TECHNOLOGIES ÉMERGENTES : Les membranes à haute performance contribueront à réduire les émissions et à aider l’industrie à atteindre son objectif de développement durable des sables bitumineux

Une technologie à membrane novatrice pourrait permettre de réduire de 15 % les émissions de gaz à effet de serre et la consommation d’eau dans les installations de DGMV, et cette expertise de classe mondiale se trouve ici même, en Alberta. Les travaux de Mohtada Sadrzadeh illustrent de quelle façon l’industrie des sables bitumineux innove pour favoriser le développement durable et soutenir un avenir à faibles émissions de carbone.

Plusieurs pistes pour réduire les émissions des sables bitumineux

Les installations de drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV) dans les sables bitumineux sont constituées d’un réseau complexe de pompes, de tuyaux et de réservoirs d’entreposage. Au cœur de ces opérations : l’eau, et plus précisément la vapeur, qui sert à extraire le bitume des réservoirs souterrains.

Depuis plus de 10 ans, Mohtada Sadrzadeh, professeur agrégé de génie mécanique à l’Université de l’Alberta, et une équipe de chercheurs du Advanced Water Research Lab de l’Université de l’Alberta consacrent leur temps à trouver des moyens d’améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’eau dans ces installations. Ils travaillent à augmenter les taux de recyclage de l’eau, tout en réduisant la consommation d’eau douce et les émissions de gaz à effet de serre (GES), potentiellement de 5 % à 15 %.

Leurs recherches portent sur une nouvelle conception des matériaux membranaires et des processus de filtration qui y sont associés. Une membrane est une barrière sélective qui permet à l’eau de circuler, tout en empêchant les composés indésirables, comme les sels, de passer. De légères modifications apportées aux membranes peuvent donner de grands résultats.

Augmenter l’efficacité

L’Alliance nouvelles voies, qui représente les plus grands producteurs de sables bitumineux du Canada, fait progresser des technologies innovantes comme celles-ci qui permettent de réduire les émissions, dans le cadre de son plan en plusieurs étapes visant à atteindre l’objectif de carboneutralité d’ici 2050. Elle collabore avec divers organismes de recherche et développement nationaux et internationaux de premier plan afin de susciter de nouvelles initiatives dans le but de décarboniser le pétrole canadien.

Les installations de DGMV recyclent déjà plus de 90 % de leur eau. La technologie de filtration membranaire améliorée de M. Sadrzadeh pourrait porter ce taux de recyclage à 99 %. Cela permettrait non seulement de réduire les besoins en eau[1] , mais aussi d’accroître l’efficacité énergétique des procédés industriels, ce qui se traduirait par une réduction des émissions.

« Tout ce qui s’est produit jusqu’à maintenant découle de la confiance de l’industrie dans cette technologie, explique M. Sadrzadeh. Tout a commencé parce que l’industrie des sables bitumineux voulait un changement positif dans l’efficacité de l’extraction des ressources et la réduction des émissions. Elle a investi dans cette technologie et en obtient aujourd’hui les résultats. »

Des années de développement et de tests

Les membranes novatrices en sont à divers stades de développement et de mise à l’essai. Le procédé membranaire lui-même n’est pas nouveau. Il est largement utilisé dans les installations de traitement des eaux usées industrielles, dans les industries alimentaires et des boissons, pour dessaler l’eau de mer, et même dans les systèmes de filtration d’eau pour la maison, afin d’éliminer le surplus de minéraux de l’eau potable.

Les membranes d’osmose inversée sont utilisées pour éliminer le sel et d’autres petits ions, tandis que la nanofiltration permet l’adoucissement de l’eau, qui élimine les molécules plus grosses comme le calcium et le magnésium. L’ultrafiltration sépare les protéines et les virus, et la microfiltration sert à éliminer les huiles et les bactéries.

Le problème qui se pose avec les sables bitumineux, c’est que le bitume est trop épais pour circuler dans des pipelines. De la vapeur à haute température est donc acheminée sous terre pour réduire la viscosité du pétrole. Le mélange de pétrole et de vapeur est transporté par pipeline jusqu’à l’installation de DGMV, où l’on sépare le pétrole et l’eau. L’eau est ensuite envoyée dans une installation de traitement des eaux sur place, où elle est filtrée et réinjectée dans le système pour créer à nouveau de la vapeur.

Le procédé de M. Sadrzadeh est unique parce qu’il réinvente la technologie des membranes existantes pour qu’elle puisse fonctionner à des températures élevées, lorsque l’eau à traiter est plus chaude que 90 °C.

Une technologie émergente unique en son genre

« Il n’existe sur le marché aucune membrane commerciale qui puisse actuellement résister à la température de l’eau produite par le DGMV », affirme M. Sadrzadeh. Après avoir étudié les effets des membranes commerciales existantes aux températures d’une installation de DGMV, il s’est mis à modifier les matériaux et à tester différentes combinaisons à petite échelle. Il a également ajouté des nanomatériaux, comme des nanodiamants, pour les rendre plus fonctionnelles.

« Nous fabriquons des membranes à base de nanoparticules qui présentent de nouvelles propriétés chimiques et une nouvelle composition qui leur permettent d’être plus stables sur le plan thermique », explique-t-il. Une fois intégrés dans les installations de sables bitumineux existantes, ses travaux contribueront à réduire les émissions et aideront l’industrie à atteindre son objectif de développement durable des sables bitumineux du Canada.

Pour en savoir plus sur le plan de l’Alliance nouvelles voies et sur ses efforts de collaboration sans précédent pour développer et déployer des technologies de réduction des émissions, les Canadiens et les Canadiennes peuvent consulter le site alliancenouvellesvoies.ca