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Des hydrocarbures
vers les énergies
nouvelles et la chimie verte : évolution ou
révolution ?
Francis Luck
TOTAL S.A. – Direction Scientifique
Rencontres de la Chimie Durable
ENSCM
11 février 2010
Total : profil du Groupe et activités R&D
Evolution du mix énergétique et réduction des
émissions de gaz carbonique
Energies nouvelles et biocarburants
Chimie bio-sourcée
Conclusions
2 - Chimie
Nouvelles
Durable
énergies
– ENSCM
– I@L –– 11/02/2010
22 octobre 2009
Total in a nutshell…
5th largest international integrated oil company
 97,000 employees, turnover 180 Bn€, production 2.34 Mbpd
Three complementary activities
 Upstream: Finding, producing and distributing oil and natural
gas  Exploration & Production, Gas & Power
 Downstream: Refining and marketing quality products
 Refining, Marketing, Trading & Shipping
 Chemicals: Innovating to enhance the quality of life
 Base Chemicals:
Base petrochemicals (olefins and aromatics) and their
derivatives (polyethylene, polypropylene and
styrenics)
Fertilizers: GPN and Rozier Fertilizers
 Specialties:
Rubber processing (Hutchinson), resins (Cray Valley,
Sartomer and Cook Composite & Polymers), adhesives
(Bostik), and metal finishing/electronics (Atotech).
R&D activities
R&D is a core component of our strategy
 R&D: 2009 expenditures 700 M€, 4,000 researchers, 20 R&D centres
 600 partnerships with academic research
 Total needs new fundamental knowledge, new technologies and
proprietary innovations (both incremental and breakthroughs)
Four core R&D challenges
Evolution du mix
énergétique et réduction
des émissions de gaz
carbonique
5 - Chimie
Nouvelles
Durable
énergies
– ENSCM
– I@L –– 11/02/2010
22 octobre 2009
La consommation énergétique des pays émergents pilotera la
croissance de la demande
Source : estim. Total
6 - Chimie Durable – ENSCM – 11/02/2010
Les énergies fossiles : encore 75% de l’offre énergétique en 2030
L’offre énergétique doit être diversifiée pour répondre à la demande
Les gisements de pétrole et de gaz sont loin d’être épuisés
L ’exploitation de ces ressources mobilise des technologies avancées et de lourds
investissements
Grâce à ces amples ressources et aux infrastructures en place, les hydrocarbures
resteront dans les prochaines décennies la source principale d’énergie
Transport : la récession a consolidé les tendances de long terme
La sobriété croissante des moteurs se traduit par un
ralentissement de la demande dans les pays développés
Forte demande dans les pays émergents
Forte croissance des énergies renouvelables…mais qui resteront
marginales en 2030 dans le mix énergétique
Solaire : fort taux de croissance mais rôle limité en 2030
Biocarburants : montée en régime quand les carburants de 2e génération
seront disponibles
Différentes technologies complémentaires pour atteindre les
objectifs de réduction des gaz à effet de serre
Source : AIE 2008
Rôle prépondérant de l’efficacité énergétique
Capture-stockage de CO2 (CCS) nécessaire pour limiter les émissions des centrales thermiques
Coûts élevés pour atteindre les objectifs de réduction : tous les pays doivent s’engager
Emissions de CO2 provenant du pétrole et du gaz
Emissions globales : 44,2 Gt CO2-éq. (2005)
Sources : *GIEC (2007) et AIE(2008)
** Total
Nos objectifs de réduction:
- Pas de torchage du gaz associé sur les nouveaux projets, réduction du
torchage sur les projets exploités (GNL ou ré-injection)
- Améliorer l’efficacité énergétique
- Développer capture et stockage du CO2
Capture et stockage du gaz carbonique
La consommation énergétique de la capture du CO2 se traduit par
une baisse de 10% (abs) du rendement de la centrale thermique
Injection de CO2 :
- 5 milliards de tonnes en
2050
- Quelques millions de
tonnes par an
aujourd’hui…
- Production mondiale de
gaz naturel : 2 milliards
de tonnes
L’essentiel des coûts provient de la capture (50 $ à moyen terme)
… mais le stockage est la partie critique, qui aura à faire face à des
problèmes réglementaires et sociétaux.
