Dans cet article de blog, j'expliquerai en termes simples le champ d'application du génie du traitement des ressources et pourquoi les technologies de réduction des déchets et du dioxyde de carbone sont si importantes.

Le Département de l'ingénierie énergétique et des ressources : attentes et réalité

Quand on entend le terme « Département d'ingénierie de l'énergie et des ressources », on pense souvent immédiatement aux « énergies renouvelables ». Nombre d'étudiants de première année, moi y compris, s'inscrivent avec l'espoir de lutter contre le réchauffement climatique et de mener des recherches sur les énergies renouvelables. Pourtant, en réalité, le programme universitaire et les domaines de recherche ne diffèrent pas fondamentalement de ceux de l'ingénierie des ressources traditionnelle.
Le génie énergétique et des ressources englobe divers domaines, dont l'exploration géophysique, le génie pétrolier et gazier, la mécanique des roches, le génie du traitement des ressources, la géochimie environnementale, l'économie de l'environnement et le génie géologique. Je me concentrerai ici sur le génie du traitement des ressources, un domaine dont le nom est souvent difficile à appréhender.

Domaines couverts par l'ingénierie du traitement des ressources

Le génie du traitement des ressources englobe la séparation et le raffinage des ressources naturelles, la récupération des ressources utiles contenues dans les déchets, l'élimination sûre des déchets et les technologies de réduction des émissions de dioxyde de carbone. Les technologies liées aux déchets ont récemment suscité un intérêt accru suite à des événements tels que l'accident nucléaire de Fukushima, et les technologies de réduction des émissions de dioxyde de carbone demeurent – ​​et resteront – un enjeu crucial face au réchauffement climatique.

Récupération des ressources issues des déchets

La valorisation des ressources issues des déchets désigne les technologies qui réutilisent des matériaux auparavant mis au rebut. On peut citer comme exemples l'extraction du méthane des décharges, la récupération du méthane des mines de charbon abandonnées et le recyclage des gaz de combustion produits par les aciéries. Face aux enjeux environnementaux, à la hausse des prix de l'énergie et aux progrès technologiques, les technologies de transformation des déchets en ressources revêtent une importance croissante.
Concrètement, ce procédé consiste à collecter le biogaz des décharges et les gaz de production des aciéries, puis à utiliser diverses techniques de séparation pour isoler les gaz valorisables énergétiquement. Parmi les méthodes de séparation employées figurent différentes techniques physiques et chimiques, telles que la sédimentation, la séparation électrostatique par polarisation électrique, la séparation centrifuge et la pulvérisation.
En examinant de plus près la récupération du méthane dans les mines de charbon, on constate que ce gaz est parfois piégé dans les interstices entre les particules de charbon lors de la formation des veines. Autrefois, ce méthane était à l'origine d'explosions minières, mais aujourd'hui, on le récupère en injectant du dioxyde de carbone comprimé dans ces interstices : le dioxyde de carbone pénètre et le méthane s'échappe. Cette méthode permet de recycler le méthane comme ressource tout en séquestrant le dioxyde de carbone sous terre, offrant ainsi une solution doublement avantageuse.

Recyclage des gaz de sous-produits et récupération améliorée du pétrole et du gaz

Le recyclage des gaz résiduaires est un exemple concret de collecte et de purification des gaz émis par les sites industriels en vue de leur utilisation comme source d'énergie. Par ailleurs, la récupération assistée du pétrole (RAP), une méthode qui consiste à injecter du dioxyde de carbone dans les gisements de pétrole et de gaz afin d'accroître la récupération du pétrole ou du gaz restant, est déjà une technologie utilisée commercialement qui permet de réaliser simultanément le stockage du dioxyde de carbone et la récupération des ressources.

