Usine à gaz

La propriété de la découverte du gaz de ville, aux alentours de 1800 a fait débat à l'époque. Elle se trouve partagée entre le français Philippe Lebon (gaz de bois ou gaz hydrogène), l'anglais William Murdoch (gaz de houille ou gaz hydrogène carboné), l'allemand Frédéric-Albert Winsor, le limbourgeois Jan Pieter Minckelers qui est le seul à ne pas lui avoir donné de suites industrielles. Il semblerait que sa fabrication et son exploitation comme éclairage avaient été réalisées bien avant à l'abbaye de Culross (en:Culross Abbey), en Écosse où l'on s'en servait dans des vases[8].

La distillation[9] effectuée par Lebon sur le bois est réalisée à une température que l’on peut estimer (Lebon ne l’ayant jamais mesurée) à 550 – 650 °C. Compte tenu de la technique de chauffage de ses cornues, il est certain que l’homogénéité de cette température était loin d’être assurée au sein du milieu réactionnel. Lebon ne pût donc produire qu'un gaz contenant beaucoup d'impuretés[10].

Les expériences sur le gaz de bois sont vite abandonnées au profit du gaz de houille : les premiers appareils conçus par Frédéric-Albert Winsor ou par William Murdoch ne produisaient qu'une fumée épaisse que l'on allumait et qui prenait le nom de gaz d'éclairage (gas light).

Ces appareils consistaient en une espèce de poêle, ou fourneau portatif, dans lequel on introduisait verticalement une cornue qui se posait sur un trépied de fer battu et qui envoyait le gaz dans un condenseur divisé en trois compartiments superposés :

• l'un supérieur contenant de l'eau
• l'autre au milieu contenant une solution de potasse caustique, composée d'environ deux parties de potasse et de seize parties d'eau, ou d'un mélange de chaux vive et d'eau, à la consistance d'une crème très-légère
• le troisième, au-dessous, restant vide pour recevoir le goudron que l'on soutirait au moyen d'un robinet, pour que le gaz se rendît ensuite dans le gazomètre, où il n'arrivait qu'après avoir traversé une multitude de petits trous formés à un coude recourbé dans l'eau de la cuve et «où, plus sa surface était divisée, mieux le gaz se lavait et se purifiait[8].

La première fabrique londonienne de gaz en 1814. Plan de Friedrich Accum dans A Practical Treatise on Gas Light (1815). Les appareils de distillation sont placés transversalement, directement sous la cheminée, le gazomètre est sur la gauche.

La première usine à gaz, est réalisée en 1812, par le chimiste allemand Friedrich Accum sur Curtain Road à Londres pour compte de la Gas Light and Coke Company.

En 1815, Accum publie "Description of the Process of Manufacturing Coal-Gas". Dans l'introduction, il compare les nouvelles usines de gaz avec les compagnies des eaux, qui opèrent à Londres depuis le début du XVIII^e siècle : « Grâce au gaz, il sera possible d'avoir la lumière dans toutes les pièces, comme c'est le cas actuellement pour l'eau ». Lorsque ce livre est traduit en allemand à Berlin en 1815, une note explicative doit être ajoutée, aucune compagnie des eaux n'y existant encore : « Il y a beaucoup de demeures privées en Angleterre dans lesquelles on trouve des tuyaux dans les murs, de telle manière que dans presque toutes les pièces, il suffit d'ouvrir un robinet pour avoir de l'eau[11]. »

Au début de l'exploitation du gaz de houille, les conditions de travail dans les usines étaient épouvantables. Le procédé de fabrication étant discontinu, le déchargement du coke des cornues et le chargement de la houille avaient lieu à chaud. À sa sortie le coke s’enflammait ; il fallait l’éteindre avec des seaux d’eau. Tout y était, chaleur, poussières, vapeurs irritantes, toxiques et cancérigènes[10].

Dans un premier temps des usines à gaz (ou usines à cornues) sont construites pour produire le gaz de houille, la revente du coke, sous-produit de la fabrication du gaz, est suffisant à payer la houille. Dans un second temps, l'approvisionnement en gaz se fit auprès des cokeries. Le gaz était devenu un sous-produit de la fabrication du coke. Ce développement des cokeries fut favorisé par l'essor de la carbochimie à partir de 1920 et la valorisation de nouveaux sous-produits du coke : benzol, hydrogène, éthylène[12].

Batterie de chambres de distillation. Cokerie Hansa mise hors service en 1928. Dortmund. Allemagne

Une usine à gaz est constituée d'un immense bâtiment sans fenêtre, contenant un ensemble de fours continus, construit en brique réfractaire à base de silicium. Une chambre de distillation peut contenir 10 tonnes de houille. Ses parois sont parcourues par une série de canaux dans lesquels on fait circuler des gaz surchauffés provenant d'une combustion séparée du coke. C'est à 300 °C qu'apparaissent les premières vapeurs mais la température de régime donnant le meilleur rendement se situe entre 1 000 et 1 100 °C. À mesure que la houille se distille, le coke se concentre dans le bas du four. Il est récupéré périodiquement, tandis qu'une nouvelle charge de houille vient compléter l'espace devenu libre, en haut de la chambre de distillation.

La chambre de distillation contient alors un gaz jaune vif. Ce gaz est soumis alors à une longue suite de traîtements à l'issue desquels sont récupérés, le goudron et le benzène, de la naphtaline (hydrocarbure solide), l'ammoniac sous forme de sulfate d'ammonium (utilisé comme engrais), l'hydrogène sulfuré. À la sortie, il ne reste plus que le gaz [13].

Voici détaillé sa composition: