GAZ NATUREL

Le gaz naturel, source d'énergie

Comme tous les combustibles gazeux, le gaz naturel présente un grand nombre d'avantages techniques dans son utilisation : facilité des réglages, donc possibilité de hauts rendements ; réduction des investissements (ni emplacement, ni matériel, ni accessoires de stockage ; simplicité du matériel de combustion et de régulation) ; frais réduits d'exploitation et d'entretien, en raison de la non-corrosion du matériel utilisé, de l'absence de suie et de scories ; suppression des temps morts, d'où augmentation possible des cadences de production.

Le gaz naturel y ajoute ses avantages spécifiques : sa non-toxicité, la constance de sa composition et l'absence de soufre permettent des réglages stables et évitent la pollution atmosphérique ; la pression de distribution élevée autorise l'utilisation de canalisations de faible diamètre et une gamme de brûleurs plus étendue. Tous ces avantages sont appréciés des commerçants et industriels, car ils permettent généralement de valoriser le kilowattheure gaz mieux que son équivalent charbon ou fioul.

On distingue différents marchés et secteurs d'utilisation :

– Le marché domestique ou résidentiel – utilisations individuelles – est certainement le domaine privilégié du gaz. On a partout constaté un développement considérable de ces usages avec l'arrivée progressive du gaz naturel qui lui permet de prendre une part notable du marché de la production d'eau chaude et du chauffage central individuel ou encore de la cuisson alimentaire.

– Le marché commercial – consommation des établissements publics ou privés : collectivités, boulangeries, blanchisseries, hôtels, chaufferies collectives des grands ensembles ; ces applications incluent donc le chauffage, la climatisation (air conditionné et réfrigération) et la cuisine – devrait s'ouvrir de plus en plus au gaz naturel, notamment à la suite des mesures prises ou à prendre pour lutter contre la pollution atmosphérique.

– Le marché industriel – essentiellement pour produire de la chaleur (chaudières industrielles, séchage des peintures dans l'industrie automobile, bain de teinture dans le textile, thermoformage des plastiques par exemple), pour alimenter des fours à haute température (fusion des verres ou des métaux, cuisson agroalimentaire,...), pour produire en même temps de l'électricité et de la vapeur/chaleur avec la cogénération (comme dans l'agroalimentaire, la papeterie ou le recyclage des déchets) – a représenté, en 2006, 47 p. 100 des ventes de gaz naturel en France, et environ 35 p. 100 dans l'Union européenne (fig. 7).

Les usages « vapeur » constituent une part importante des consommations mais ils conduisent aux prix d'équivalence les plus bas. Ils trouvent leur expression la plus achevée dans les centrales thermiques. Cette utilisation peut surprendre alors que les chaudières modernes sont aptes à consommer dans de bonnes conditions des combustibles de mauvaise qualité. Cependant l'importance de la consommation – un groupe de 125 mégawatts consomme 750 000 m³/j de gaz à 11,3 kWh/m³ – permet d'assurer, lors de la mise en service d'un ensemble de transport, un remplissage satisfaisant des conduites et un taux de marche convenable pour les installations de production et traitement. Cette consommation peut constituer un volant de disponibilités pour des industries nouvelles ou des besoins supplémentaires de clients déjà desservis. En effet, la souplesse de marche de ces installations autorise des fournitures de gaz interruptibles, ce qui est intéressant pour la régularisation de la demande globale.

En ce qui concerne la production d'électricité, les performances des technologies de cogénération (fournissant en même temps de la puissance et de la chaleur utile) et des cycles combinés (utilisant la chaleur perdue pour produire plus d'électricité au moyen d'une turbine à vapeur additionnelle), les difficultés du nucléaire et les coûts de dépollution des centrales à charbon, font du gaz naturel un combustible de choix, de plus en plus utilisé à travers le monde. Les centrales électriques fonctionnant au gaz offrent, en effet, généralement de meilleurs rendements, des temps de construction plus courts pour un montant d'investissement plus faible et des rejets polluants dans l'atmosphère moindres que les unités utilisant d'autres combustibles fossiles (fig. 8) (photo 2). L'implication croissante du gaz naturel dans la génération électrique participe d'un phénomène de convergence gaz-électricité sensible à plusieurs niveaux : implication grandissante des électriciens dans le secteur gazier pour assurer leur approvisionnement en combustible, offre duale à la clientèle et interactions commerciales gaz-électricité sur les marchés ouverts, intégration croissante des acteurs sur les filières gaz et électricité.

Environ 41 p. 100 de l'incrément de consommation de gaz naturel dans le monde entre 2004 et 2030 devrait être dédié à la génération électrique.

