HyDéTOP : Intégration d’hydrogène comme combustible pour la terre cuite

Le Projet HyDéTOP s’inscrit dans le contexte de la décarbonation de l’industrie des Tuiles et Briques.

La production des matériaux de construction en terre cuite demande une étape de cuisson à haute température (850-1150°C). L’énergie actuellement utilisée pour cette cuisson est le gaz naturel source d’émissions de CO2 dans les fumées et qui représentent en moyenne 75% des émissions globales des sites. Une décarbonation significative du procédé pour atteindre les objectifs de neutralité carbone à horizon 2050 nécessite la substitution du gaz naturel par une autre énergie décarbonée. L’électrification de ce procédé haute température étant complexe, l’usage d’un gaz décarboné est techniquement plus envisageable.

La cuisson des produits, en flamme directe, est sensible aux atmosphères de cuisson, notamment pour l’esthétique des produits de toiture ou de parement qui sont apparents. L’hydrogène vert, encore peu étudié dans la filière, peut dont être une alternative intéressante au gaz naturel pour cette industrie.  

L’hydrogène vert est un vecteur énergétique qui peut contribuer au verdissement de l’industrie française et qui est déjà étudié dans d’autres secteurs industriels.

L’impact de son usage comme combustible est fortement lié au procédé et aux réactions avec les produits.  

Une démarche expérimentale est essentielle pour évaluer les impacts et les verrous techniques liés à son usage. C’est l’objectif du projet HyDéTOP pour la filière terre cuite avec :

• Le test sur des brûleurs utilisés en terre cuite avec l’intégration de différents taux d’hydrogène (soit 6, 20, 50 et 75%vol) au gaz naturel jusqu’à une substitution complète,
• L’évaluation des impacts de cette intégration sur la flamme d’un brûleur,
• La réalisation de cuissons avec des produits industriels pour ces différents mix dans une cellule semi-industrielle,
• La caractérisation et l’évaluation des impacts sur les produits obtenus,
• L’évaluation de la faisabilité technico-économique pour un site industriel. 

Le projet se décompose en 6 lots :

• Le lot 1, piloté par le CTMNC, dédié au management du projet avec la mise en place d’un comité de pilotage composé des partenaires et des financeurs ;
• Le lot 2, piloté par le laboratoire CORIA, près de Rouen, ayant pour enjeux d’étudier, sur un brûleur, les impacts sur la flamme de l’intégration progressive d’hydrogène au méthane jusqu’à l’atteinte du 100% hydrogène ;
• Le lot 3, piloté par CLEIA et en collaboration avec le CORIA pour la partie mesures, destiné aux tests des différents mix de gaz à l’air libre pour deux types de brûleurs et dans une enceinte spécifique pour le troisième fonctionnant en auto-combustion au-delà de 800°C. Ces tests ont été réalisés à Belfort chez Jetflam, filiale de CLEIA ;
• Le lot 4, également piloté par CLEIA, ayant pour but l’adaptation d’une cellule de cuisson existante dans leur laboratoire de Nolay et la réalisation des cuissons de produits industriels aux différents mix ;
• Le lot 5, piloté par le CTMNC, a permis la fourniture de produits à tester par les industriels de la filière localisés dans différentes régions de France et la caractérisation de ces produits après cuissons. Les essais se sont déroulés entre les laboratoires de Clamart et de Limoges ;
• Le dernier lot, également piloté par le CTMNC, a pour but d’évaluer l’impact technico-économique pour les industriels de la substitution partielle ou complète du gaz naturel par de l’hydrogène vert. 

Les essais au CORIA ont permis de montrer un impact faible sur la flamme pour l’intégration jusqu’à 50% d’hydrogène. Au-delà de 75%, taux proche de l’équi-puissance entre hydrogène et méthane, la structure de la flamme est différente avec une longueur qui diminue avec l’augmentation du taux d’hydrogène. Cette diminution est plus modérée à plus fort excès d’air.  

Les pré-tests sur les brûleurs ont permis leur mise au point (modifications/réglages) pour réaliser les essais dans la cellule de cuisson.

Les analyses des résultats d’essais et l’étude technico-économique sont encore en cours. 

Application et valorisation

Pour la fabrication des produits de terre cuite, en moyenne, 75% des émissions de CO2 sont liées au combustible. Un taux de substitution de 75% d’hydrogène vert au gaz naturel permettrait de les réduire d’environ 35% et une substitution complète de les effacer complètement.

Si la préfaisabilité technique sans impact sur la qualité des produits est démontrée par le projet ou s’il permet identifier les verrous qui restent à lever d’un point de vue technique, les industriels de la terre cuite pourront se projeter plus aisément sur les éventuelles opportunités économiques à venir pour cette voie de décarbonation.

Coordinateur

• Centre Technique de Matériaux Naturels de Construction (75)

Partenaires  

• CNRS Paris Normandie - Laboratoire CORIA (75)
• CLEIA SAS (21)

Localisation

• Bourgogne-Franche-Comté,  
• Nouvelle Aquitaine,  
• Ile de France,  
• Normandie

Détails du projet

• Durée : 36 mois
• Mois/Année de démarrage : Novembre 2021 

Montant total du projet

• 805 000 € 

Aide projet

• 384 000 €