Le pilote CCS de Lacq: le premier projet intégré
Approche
innovante :
- Technologie
(oxycombustion,
monitoring,…)
- Sur un champ de
gaz en exploitation
- Concertation
publique
Investissement : 60
M€
Phasage :
- Démarrage oxycombustion et
capture en juin 2009
- Injection du CO2 en
janvier 2010
- 120 000 t pendant 2 ans, soit les émissions de 40 000 véhicules
- Transposition de l’oxycombustion pilote (30 MW) à l’échelle
industrielle en 2015+
Améliorer notre efficacité énergétique
Optimiser l’exploitation des fours et
brûleurs : monitoring, fiabilité et
maintenance
gain d’efficacité de 0,5
à 4%
Nouvelles installations plus performantes
(incluant récupération de chaleur,
échangeurs compacts, etc.
Partager les meilleures pratiques et
technologies
Partenariats de R&D : fonds de 100 M€ pour
un programme de 5 ans avec l’ADEME en
direction des PME
développement
des techniques économes en énergie
Efficacité énergétique : des solutions innovantes pour nos clients
Carburants Excellium lancés en 2005
Gazole Ecolium 30 (30% EMHV pour flottes
professionnelles)
Fioul Premiers (multi-additivé)
Lancement du programme « Total
Ecosolutions » en 2009 : 12 produits
labellisés
Lubrifiants
Emballages
Colles aqueuses
Chauffage mixte
Isolation, etc.
Jusqu’à 500 000 t de CO2 en moins grâce à ces produits Total Ecosolutions
Energies nouvelles et
Biocarburants
17 - Chimie
Nouvelles
Durable
énergies
– ENSCM
– I@L –– 11/02/2010
22 octobre 2009
Energie solaire : technologies photovoltaïques et solaire concentré
Centrale Shams 1 : 100 MW
sur 2,5 km2 en 2011
(Total pré-sélectionné avec
Abengoa Solar pour Abu Dhabi
Future Energy Company)
Seulement 4% de la
production d’électricité en
2030…
Intégration verticale dans le silicium photovoltaïque
Silicium
Plaquettes
Former mine in
De Vernejoul (57)
Invest. 70M€ with
GDF SUEZ
80 MWp capacity
in 2011
Cellulles
Systèmes
R&D pour améliorer les rendements et réduire les coûts du solaire
Equipe de recherche commune NanoPV au LPICM :
- basée sur le campus de l’Ecole Polytechnique au cœur du plateau de Saclay
- technologies de couches minces solaires photovoltaïques
-une quinzaine de chercheurs et doctorants provenant à la fois de Total et de l’Unité Mixte de
Recherche CNRS-Ecole Polytechnique
Objectifs :
- développement de technologies de couches minces de silicium
- exploration de nouveaux concepts utilisant des nanofils de silicium
- diminuer le coût de l’énergie solaire afin d’en accélérer le déploiement.
Engagement de Total : 8 M€ pour la première phase de quatre ans
Capitaliser sur :
- nos équipes de R&D
- les synergies avec nos
spécialités chimiques
Prise de participation de 20%
dans Konarka (start-up sur
PV organique)
Et le nucléaire ?
