Printemps des sciences

 En phase avec “L’Année internationale de la planète Terre”, le Printemps des sciences 2008 traitera des richesses et des ressources de notre planète et abordera les grands questionnements de notre époque.  Exemples avec deux chercheurs. 

Des entrailles de la Terre à la pompe

Angélique Léonard

Dans le cadre du Printemps des sciences “Terres à terre”, le département de chimie appliquée propose une activité liée à la transformation de l’or noir issu des entrailles de la Terre, le pétrole. Le but de l’animation est de faire connaître la chaîne de production des carburants depuis le forage pétrolier en passant par le raffinage jusqu’à la distribution. 

Le pétrole brut est un produit naturel qui résulte de la lente dégradation anaérobie de matières organiques. Il s’agit d’un mélange complexe d’hydrocarbures, de composés oxygénés, azotés, soufrés et d’autres impuretés dont la composition est propre à chaque gisement. Avant utilisation, le pétrole brut doit être purifié et transformé en produits dont la composition est adaptée. C’est l’objectif du raffinage qui regroupe différentes opérations. 

La première étape consiste à séparer le pétrole brut en plusieurs fractions de volatilités différentes dans une ou plusieurs colonnes de distillation. De manière simplifiée, les produits obtenus sont classés en trois coupes pétrolières : les légers (gaz, naphta et essences), les moyens (kérosène, diesel et fuel domestique) et les lourds (fuel lourd ou résidu atmosphérique). La deuxième étape consiste à éliminer certaines impuretés, dont la principale est le soufre. Lors de la combustion, le soufre conduit en effet à la formation d’oxydes de soufre, responsables des pluies acides. De plus, sa présence contribue à l’émission de particules par les véhicules diesel. La troisième étape du raffinage vise à traiter les fractions obtenues dans un double objectif : transformer les fractions lourdes en fractions plus légères et modifier chimiquement les produits obtenus afin d’améliorer leurs propriétés, notamment l’indice d’octane pour les essences et l’indice de cétane pour les diesels. L’étape finale consiste à préparer les produits finis par mélange, dans des proportions bien définies, des différentes fractions traitées. Ce processus permet d’assurer une constance dans la qualité des produits, quelle que soit la nature ou l’origine du pétrole brut. 

À l’heure où le baril flirte avec les 100 dollars, la partie introductive sera consacrée aux aspects géopolitiques et économiques de l’énergie, en mettant en perspective les réserves et ressources en énergie fossile en relation avec la demande. Une expérience de distillation sera réalisée afin de séparer les composants d’un mélange bien connu : le vin rouge. Une simulation sur ordinateur du fonctionnement de la colonne de distillation sera présentée en parallèle. Les visiteurs auront également l’occasion de manipuler des flacons contenant des échantillons de pétroles bruts d’origines diverses ainsi que des coupes pétrolières. Dans le contexte de la lutte contre le changement climatique via la réduction de l’émission des gaz à effet de serre, l’activité se conclura par la présentation des alternatives aux carburants traditionnels, notamment les biocarburants de seconde génération.  

L’amélioration des performances des colonnes à distiller constitue un enjeu important pour l’industrie pétrochimique car ces appareils sont de gros consommateurs d’énergie. L’augmentation de leur efficacité énergétique passe par une meilleure connaissance de leur fonctionnement et leur modélisation. Dans ce cadre, les recherches menées au sein du laboratoire de génie chimique (LGC) concernent plus particulièrement l’étude de l’hydrodynamique, c’est-à-dire le mode d’écoulement des fluides (liquides et gazeux), dans les systèmes polyphasiques gaz-liquide-solide telles que les colonnes de distillation ou de distillation réactive. Depuis une quinzaine d’années, le LGC s’est spécialisé dans l’application des techniques tomographiques en génie chimique. Le laboratoire dispose d’équipements de tomographie à rayons X uniques en Europe, permettant notamment de visualiser les écoulements au sein de ces appareils. 

Angélique Léonard
chercheuse qualifiée FRS-FNRS
site internet du laboratoire de génie chimique www.ulg.ac.be/bioreact/ 

Prospection géophysique

Frédéric Nguyen

La prospection géophysique ou géophysique appliquée étudie la partie la plus externe de la croûte terrestre à l’aide de mesures généralement prises en surface. L’homme interagit en effet fortement avec cette partie de la Terre; il y marche, il la creuse et la fore, il y bâtit des structures, il utilise ses ressources en eau et ses réserves minérales, et il y entrepose ses déchets qui s’y infiltrent. Afin de réaliser des progrès dans la compréhension des processus se déroulant dans l’épiderme terrestre, il est nécessaire de réaliser un grand nombre d’observations. C’est le rôle de la géophysique appliquée de fournir les technologies innovantes indispensables au développement de ce qu’on pourrait appeler “caméras géologiques”.  

Notre stand au Printemps des sciences 2008 visera à faire interagir les visiteurs avec différents capteurs géophysiques afin de les placer dans le rôle d’explorateur du sous-sol et d’expliquer, par exemple, pourquoi et comment une électrode impolarisable peut fonctionner comme une véritable baguette de sourcier. Ils auront également l’occasion de générer eux-mêmes des ondes sismiques et de voir comment celles-ci se propagent en temps réel dans les jardins du Musée des sciences. 

La géophysique appliquée est par essence une science multidisciplinaire qui fait appel à un grand nombre de compétences et de sensibilités. La physique est évidemment une base scientifique essentielle, les mathématiques appliquées sont également indispensables. Les sciences géologiques ont pour but d’interpréter les données enregistrées et les modèles obtenus de manière cohérente par rapport au milieu naturel étudié. Cette diversité, qui sera représentée au stand, devrait offrir aux visiteurs la possibilité de percevoir la géophysique selon leurs propres affinités : des aspects plus techniques seront abordés grâce à l’expérimentation et des notions théoriques seront données ou démontrées pour comprendre les phénomènes géophysiques. 

Peu connues du grand public, les investigations géophysiques interviennent pourtant dans quantité de domaines ayant un grand intérêt pour la société : l’ingénierie et la géotechnique (stabilité de pentes), l’environnement (calcul de l’épaisseur de la calotte glaciaire), les ressources en eau (positionnement de puits d’extraction), les mines (suivi d’une veine de charbon), l’archéologie (détection de sites enfouis) et l’expertise légale (recherche de caches). L’activité principale de notre jeune unité se concentre sur le développement et l’application des méthodes géophysiques et des algorithmes d’inversion afin d’imager et de caractériser les propriétés du sous-sol et les processus qui s’y déroulent. Actuellement, nous développons trois thématiques en particulier : la géophysique environnementale, le risque sismique et la modélisation des données géophysiques par inversion.

Nous espérons, grâce au Printemps des sciences, mettre en avant la recherche et les métiers où la géophysique est présente, sensibiliser de cette manière les visiteurs aux technologies nécessaires pour étudier notre environnement et démontrer les applications pratiques de la géophysique au service de l’homme. 

Frédéric Nguyen
chargé de cours au département Argenco (faculté des Sciences appliquées)