Les fines catalytiques (catfines) : origines et risques
L'industrie du transport maritime est habituée aux défis de grande envergure, de la logistique complexe du commerce mondial aux risques posés par les tempêtes et les vagues.
Pourtant, de minuscules particules contenues dans le carburant et connues sous le nom de cat fines (ou fines catalytiques) sont responsables de dégâts importants sur les moteurs des navires.
Les cat fines présentes dans les fiouls résiduels doivent impérativement être éliminées efficacement, et la première étape pour les combattre consiste à comprendre leurs origines et leur potentiel de nuisance.
Que sont exactement les fines catalytiques ?
« Cat fine » est l'abréviation de « catalytic fine », un type de particule microscopique qui apparaît dans les huiles résiduelles après raffinage.
Les raffineries modernes utilisent d'abord la distillation atmosphérique et sous vide, qui permet d'extraire les produits les plus volatils et de plus grande valeur du haut de la colonne de distillation. Ensuite, elles ont recours à des procédés thermiques et catalytiques pour diviser le brut restant en fractions supplémentaires. Le craquage catalytique utilise des zéolithes cristallines synthétiques - des composés minéraux poreux d'aluminium et de silicium - pour briser les molécules d'huile tenaces.
Inévitablement, une partie des catalyseurs zéolithiques se retrouve dans les produits pétroliers résiduels. La taille des cat fines varie de moins d'un micron à environ 100 microns, soit approximativement d'une poussière à la largeur d'un cheveu humain. Leur densité varie également, et si les particules plus grosses peuvent se déposer dans le pétrole, les particules de cat fines plus petites et de densité plus faible peuvent rester en suspension dans le carburant.
Plus important encore, les particules de suie sont abrasives et extrêmement dures, avec une dureté pouvant atteindre 8,2 sur l'échelle de Mohs.
Elles sont suffisamment dures pour rayer ou s'incruster dans les surfaces en acier, en particulier celles situées entre les pièces mobiles des moteurs marins.
Les dommages causés par les cat fines
Lorsque les cat fines parviennent à passer les systèmes de protection et à traverser l'injecteur du moteur, elles peuvent se coincer entre le segment de piston et la chemise de cylindre, dans un espace mesuré en microns.
À chaque mouvement du piston, les fines se frottent aux surfaces lisses et ont un effet abrasif, creusant des sillons qui s'aggravent avec le temps.
Quelles parties des moteurs peuvent être abîmées par les cat fines ?
Les dommages dus à l'abrasion peuvent se produire dans les :
- cylindres
- injecteurs
- pompes à carburant
- soupapes
- autres composants
Des dégâts sensibles à court terme
Même les plus petites particules peuvent causer des dommages importants, et le risque ne se limite pas à l'usure mécanique à long terme.
À des concentrations élevées, les fines de catalyseur peuvent causer des dommages critiques et catastrophiques en un temps remarquablement court.
Découvrez dans ce rapport disponible en ligne sur le site Officer of the Watch comment des cat fines ont paralysé le moteur d'un navire en seulement 100 heures. Lorsque le moteur a été démonté, les ingénieurs ont constaté que « tous les pistons et chemises étaient totalement détruits et devaient être changés ».
Un rapport du CIMAC (International Council on Combustion Engines) mené par l'équipe PrimeServ de MAN a conclu après études que les dommages causés aux chemises de cylindres sont imputables aux cat fines dans 190 des 226 cas survenus au cours d'une période de 3 ans, soit 84 %.
La réparation de tels dommages est extrêmement coûteuse, avec des demandes d'indemnisation allant de 300 000 à 1,5 million de dollars américains. Les amendes liées aux dommages causés par les navires sont donc un casse-tête non seulement pour les armateurs et les exploitants, mais aussi pour ceux qui assurent leurs navires.
Un problème qui persiste
Les premiers rapports de dommages causés par les fines de catalyseur datent des années 1980. La hausse des prix du pétrole dans les années 1970 avait conduit les raffineries à recourir davantage au craquage catalytique afin d'extraire des produits plus précieux du pétrole brut disponible.
Aujourd'hui, un craquage encore plus intensif est nécessaire pour respecter les limites de teneur en soufre des carburants marins.
Cela signifie que le processus de craquage est amené à continuer à se développer, et avec lui le risque des fines de catalyseur. Pire encore, les nouveaux catalyseurs peuvent produire des cat fines encore plus dures.
Pourquoi les cat fines ne sont-elles pas éliminées en raffinerie ?
Avec le coût élevé des catalyseurs, on pourrait s'attendre à ce que les raffineries fassent davantage d'efforts pour éliminer les cat fines du combustible de soute.
En fait, les raffineries récupèrent et réutilisent autant que possible le contenu des catalyseurs. Cependant, il n'est plus pratique ni économiquement viable pour elles de faire davantage d'efforts au-delà d'un certain point.
En d'autres termes, le problème des cat fines persistera. En tout état de cause, les niveaux de cat fines dans le carburant sont de moins en moins prévisibles, tant dans les soutes elles-mêmes qu'en raison du mélange de carburants.
Ce qui est certain, c'est l'importance d'une ligne de carburant capable de s'adapter aux variations de qualité du carburant, même lorsque les carburants à bord changent.