Estim. Total, basée sur durée de vie moyenne
de 50 ans des centrales existantes
30% de capacité supplémentaire en 2030
lourds investissements nécessaires
13% de la production d’électricité
croissance limitée par les
La R&D sur les énergies
nouvelles c’est aussi…
22 - Chimie
Nouvelles
Durable
énergies
– ENSCM
– I@L –– 11/02/2010
22 octobre 2009
… une veille active sur les énergies marines…
Scotrenewables
Energie
Thermique
des Mers
Energie houlomotrice
… et sur le stockage d’énergie
Main technologies
Mass
production
Specific
production
PRODUCTION STAGE
Lead acid
NiCd
NiMH
Li ion
Supercapacitors
High temperature
NaS, NaNiCl
Demonstration
Redox flow
Metal Air
Zn Air,…
Specific use
Research
-
ADVANCED TECHNOLOGY
+
Les biocarburants du futur
25 - Chimie
Nouvelles
Durable
énergies
– ENSCM
– I@L –– 11/02/2010
22 octobre 2009
Biomasse: développer une nouvelle génération de molécules
Les biocarburants sont un choix politique
Trois motivations(1):
Renforcer l’indépendance
énergétique
Réduire les émissions de gaz à
effet de serre
Ouvrir de nouveaux débouchés à
l’agriculture
(1) Cités dans l’ordre de la directive 2003/30/CE
Principales voies d’accès aux biocarburants
Voies actuelles
Voies en développement
Oil plants
Esterification
(or algae)
Animal fat
Extraction &
refining
Vegetable oil
Animal fat
Flash pyrolysis
Bio crude
Lignocellulosic
biomass
HydroDeoxygenating
or co-processing
Hydrothermal
liquefaction
Gasification
FAME
(Biodiesel)
Renewable
Jet
Diesel…
(CnH2n+2)
Syngas
Catalysed
synthesis
Methanol
DME
Anaerobic
digestion
Biogas
Purification
Methane
Other products
Fermentation
Hydrolysis
Sugar crops
Extraction
Starch crops
Milling &
Hydrolysis
Butanol
Sugar
Fermentation
& distillation
Ethanol
Etherification
ETBE
Programme pilote de biodiesel de 2e génération BioTfueL
Fonds démonstrateurs de recherche (ADEME)
Valorisation par voie thermochimique de biomasse d’origine ligno-cellulosique et de charges
fossiles  obtention de biocarburants de type biogazole et biokérosène
Objectifs : démonstration à l’échelle pilote (2 pilotes, budget 112 M€, 2010-2017)
Préparation + trituration de la biomasse  torréfaction + gazéification  train d’épuration
des gaz  synthèse Fischer-Tropsch
Rendement visé : 30% au niveau pilote et ≥ 20% au plan industriel, soit 1 Mt de matières
sèches pour produire 200.000 à 300.000 litres de carburant
Consortium : SOFIPROTEOL, CEA, IFP, Axens, Total et un partenaire gazéifieur, couvrant
l’ensemble de la chaîne, de la biomasse à la distribution de carburants.
Engagement de Total : ≥ 30% des apports des partenaires, mise à disposition d’un site
industriel
Bioéthanol 2e génération – le projet FUTUROL
Partenariat :
CRCAM NE
CGB
ONF
Partenaires
industriels
Unigrains
Champagne Céréales
TEREOS
Partenaires financiers
ARD
Futurol
(SAS
Procéthol 2G)
IFP
INRA
LESAFFRE
TOTAL
Le projet Futurol lancé en sept. 2008 vise à développer un
procédé de production de bioéthanol à partir de biomasse
lignocellulosique
 Durée :
 R&D et pilote en continu 1 t/j mat. Sèche  5 ans
 validation à l’échelle pré-industrielle des points-clés  3 ans
 Budget total : 74 M€
Partenaires
R&D
FUTUROL : Une vision dynamique
FUTUROL : Le scale-up
Le BioDME
Le Diméthyléther
 Un carburant Diesel propre
 Peu d’adaptation des véhicules mais
logistique de type GPL
Synthèse à partir de liqueur noire (BL)
 Ressource biomasse concentrée (pas de
problème de collecte) et charge bien adaptée à
la gazéification
 Potentiel global de biocarburants à partir de BL
(sites identifiés) :
60 kboe/d, nettement plus à long terme
Le projet Européen BioDME
 6 partenaires sous le leadership de Volvo: Total
(RM) est responsable de la partie
« spécifications carburant et lubrifiant »
FP7 EUROPEAN PROJECT
Piteå
Grant agreement No: TREN/FP7EN/218923
Stockholm
Göteborg
Jönköping
Production of DME from Biomass
and utilization as fuel for transport
