Le précalcinateur de cimenterie est un réacteur dans lequel une grande quantité d'énergie thermique est produite par la combustion de solides pulvérisés à des températures modérées : 800 à 1100°C. Les cokes de pétrole sont la principale source d'énergie. Nous nous intéressons dans ce travail aux mécanismes thermochimiques qui sont à l'origine de la formation de polluants de type NO et SO2 lors de leur combustion dans ce réacteur. La première approche est expérimentale : la combustion de 22 cokes a été réalisée en laboratoire au moyen d'un Réacteur à Flux Entraîné à 900°C, dans des conditions thermochimiques proches de celles d'un précalcinateur. Une recherche de corrélations entre les caractéristiques des cokes et les quantités de polluants formées lors de leur combustion a montré qu'aucune relation simple ne prédit les quantités de NO formées. Nous avons donc, dans une deuxième approche, décrit au moyen d'un modèle numérique l'ensemble des phénomènes thermiques et chimiques mis en jeu dans la combustion et la formation des NOX. Des expériences spécifiques ont permis de caractériser les espèce produites par chacune des réactions principales, et de déterminer leurs paramètres cinétiques. Le modèle permet de dégager les mécanismes prépondérants, et de hiérarchiser leur participation à la formation de polluants. Les quantités de NO thermique formées sont négligeables. Le NO du combustible se forme majoritairement au cours de l'oxydation du résidu carboné. Les réactions chimiques en phase gaz contribuent largement à la formation du NO dans la zone de flamme, mais n'ont au final qu'un faible impact sur les quantités de NO présentes. En revanche, une quantité significative de NO est réduite par réaction hétérogène avec le résidu carboné. L'espèce SO2 est formée au prorata de la perte de masse du combustible, au cours de la dévolatilisation et au cours de l'oxydation du résidu carboné. Son interaction avec la chimie des oxydes d'azote a un impact peu significatif.

Une étude de performance et de faisabilité économique a été menée avec pour objectif d'évaluer la possibilité de substituer la dépendance envers le gaz naturel, actuellement la source principale d'énergie, par une source moins noble et disponible en abondance pour la récupération et la mise en oeuvre de l'exploitation des sables bitumineux en Alberta. L'approche consiste à produire de l'énergie (chaleur et électricité) pour la récupération du bitume et de l'hydrogène essentiel pour les opérations d'hydrotraitement/hydrocraquage par l'intermédiaire d'une gazéification intégrée à un cycle combiné (IGCC) et dont l'alimentation est assumée par un combustible moins noble et moins coûteux que le gaz naturel. Il s'agit du coke de bitume qui est un sous-produit de cokéfaction. Dans cette étude, différentes configurations du complexe IGCC intégrant deux approches de capture /séquestration de CO2 ont été analysées. Dans la première, le CO2 est intercepté via un procédé Selexol d'absorption physique. Dans la seconde, le piégeage de CO2 est assuré par carbonatation minérale humide au moyen de saumures naturelles disponibles dans les aquifères avoisinants. Cette recherche consiste en l'analyse de l'efficacité énergétique d'une unité IGCC produisant 400 MW à partir de la gazéification du coke bitumineux et de l'évaluation des coûts de production de puissance, sous forme d'électricité et de chaleur, et d'hydrogène à partir d'une telle usine incluant des îlots de capture/séquestration de CO2.