécifique (20 à 100mètres carrés par gramme). La production mondiale s'élève à 6millions de tonnes, dont 200000 pour la France. 95% de cette production provient du procédé "furnace" de combustion incomplète d'hydrocarbures lourds, et sert comme charge renforçante pour élastomères, notamment dans les pneumatiques.

USINE NOUVELLE N°2505

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