« Pétrochimie » : différence entre les versions

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La '''pétrochimie''' est la science qui s'intéresse à l'utilisation des [[composé chimique|composés chimiques]] de base issus du [[pétrole]] pour fabriquer d'autres composés synthétiques qui peuvent exister ou non dans la nature ; dans le dernier cas, ces composés sont dits artificiels. Ces fabrications sont, en général, basées sur des [[réaction chimique|réactions chimiques]] appropriées en présence ou non d'un [[catalyseur]].<!--Voir page de discussion avant de rajouter commentaire tel que : ce qui pollue.-->
La '''pétrochimie''' est (au sein de la [[carbochimie]]) l'ensemble des [[technologie]]s étudiant ou utilisant le [[pétrole]] (or noir) 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 sont basées sur des [[réaction chimique|réactions chimiques]], souvent [[catalyseur|catalysées]].<!--Voir page de discussion avant de rajouter commentaire tel que : ce qui pollue.-->. Les distillats naturels et le [[gaz de schiste]] sont aussi des matières premières appréciées de la pétrochimie moderne.
<br>Le monde est devenu très dépendant des [[plastique]]s<ref>Geyer R, J.R Jambeck & K.L Law (2017) “''Production, use, and fate of all plastics ever made''”, Science Advances, Vol. 3/7, e1700782, https://doi.org/10.1126/sciadv.1700782.</ref> et des [[engrais de synthèse]]<ref>IFA (International Fertilizer Association) (2018), International Fertilizer Association Database, URL:http://ifadata.fertilizer.org/ucSearch.aspx.</ref>, et donc de la pétrochimie qui les produit, elle même très dépendante des [[ressources fossiles]]<ref>Levi P.G & J.M Cullen (2018) “Mapping global flows of chemicals: From fossil fuel feedstocks to chemical products”, Environmental Science and Technology, Vol. 52/4, p. 1725-1734, https://doi.org/10.1021/acs.est.7b04573.</ref>. Dans une étude prospective de l’[[Agence internationale de l'énergie|AIE]] sur les technologies propres, un scenario baptisé ''Technologies propres''" (2018) est le seul scénario compatible avec l’atteinte des ODD ([[objectifs de développement durable]] 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/>.
<br>En [[2017]] la pétrochimie absorbe 13 millions de [[barils de pétrole]] chaque jour [mb/j]) pour et 300 milliards de m3 de gaz ce qui en fait le secteurs les 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 ?''] » paru le 05 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/>. En 2017 dans le monde ce secteur - en expansion continue - a consommé près de 10% de l’énergie finale disponible. A lui seul il engloutit presque le tiers des besoins industriels d’énergie. C’est le second consommateur de pétrole (14% de la consommation mondiale<ref name=rapportAIE2018/>) après les transports (56%) et devant les 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 de 132 pages</ref>.
== Histoire ==
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 à lancé la pétrochimie qui s'est inspirée des principes de la carbochimie, aux Etats-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 [[Iraq]]<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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Par exemple, lors du [[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. C'est ainsi qu'à partir du pétrole on peut fabriquer des [[matières plastiques]] de toutes sortes employées ensuite comme matières premières dans les secteurs de la construction et dans l'industrie électrique, électronique, le textile, l'aéronautique et autres.


Au début du XXIème siècle, 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 avant 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 & 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>.

En [[2018]] son plus grand représentants est [[BASF]], un groupe chimique allemand devenu multinational (plus de 95 000 salariés et un bénéfice de 6,7 milliards d'€ 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]] issue 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 ==
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.}}<ref>[http://www.ufip.fr/?rubrique=petrodico&lettre=P&id=147#4 Pétrodico,dictionnaire des termes pétroliers]</ref>.
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.}}<ref>[http://www.ufip.fr/?rubrique=petrodico&lettre=P&id=147#4 Pétrodico,dictionnaire des termes pétroliers]</ref>.


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.
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.


