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Plus de carburants à faible impact environnemental

Les outils de caractérisation des produits : domaine d'excellence d'IFPEN - Questions à Didier Espinat, Analyse caractérisation produits à IFPEN

Pour le raffinage des produits pétroliers comme pour la transformation de la biomasse, il est indispensable de caractériser les composés organiques le plus finement possible. Une compétence sur laquelle IFPEN se situe au meilleur niveau mondial.

Didier Espinat

 

Questions à ...

 

Didier Espinat,

Analyse caractérisation produits à IFPEN

 
À quoi sert la caractérisation fine des produits ?

Didier Espinat : Pour maîtriser, optimiser les procédés et développer de nouveaux catalyseurs, IFPEN a besoin de connaître le plus précisément possible les produits qu’il souhaite transformer. Il s'agit de déterminer très finement leur composition chimique, à la fois qualitative et quantitative, afin de suivre leur transformation, en particulier catalytique. Mais plus le produit est complexe, plus l’analyse est difficile. C’est par exemple le cas des gazoles, comprenant un très grand nombre de molécules. Nous avons donc recours aux sciences séparatives. Concrètement, il s’agit de fractionner les produits en coupes plus simples et d’appliquer ensuite à chacune de ces coupes des techniques d’analyse permettant de séparer et de quantifier les molécules qui les composent. On utilise les techniques séparatives chromatographiques multidimensionnelles couplées à des détecteurs à haute performance et la spectrométrie de masse, en particulier à haute résolution.

Dans quels domaines est-elle utilisée ?

D. E. : Historiquement, la caractérisation fine a été appliquée aux procédés de raffinage des produits pétroliers : désulfuration, conversion de fractions lourdes en fractions plus légères, etc. Elle permet de calculer plus facilement leurs propriétés d’usage – et notamment les indices d’octane ou de cétane. Aujourd’hui, elle est également nécessaire pour concevoir de  nouveaux procédés liés à la  conversion de la biomasse et à la  liquéfaction du charbon.

Comment se situe IFPEN dans ce domaine ?

D. E . : Nous sommes parmi les leaders mondiaux dans le domaine des sciences séparatives, que ce soit pour les produits pétroliers, la biomasse ou le charbon. Et cela malgré une compétition très forte ! Ce positionnement est lié à notre recherche permanente d’amélioration. Non seulement en travaillant sur les techniques elles-mêmes – par exemple l'utilisation des chromatographies en phases gazeuse, liquide et supercritique pour fractionner plus finement les produits – mais aussi en couplant ces techniques.

Nous sommes ainsi passés de la chromatographie

  •  monodimensionnelle : une seule colonne de séparation, à la
  •  bidimensionnelle : utilisation de deux colonnes aux propriétés séparatives différentes, et puis
  • multidimensionnelle : plusieurs dimensions de séparation et ajout de détecteurs sélectifs pour l'oxygène, l'azote, le soufre, etc., en sortie de colonnes.

En ce qui concerne la spectrométrie de masse, les améliorations portent essentiellement sur la résolution : grâce aux spectromètres de masse à transformée de Fourier et à résonance ionique cyclotronique, on peut distinguer très finement des molécules différentes ayant une masse très proche.

Quelles sont les applications concrètes de ces techniques ?

D. E . : Elles sont valorisées en priorité au sein des laboratoires d’IFPEN : les techniques de caractérisation que nous développons nous permettent d’avancer chaque jour dans la mise au point des procédés et des catalyseurs nécessaires à la transition énergétique. Ces techniques sont également à l’origine du logiciel 2Dchrom, commercialisé depuis 2009 par la société Thermo Fisher Scientific.

Analyse par chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle d'une coupe gazole de liquéfiat de charbon mettant en évidence les composés phénoliques

 

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