Le secteur des transports, encore peu ouvert au gaz naturel, voit se dessiner des perspectives prometteuses. Le gaz naturel comprimé pour véhicules (G.N.V.) n'est plus une curiosité technique, c'est maintenant une réalité industrielle ; des flottes relativement importantes sont en activité ou en projet, dans les pays qui disposent d'abondantes réserves de gaz naturel et/ou qui ont encouragé le développement du GNV par souci de limiter l'investissement dans des infrastructures de raffinage. Selon l'A.I.E., la demande mondiale de GNV a augmenté de 16 p. 100 entre 2000 et 2004, pour atteindre 5,84 Gm³. Elle ne représente cependant qu'une fraction très faible de la demande totale de gaz naturel (0,17 p. 100). Par ailleurs, il est difficile d'estimer une consommation future de GNV au vu, d'une part, des volumes très modestes consommés aujourd'hui, et, d'autre part, du potentiel énorme du transport routier.

En Argentine, le GNV couvre 16 p. 100 des besoins totaux d'énergie du transport routier, 1,8 p. 100 au Brésil, 0,9 p. 100 en Italie et 0,07 p. 100 aux États-Unis. Environ 3 500 000 véhicules roulent au gaz naturel dans le monde, dont 500 000 en Europe (7 000 en France).

En France, environ 1 500 autobus, soit 10 p. 100 de la flotte nationale, et 200 bennes à ordures utilisaient le gaz naturel à fin 2003. Notons qu'un nouveau bus sur trois est désormais équipé au gaz naturel.

Enfin, toujours dans le secteur des transports, la transformation du gaz naturel en carburant dit « de synthèse » selon les filières GTL (Gas-To-Liquids, procédé Fischer-Tropsch) ou DME (Dimethyl Ether), utilisable directement dans les moteurs à combustion classique, semble promise à un bel avenir.

Gaz naturel matière première

Le gaz naturel est aussi utilisé par l'industrie chimique pour la fabrication d'ammoniac, d'engrais azotés et autres dérivés organiques. Ce rôle de matière première a été important dès les premières années de l'histoire industrielle du gaz ; ainsi, aux États-Unis et en Roumanie, pour la production du noir de fumée, ou en Allemagne pour la production d'acétylène et de produits dérivés.

La chimie fondée sur le gaz naturel transforme le méthane mais aussi tous les composants du gaz brut tels l'éthane, le propane, le butane et les essences. On n'évoquera ici que les réactions basées sur le méthane qui est le principal composant. La stabilité chimique qui caractérise ce corps a limité son usage massif à la fabrication de l' ammoniac et du méthanol ; mais il intervient dans d'assez nombreuses réactions industrielles.

Par craquage du méthane, on obtient un gaz de synthèse, mélange d'hydrogène, de composés hydrocarbonés et d'oxydes de carbone, qui peut conduire à l'acétylène ou à l'éthylène, ou bien servir de matière première pour la fabrication de l'ammoniac et du méthanol – le méthanol est à la base de la chimie du formol, utilisée notamment dans la fabrication des colles, adhésifs et plastiques thermodurcissables. Aux États-Unis, 90 p. 100 de la production de méthanol sont assurés par le gaz naturel ainsi que la quasi-totalité de la production d'ammoniac. Cette synthèse offre une possibilité d'exploitation des ressources en gaz naturel, particulièrement dans les pays où les réserves sont abondantes et les coûts d'extraction faibles. D'importantes usines existent, notamment au Chili (gaz de Terre de Feu) et sur les rives du golfe Persique.

Par des réactions de chloration, nitration et sulfuration, on peut obtenir toute une gamme de produits intéressants :

– le chlorure de méthyle, de méthylène, le chloroforme et le tétrachlorure de carbone, que l'on trouve dans l'industrie des solvants ou l'industrie pharmaceutique par exemple ;

– le tétranitrométhane, utilisable comme combustible dans les fusées ;

– l'acide cyanhydrique, base des résines acryliques, métacryliques à partir desquelles on fabrique le Plexiglas et des fibres acryliques du type Orlon ;

– le sulfure de carbone, qui est un solvant.

Les propriétés réductrices du méthane sont, par ailleurs, utilisées dans le traitement du minerai de fer. L'injection du méthane permet de réduire la consommation de coke de 10 à 15 p. 100 et d'augmenter la productivité du haut fourneau de 5 à 7 p. 100. Dans le monde industrialisé, de nombreux hauts-fourneaux sont équipés d'une injection de gaz naturel.