== Utilité ==
Le [[gaz naturel]] peut également fournir des matières premières, du méthane et de l'éthane pour la pétrochimie. Il y a différents schémas de transformations de ces produits en d'autres composés organiques. Les termes ultimes de transformations sont remarquablement variés :
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 [[solvant]]s,
* des [[solvant]]s,
* des [[détergent]]s,
* des [[détergent]]s,
* des médicaments,
* des [[médicament]]s,
* des colorants alimentaires,
* des [[colorants alimentaires]],
* des cosmétiques,
* des [[cosmétique]]s,
* des [[engrais]].
* des [[engrais]].
* des [[pesticides]]
* et l'immense domaine des [[matières plastiques]], qui englobent notamment :
* et l'immense domaine des [[matières plastiques]], qui englobent notamment :
** des résines,
** des [[résine]]s,
** des fibres synthétiques,
** des fibres synthétiques,
** des [[plastifiant]]s,
** des [[plastifiant]]s,
** des [[élastomère]]s,
** des [[élastomère]]s,
** des adhésifs,
** des [[adhésif]]s,
** le [[polyester]],
** le [[polyester]],
** le [[Nylon]]...
** le [[Nylon]]...


== Procédés ==
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La pétrochimie est basée principalement sur deux types de procédés : craquage à la vapeur et procédés d'extraction. Par [[Reformage catalytique|reformage]] à la vapeur du gaz naturel ou des naphtas, 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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Il s'agit dans tous les cas de produire des oléfines et/ou des hydrocarbures aromatiques, qui sont des matières premières qu'on appelle ''{{Citation|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 :
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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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# 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 [[oléfine]]s

# procédés d'extraction ; pour produire des hydrocarbures dites « [[aromatique]]s ».
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== Vapocraquage ==


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=== Vapocraquage ===
{{Article détaillé|Vapocraquage}}
{{Article détaillé|Vapocraquage}}


Le '''vapocraquage''' est un procédé pétrochimique par lequel des [[hydrocarbure]]s [[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]], etc.), [[monomère]]s à l'origine de nombreuses matières plastiques.
Le '''vapocraquage''' est un procédé pétrochimique par lequel des [[hydrocarbure]]s [[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]], etc.), [[monomère]]s à l'origine de nombreuses matières plastiques.


=== Procédé ===
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.
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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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}}.
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}}.

== Pollutions ==
Ce secteur est source historique de [[pollution des sols]] (par [[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).
<br />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/>.

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 significatives d'odeurs, de suies, de fumées et de [[microparticule]]s (20% de toutes les PM<small>2,5</small>) ; les données manquent pour les [[nanoparticule]]s<ref name=AiePollutionInd/>.

Au début du XXIème 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)<ref name=AiePollutionInd/>.
<br />En 2017 dans le monde et en moyenne : environ 2,5 kg (SO) de SO2 ; 2,0 kg de NOx et 0,2 kg de PM2,5 s 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 <ref name=AiePollutionInd/>. Dans la région Asie-Pacifique la filière est la première source de 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 lié au type de chaudière qu'au type de combustible <ref name=AiePollutionInd>AIE & 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 pages | voir p 52 à 54, et notamment le chapitre "Air pollutants from primary chemical production" {{en}}</ref>.

== Prospective ==
La carbochimie est tirée par la demande croissante en plastiques (dont la consommation a doublé dans le monde en environ 15 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]]) <ref name=ConnaissanceEnergies2018/>{{,}}<ref>Rahimi A & J.M García (2017) “''Chemical recycling of waste plastics for new materials production''”, Nature Reviews Chemistry, Vol. 1/6, p. 1-11, https://doi.org/10.1038/s41570- 017-0046.</ref>... 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 <ref name=rapportAIE2018/>. Ses émissions directes de CO2 devraient croître d'environ 20% entre 2017 et 2030 et de 30% à horizon 2050, avec un probable responsabilité accrue en termes de [[pollution de l'air]] et d'[[empreinte eau]]<ref name=rapportAIE2018/>. De plus les [[raffinerie]]s 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...). 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/>.

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 prospectiviste de l'Agence (5 octobre 2018) estimaient que ce secteur industriel influera sur l’avenir de la demande en pétrole plus que les [[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 minium - 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]] (au détriment de la [[biodiversité]] et de ses usages énergétiques) et se fera au détriment des [[bioénergie]]s<ref name=rapportAIE2018/>.


== Notes et références ==
== Notes et références ==
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== Annexes ==
== Annexes ==
=== Articles connexes ===
* [[Vapocraquage]]
* [[Vapocraquage]]
* [[Empreinte carbone]]

=== Bibliographie===
* Chesnais F & Kim H.S (1999) ''L’industrie pétrochimique en Corée et au Brésil''. Etudes 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]).
* Montpetit A, Klein J.L & 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.
* 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.