and for industrial use
Starting date: 1 September 2008
Total budget
Duration
48 months
EU funding:
Contact:
[email protected] Energy Agency:
28.4 M€
8.2 M€
9.6 M€
Les avantages des algues
Cultivables sous différents climats sur des terrains non-arables avec de l’eau nonpotable
 Pas de compétition avec les cultures alimentaires
La biomasse algale est riche en lipides
 Charge à haute densité d’énergie for carburants et produits chimiques
Les algues ne contiennent pas de lignine
 mieux adaptées à une valorisation biochimique
Les produits obtenus
Dry biomass composition (Organic fraction)
Saccharides
Lipids
Proteins
Fibres (lignin)
Micro-Algae
5 - 25%
20 - 40%
20 - 50%
-
Grass
35%
3%
25%
37%
Coût de quelques filières de production de biocarburants
La matière première, élément
essentiel du coût de revient
Technologies basées sur la biomasse brute : un long parcours
avant de devenir commerciales
Refined bioresources
Sugars
Vegetable Oil
Vegetable Oil + Fat
EtOH
Biochemical - Diesel
Biochemical - LA/PLA
Biochemical - EtOH
Biochemical - Chemicals
FAME - Diesel
HDS - Diesel
Bionaptha - Olefins
Dehydration - Ethylene
Crude biomass
Lignocel. + Co-Feed
BTL - Diesel - DME - MeOH …
Lignocellulosics Waste …
Fast Pyrolysis - Diesel + Gasoline
HTU - Diesel + Gasoline
Lignocellulosics
Cellulosic EtOH
Algae
Diesel + EtOH + Chemicals
Today
2015
2020
2025
Chimie bio-sourcée
39 - Chimie
Nouvelles
Durable
énergies
– ENSCM
– I@L –– 11/02/2010
22 octobre 2009
Une large palette de produits chimiques issus de bio-ressources
Sucres
Fermentations
Biocarburants
Amidon
Réactions
enzymatiques
Biopolymères
Lipides
Protéines
Hydrolyse
Cellulose
Déshydratation
Hemicellulose
Hydrogénation
Lignine
(trans) esterification
Produits chimiques
« ready to use »
Synthons pour
- chimie fine
- polymères
- résines
- tensio-actifs
Terpènes
Pyrolyse
- lubrifiants
Gazéification
- additifs
Production d’acide polylactique
CH2OH
O H
H
H
OH H
HO
OH
H
OH
C6H12O6
• Niche applications :
•short rotation applications like
packaging
High MW PLA
Fermentation
OH
HO
O
Cyclization H
L-Lactic Acid
CH3
OH
HO
Lactide
O
O
n
•disposable & durable applications
Ring Opening
Polymerization
O
H
CH3
O
O
+
=
Projet ACOSITE : matrice biosourcée pour composite
polyester
Pôles de compétitivité « Plastipolis » et « Industries et
Agroressources »
De la ressource agricole à la pièce moulée…
Produits et applications : résines de structure
Retombées attendues dans le domaine des composites
• Nouveaux diluants réactifs biosourcés à faible odeur et nocivité réduite:
accès à de nouveaux marchés (habitat, intérieur des véhicules)
Adhesives based on Renewable Resources
• Water based adhesives
 Starch
(Rigid Pack – 100%)
 Casein
Natural Rubber
(Cold seal – 60%)
• Wood adhesives
 Tannin
• Polyurethane adhesives
 Vegetable oils
(Flex Lam – 20%)
• Hot Melt Adhesives
 Wood resins
 Terpenes
(Assembly – 40%)
Exemple d’un Hot Melt compostable
HMA for Yogurt Wrapping
Standard
100
Compostable
Cellulose
90
BIOMELT 27
80
Viscosity at 150°C (mPa.s)
3000
Standard HM - TEE226
8000
Sealing Temperature (°C)
Blocking
60-70°C
Without after 3 days at 40°C
under pressure
70-80°C
Without after 3 days at 40°C
under pressure
Biodegradation (%)
70
60
50
40
30
20
Coefficient of Friction
0,1 - 0,2
0,1 - 0,2
10
0
0
5
10
15
20
25
Time (Days)
30
35
40
45
Bioproduits pour traitements de surface
Ouverture de l’atelier
de bioproduction
d’Atotech à Canton
le 24/9/2009
Atotech
Offerings to Paint Facilities
Pretreatment
Painting
Paint Stripping
Fe Phosphate
(Interlox)
Descaling
(BioDet)
Zn Phosphate
(Interlox)
Fe Phosphate & Cr Alternatives
(UniPrep and Interlox)
Paint Detackification
(KleerAid)
Chemical Paint
Stripping
(Master Remover)
Atotech
Paint Pretreatment
Concentrates solely on specifying and promoting green
alternatives to phosphate and Cr(VI) paint pretreatment
technologies.
