Egbert van der Wouden
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Le gaz naturel est une importante source d’énergie pour les marchés domestique et industriel à travers le monde. Les dernières tendances au niveau de l’approvisionnement ont engendré des changements dans la composition du gaz livré dans de nombreux pays. En raison de ces changements, il est de plus en plus important de mesurer la composition du gaz, et nous avons identifié un besoin pour une technologie de mesure intégrée dans les applications à petite échelle.

Par exemple, dans les années 1950 aux Pays-Bas, une importante réserve de gaz naturel a été découverte près de Slochteren qui a fourni une source de gaz stable et constante pendant des décennies. Mais depuis quelque temps, cette réserve s'épuise et il faut maintenant approvisionner le réseau de gaz à partir de sources différentes.

Gaz naturel

Tous les gaz naturels, quelle que soit leur source, sont essentiellement composés de méthane, qui représente entre 75 et 95 %. Le reste du mélange se compose généralement d’alcanes supérieurs, comme l’éthane et le propane, ainsi que de petites quantités d’azote et de dioxyde de carbone. La composition exacte dépend largement de la source du gaz; par conséquent, si le réseau est approvisionné par des gaz différents, sa composition change au fil du temps. Par ailleurs, d’autres tendances récentes contribuent aux variations dans la composition.

Tendances dans la composition du gaz

Le gaz naturel est très pratique car il facilite l’utilisation croissante des énergies renouvelables. En effet, les énergies renouvelables, comme le biogaz, peuvent être injectées dans le réseau après avoir été soumises à un traitement approprié. Cela étant, la composition du biogaz dépend de la matière première, laquelle n’est pas toujours constante sur la durée.

« Pour plus d’informations sur les procédés d’absorption utilisés pour purifier le gaz naturel ou le biogaz, lisez notre article sur les tests de purification du biogaz »

Autre tendance importante, la technologie « power to gas » ou P2G qui consiste à utiliser l’énergie produite à partir de sources renouvelables, comme le solaire ou l’éolien, pour produire du gaz. Il peut s’agir d’hydrogène produit par électrolyse ou de méthane de synthèse en combinant une source de dioxyde de carbone et d’hydrogène également produits par électrolyse.

Un des facteurs clés dans l’utilisation d’énergies renouvelables est le déséquilibre entre l’offre et la demande. La conversion d’énergie électrique en énergie chimique par la production de gaz combustibles qui sont ensuite injectés dans le réseau national peut aider à équilibrer cette situation en utilisant la grande capacité tampon des réseaux de gaz disponibles.

Tous ces facteurs ont conduit et continueront à conduire à des changements dans la composition du gaz dans le réseau. La composition et la qualité sont d’ailleurs très liées. Une augmentation des gaz inertes, comme l’azote et le dioxyde de carbone, réduit la quantité d’énergie produite par combustion, également appelée pouvoir calorifique.

La présence d’hydrogène dans le gaz naturel peut modifier les caractéristiques de la flamme, comme sa température et sa vitesse.

Mesure de la composition

En raison des changements au niveau de la composition chimique, il devient de plus en plus important de pouvoir mesurer cette composition. Grâce à un point d’entrée unique, une seule mesure suffit pour analyser la composition sur le réseau aval. Dans le maillage actuel, les réseaux sont plus interconnectés que jamais et ils disposent de points d’entrée multiples où les gaz sont mélangés. À chaque point d’entrée, il est nécessaire de mesurer la composition non seulement à des fins de contrôle qualité mais aussi à des fins tarifaires. De cette manière, les fournisseurs peuvent s’assurer non seulement que les consommateurs obtiennent la qualité escomptée mais aussi qu’ils sont facturés pour le pouvoir calorifique du gaz plutôt que pour le volume consommé.

Le standard de mesure de la qualité du gaz utilisé actuellement est la chromatographie en phase gazeuse, une méthode très précise mais également très lente et onéreuse. Des méthodes alternatives existent, comme la calorimétrie, mais elles sont tout aussi onéreuses et difficiles à mettre en place dans des applications à petite échelle.

Toutes ces tendances font naître le besoin d’une technologie de mesure qui puisse être utilisée de façon intégrée dans des applications à petite échelle. Pour ce faire, il faut des capteurs compacts, abordables et qui puissent de préférence mesurer la composition.

Nouvelle solution pour la mesure de la composition des gaz

En collaboration avec :

  • TNO (organisation néerlandaise dédiée à la recherche scientifique appliquée),
  • Venne Electronics (fournisseur néerlandais de produits électroniques),
  • les opérateurs du réseau de gaz néerlandais Alliander et Gasunie, Bronkhorst développe actuellement un capteur qui peut être installé facilement sur de nombreuses installations pour une large gamme d’applications.

    Capteur pour mesurer la composition du gaz

Capteur sans son capot de protection

Le principe opérationnel du capteur repose sur l’absorption d’un composant du gaz par une couche spécifique appliquée sur une électrode intercroisée. L’absorption est proportionnelle à la concentration et elle résulte en un changement des propriétés électriques qui se traduit par une variation de la capacité électrique de la couche.

Capteur DIE

Capteur DIE (capteur avec un petit circuit en silicium) avec électrodes et couches intercroisées.

Le capteur est testé actuellement dans le réseau de gaz naturel néerlandais en étroite collaboration avec les opérateurs du réseau et les partenaires du projet que sont Alliander et Enexis.

Concentration du méthane-Allemagne En haut à gauche : concentration de méthane dans le réseau national néerlandais mesurée avec le capteur et par chromatographie en phase gazeuse.

Sur la base des composants mesurés sur les différentes couches, le pouvoir calorifique peut être calculé à partir de la concentration des composants mesurés. Outre la pression intégrée et le capteur de température, d’autres paramètres clés pour caractériser le gaz naturel, comme l’indice de Wobbe, l’équivalent propane et l’indice de comburité, peuvent être déterminés.

Le fait d’utiliser ces paramètres dans le système de contrôle permet aux utilisateurs d’optimiser les procédés pour accroître l’efficacité, réduire les polluants ou gérer la charge. Dans les procédés suivants, par exemple :

  • Suivi de la qualité du gaz dans le réseau national
  • Contrôle du procédé de production de biogaz/gaz de synthèse
  • Gestion mécanique pour les moteurs et les brûleurs à gaz

Vous voulez en savoir plus sur l’odorisation du gaz naturel ? Lisez notre post de blog « Comment les régulateurs de débit massique permettent d'odoriser le gaz naturel » Ou lisez la note d'application « Controlled supply of odorant to natural gas » (Apport contrôlé d'odorisant pour le gaz naturel).

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