{{Palette|Branches de la chimie|Hydrocarbures}}
{{Palette|Branches de la chimie|Hydrocarbures}}

Version du 12 octobre 2018 à 22:19

Complexe pétrochimique (ici à Gela en Italie).

La pétrochimie est (au sein de la carbochimie) l'ensemble des technologies étudiant ou utilisant le pétrole (or noir) 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 sont basées sur des réactions chimiques, souvent catalysées.. Les distillats naturels et le gaz de schiste sont aussi des matières premières appréciées de la pétrochimie moderne.
Le monde est devenu très dépendant des 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 sur les technologies propres, un scenario baptisé Technologies propres" (2018) est le seul scénario compatible avec l’atteinte des ODD (objectifs de développement durable 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 chaque jour [mb/j]) pour et 300 milliards de m3 de gaz ce qui en fait le secteurs les 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]. En 2017 dans le monde ce secteur - en expansion continue - a consommé près de 10% de l’énergie finale disponible. A lui seul il engloutit presque le tiers des besoins industriels d’énergie. C’est le second consommateur de pétrole (14% de la consommation mondiale[5]) après les transports (56%) et devant les 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

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 à lancé la pétrochimie qui s'est inspirée des principes de la carbochimie, aux Etats-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 Iraq[6])

Au début du XXIème siècle, elle connait de nouveaux développements[7] et devrait encore considérablement se développer avant 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 représentants est BASF, un groupe chimique allemand devenu multinational (plus de 95 000 salariés et un bénéfice de 6,7 milliards d'€ 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

Lors du raffinage du pétrole, le naphta issue 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

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 transformés en des produits qui n'existent pas dans la nature.

Utilité

Il y a de nombreux schémas de transformations de produits pétrogaziers en d'autres composés organiques ou organométalliques, donnant des produits aussi variés que  :

Procédés

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 :

  1. 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
  2. procédés d'extraction ; pour produire des hydrocarbures dites « aromatiques ».

Vapocraquage

Article détaillé : Vapocraquage.

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, etc.), 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

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 significatives 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 XXIème 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 ; 2,0 kg de NOx et 0,2 kg de PM2,5 s 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 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 lié au type de chaudière qu'au type de combustible [11].

Prospective

La carbochimie est tirée par la demande croissante en plastiques (dont la consommation a doublé dans le monde en environ 15 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 un 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...). 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 prospectiviste de l'Agence (5 octobre 2018) 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 minium - 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

  1. ↑ Geyer R, J.R Jambeck & K.L Law (2017) “Production, use, and fate of all plastics ever made”, Science Advances, Vol. 3/7, e1700782, https://doi.org/10.1126/sciadv.1700782.
  2. ↑ IFA (International Fertilizer Association) (2018), International Fertilizer Association Database, URL:http://ifadata.fertilizer.org/ucSearch.aspx.
  3. ↑ Levi P.G & J.M Cullen (2018) “Mapping global flows of chemicals: From fossil fuel feedstocks to chemical products”, Environmental Science and Technology, Vol. 52/4, p. 1725-1734, https://doi.org/10.1021/acs.est.7b04573.
  4. ↑ a b c d e et f Connaissance des énergies (2018) « La pétrochimie, principal moteur de la consommation future de pétrole ? » paru le 05 octobre 2018
  5. ↑ a b c d e f g et h 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 de 132 pages
  6. ↑ Doessant B (2009) Nouvelles des archives : Les archives historiques du groupe Total : aux sources de l'histoire pétrolière . Entreprises et Histoire, (55), 146.
  7. ↑ 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
  8. ↑ Montpetit A, Klein J.L & 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.
  9. ↑ Pétrodico,dictionnaire des termes pétroliers
  10. ↑ Composition du mélange en sortie de vapocraqueur « Copie archivée », (archivé sur Internet Archive)
  11. ↑ a b c d et e AIE & 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 pages | voir p 52 à 54, et notamment le chapitre "Air pollutants from primary chemical production" (en)
  12. ↑ Rahimi A & J.M García (2017) “Chemical recycling of waste plastics for new materials production”, Nature Reviews Chemistry, Vol. 1/6, p. 1-11, https://doi.org/10.1038/s41570- 017-0046.

Annexes

Articles connexes

Bibliographie


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Branches de la chimie
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Filières
Produits pétroliers
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