Projects Cr(VI)-free and phosphate alternative sales to surpass
phosphate revenue in 2008.
Integrated the use of biotechnology for long-life, low
temperature, consistent cleaning
Supplies over 60 customers in 15 countries
KleerAid: biotechnology reducing carbon footprint
A Superior Approach to Detackification
Superior Sludge
 Minimizes sludge volume
 Reduces water content in
sludge (increased solids)
 Increases energy /kg
when sludge used as fuel
 Improves sludge quality
for better recycling
Reduced Cost
Superior Process
 Increases paint line
capacity
 Improves process stability
 Reduces pH control
additives
 Reduces COD
 Longer water life
 Increased water clarity
Improved Efficiency
Superior Environment
 Eliminates sulfur odors
(H2S)
 Decreased manual clean
out activities and chemical
exposure
(including confined spaces)
 Eliminates biocides
including formaldehyde
 Diminishes waste
disposal
Safer Process
KleerAid
Japanese Automotive OEM (China)
Tank Clean-out
Parameters (after 6 week
trial)
Conventional
Detackification
Process
KleerAid
15
10
Clean-out time
12 hours
2 hours
Tank bottom sludge
quantity (tons)
9.0 tons
0.9 tons
Operators / Workers
Conventional Detackification Process
Clean-out operation is highly labor intensive
and requires extensive sludge removal
KleerAid
Drastically reduced clean-out time, required
workers and sludge quantity
Conclusion : les cinq réponses de Total aux
enjeux de l’énergie et de l’environnement
Investir dans le temps
 Besoins actuels et production du futur
Développer les technologies du futur
 Énergies nouvelles, biocarburants, captage-stockage de CO2
 Incorporation de synthons bio-sourcés dans nos spécialités chimiques
Maîtriser la consommation d’énergie du Groupe
 Efficacité des procédés et des utilités
 Nouveau partenariat de développement avec l’ADEME sur l’efficacité énergétique
des utilités dans l’industrie : un investissement de 100 millions € sur 5 ans
Aider nos clients à maîtriser leur consommation d’énergie
 Produits et services  Total Ecosolutions : mobilité, habitat, produits professionnels
(isolation, polymères, colles,…)
Se préparer aux impacts des changements
 Climatiques, socio-économiques…
 Pour l’entreprise
 Actions de solidarité
Près de 8000 recrutements en 2009
500 métiers, 130 pays, 97 000 hommes et femmes qui soutiennent notre projet
d’entreprise : fournir au monde l’énergie dont il a besoin et inventer les énergies
de demain.
Le talent de nos équipes, l’innovation et la haute technologie sont au cœur de
notre stratégie de développement
Les principaux métiers techniques pour lesquels le Groupe recrute de manière
récurrente :
Chef de Secteur Maintenance et Sécurité, Géologue, Géophysicien, Ingénieur
Forage Puits, Ingénieur Réservoir, Ingénieur Installations Pétrolières, Ingénieur
Procédés, Ingénieur Recherche aval

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