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Faculté de génie
Département de génie chimique et de génie biotechnologique
NOUVELLE GÉNÉRATION DE CATALYSEURS SUPPORTÉS
PAR VALORISATION D’UN RÉSIDU D’ENRICHISSEMENT
(PROCÉDÉ UGS) D’UNE SCORIE DE TiO2 :
Le catalyseur Ni-UGSO appliqué au reformage de méthane
Philosophiæ Doctor (PhD)
Spécialité : génie chimique
Mostafa CHAMOUMI
Jury : Nicolas ABATZOGLOU (directeur)
Maria-Cornélia ILIUTA (Co-directrice)
Faiçal LARACHI (Co-directeur)
Jean-Michel LAVOIE
Eric CROISET
Rapporteur : Gervais SOUCY
Sherbrooke (Québec) Canada Février 2017

La théorie, c'est quand on sait tout et que rien ne fonctionne. La pratique, c'est quand tout
fonctionne et que personne ne sait pourquoi. Si la pratique et la théorie sont réunies, rien ne
fonctionne et on ne sait pas pourquoi.
Albert Einstein

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À mon épouse,
À mes enfants,
À ceux qui m’étaient et qui me sont toujours chers.
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RÉSUMÉ
La société Rio Tinto Fer et Titane (RTFT), filiale à 100 % de Rio Tinto, a développé un procédé
appelé UGS (upgraded slag) afin d’enrichir sa scorie de dioxyde de titane de 80% à 94,5% massique.
Ce procédé génère une quantité non négligeable de résidu d’oxydes UGS (notés dans ce projet par
UGSO), envoyé directement au dépôt des résidus miniers pour finir en enfouissement. Afin d’éviter
cette dernière opération, RTFT a essayé sans grand succès différentes solutions.
La composition chimique de ce déchet est considérée par le groupe de recherche développant ce
projet (Université de Sherbrooke et Université Laval) comme étant à priori un support idéal pour
des catalyseurs à base de nickel destinés au reformage des hydrocarbures car, de par leur nature, ils
contiennent déjà les oxydes reconnus par la communauté scientifique pour leur capacité à éviter la
formation de carbone, principale cause de désactivation de ces catalyseurs. En utilisant le nickel
comme métal actif, un premier catalyseur, Ni-UGSO, est mis en œuvre par calcination à 900°C d’un
mélange d’UGSO et d’un précurseur de nickel (du nitrate de nickel hexahydraté : Ni(NO3)2.6H2O).
Le mélange est préparé selon un nouveau procédé à l’état solide amélioré développé au laboratoire
(demande de brevet en internationale N° PCT/CA2016/050844 déposée le 19 juillet 2016).
Dans ce travail, une première application du nouveau catalyseur Ni-UGSO à la production
d’hydrogène via les procédés de reformage à sec, vaporeformage et reformage mixte du méthane
(CH4) a été étudiée. Des conversions de CH4 de l’ordre de 87% avec des rendements de 81% ont été
obtenus lors du reformage à sec à 810°C après 4 h de réaction avec un ratio CO2/CH4
stœchiométrique. Par vaporeformage, également avec un ratio H2O/CH4 stœchiométrique, les
conversions atteignent les 98% après 4h de réaction à 900°C. Les ratios H2/CO proche de 1
(reformage à sec) et de 3 (vaporeformage) indiquent que les réactions se déroulent proche de
l’équilibre thermodynamique. De même, dans les deux cas de figure, les catalyseurs ont montré une
stabilité exceptionnelle pendant 7 jours de réaction continue et une facilité de régénération. D’autres
performances, également intéressantes, ont été obtenues par reformage mixte du CH4. De surcroît,
les différentes techniques de caractérisation n’ont détecté aucune trace de carbone dans les
catalyseurs usés. Le reformage à sec du CH4 a également été simulé grâce à un modèle basé sur une
cinétique de Langmuir–Hinshelwood.
Mots-clés : Réaction à l’état solide, résidu minier, nickel, spinelle, catalyseur, reformage (à sec,
vaporeformage et mixte), support basique, promoteurs.