Exploitation minière urbaine : redécouvrir les déchets électroniques

L'exploitation minière urbaine est un concept apparu au XXIe siècle, désignant la récupération des métaux précieux et rares contenus dans les appareils électroniques – tels que les téléphones portables, les ordinateurs et les téléviseurs – que nous jetons au quotidien. Actuellement, le recyclage des déchets électroniques reste insuffisant et, dans de nombreux cas, seule une infime partie des métaux précieux, comme l'or, est récupérée.
Cependant, compte tenu de la tendance à l'augmentation de l'utilisation des appareils électroniques et à la réduction de leur durée de vie, la valorisation des déchets urbains représente un secteur à fort potentiel. En mettant en place un système de collecte et de traitement systématique et en améliorant le recyclage, elle peut devenir un marché prometteur sur les plans économique et industriel.

Technologies de prévention de la dispersion des déchets et de réponse aux accidents

Depuis l'accident nucléaire de Fukushima, l'intérêt pour la prévention et la gestion des déchets radioactifs s'est accru. Lorsque des substances mortelles pour l'homme — telles que des matières radioactives, du soufre et des métaux lourds — s'infiltrent dans le sol, il est nécessaire de disposer de technologies permettant de prédire leur trajectoire, d'évaluer l'étendue de leur propagation, d'alerter en cas de danger et d'empêcher toute nouvelle dispersion.
Cette technologie vise à modéliser la propagation des contaminants et à prévenir les accidents grâce à une surveillance en temps réel. Elle repose sur la prédiction du potentiel de dispersion en tenant compte des caractéristiques du sol, des écoulements souterrains et des réactions chimiques, puis sur la mise au point de mesures de remédiation et de confinement appropriées.

Réduction du dioxyde de carbone : réduction avant traitement et capture et stockage après traitement

Les technologies de réduction du dioxyde de carbone se divisent en deux catégories : celles qui réduisent les émissions en amont du procédé et celles qui capturent et stockent le dioxyde de carbone émis après le procédé. Les méthodes de réduction des émissions en amont consistent à éviter autant que possible les réactions génératrices de carbone et à utiliser des mécanismes alternatifs ; toutefois, leur application pratique se heurte souvent à des limitations.
À l'inverse, les technologies de réduction post-traitement comportent deux étapes : la capture et le stockage. Une fois le traitement terminé, un mélange de divers gaz est émis ; les technologies de séparation mentionnées précédemment servent à isoler et à concentrer le dioxyde de carbone de ce mélange. Le dioxyde de carbone capturé est généralement utilisé dans des applications existantes, telles que la récupération assistée du pétrole (EOR), ou stocké sous pression dans des espaces souterrains comme des cavernes calcaires ou des dômes de sel.
Le stockage sous pression en surface est également possible, mais pose des problèmes importants en termes de coût et de disponibilité foncière. En revanche, le stockage de gaz comprimé dans des cavernes souterraines élimine le besoin de conteneurs haute pression séparés, et l'espace vide peut même contribuer à la stabilité du sol. Cependant, la stabilité du stockage doit être rigoureusement évaluée. En effet, si le dioxyde de carbone stocké fuit et se dissout dans la nappe phréatique ou remonte à la surface, le stockage perd tout son intérêt. Par conséquent, les projets doivent être précédés d'une étude détaillée des conditions du sol, menée en collaboration avec des spécialistes compétents tels que le génie géotechnique.

Conclusion : Pourquoi devrions-nous nous concentrer sur l'ingénierie du traitement des ressources ?

Près d'un siècle s'est écoulé depuis le début de la révolution industrielle, et l'humanité a consommé d'immenses quantités de ressources et dégradé l'environnement dans sa quête de confort et d'accumulation de capital. Nous savons tous aujourd'hui que les déchets industriels et ménagers sont à l'origine de problèmes environnementaux mondiaux, et il est évident que le progrès technologique doit s'accompagner de la résolution de ces problèmes.
Il est difficile d'enrayer d'un seul coup le réchauffement climatique, qui s'accélère déjà. Nous avons donc besoin de technologies de « refroidissement », c'est-à-dire des technologies qui valorisent les ressources contenues dans les déchets, réduisent la pollution et diminuent et stockent les émissions de dioxyde de carbone. Le moment est venu d'investir davantage dans l'ingénierie de la valorisation des ressources, qui joue un rôle essentiel à cet égard.