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Les innovations des matériaux pour les
canalisations en Polyethylène
Dijon, 1er Juillet 2014
Loïc Poullin
Ingénieur Support Technique & Développement
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Agenda
Le groupe INEOS
Les développements des matériaux en Polyéthylène
Les opportunités de développement de la plateforme bimodale
Les opportunités apportées par les matériaux de dernière génération -l’éxemple du PE100-RC
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INEOS
Le groupe INEOS
• Société privée, fondée en 1998
• Fabricant de produits de la pétrochimie
• 15000 employés, 51 sites de production dans 11 pays
• Leader mondial dans les technologies de polymérisation
INEOS Olefins & Polyolefins Europe
• Leader en Europe pour la production d’ Oléfines et Polyoléfines
• Forte implantation historique en France dans les activités Polyoléfines :
• Production de Polyéthylène et de Polypropylène sur les sites de Lavéra (Bouches-du-Rhône) et de Sarralbe (Moselle)
• Activités de R&D sur le site de Lavéra : unité pilote Polyéthylène
• Investissements dans les craqueurs de Rafnes (Norvège) et Grangemouth
(Ecosse) pour le transport et la transformation d’ethane provenant de gaz de
schiste Nord Américain
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Production de Polyoléfines et R&D en Europe
Centres de R&D : Bruxelles (BE) : développement produit, catalyse
Lavéra (FR) : unités pilote LLDPE
Rosignano (IT) : unités pilote HDPE, PP
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Une présence dans une large gamme d’applications
Tubes Extrusion coating Bouchons Médical
Lait Rotomoulage Film BOPP Câbles
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Les canalisations en Polyéthylène
• Les canalisations en Polyéthylène sont utilisées depuis
plus de 50 ans
• Dimensionnement des systèmes pour une durée de vie
minimale de 50 ans pour le transport d’eau et de gaz
• Une durée de vie modélisée généralement >100 ans
• Les canalisations en Polyethylene offrent de nombreux
avantages par rapport aux métaux :
• Poids inférieur
• Flexibilité
• Absence de corrosion
• Bonne résistance chimique
• Installation facile et rapide
• Faible friction / perte de charge
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Les développements des résines en Polyéthylène
Pe
rfo
rm
an
ce
1970 1980 1990 2000 2010
PE100-RC
PE 63
PE 802ème génération
1ère génération
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Les développements des résines en Polyéthylène
Pe
rfo
rm
an
ce
1970 1980 1990 2000 2010
PE100-RC
PE 63
PE 80
PE 100
Résines bimodales PE 100 :
Augmentation des pressions d’utilisation
Réduction des épaisseurs de
tubes
3ème génération
2ème génération
1ère génération
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Les développements des résines en Polyéthylène
Pe
rfo
rm
an
ce
1970 1980 1990 2000 2010
PE100-RC
PE 63
PE 80
PE 100
PE100 «LS »
PE100-RC
Résines bimodales PE 100 « low sag »:
Nouvelle génération de PE 100 Pour l’extrusion de tubes très
larges diamètres (>2000mm) et/ouFortes épaisseurs (>100mm)
4ème génération
3ème génération
2ème génération
1ère génération
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Résines bimodales PE 100-RC « Resistant to Crack »:
PE 100 avec propriétés ESCR améliorées pour installation
de canalisations par techniques non-conventionnelles
4ème génération
3ème génération
2ème génération
1ère génération
Les développements des résines en Polyéthylène
Pe
rfo
rm
an
ce
1970 1980 1990 2000 2010
PE100-RC
PE 63
PE 80
PE 100
PE100 «LS »
PE100-RC
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Le design bimodal et les opportunités de développementsur la base du procédé Slurry InnoveneTM S
• L’innovation sur la base de design bimodal a permis
le développement des Polyéthylènes de 3ème et 4ème
génération
• Les résines PE bimodales offrent de nombreux
degrés de liberté : MFR, densité, quantité relative
produite dans chaque réacteur
• Chaque variable est controlée par les paramètres
procédé
0
0.1
0.2
0.3
0.4
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0.6
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100 1000 10000 100000 1000000 100000000
0.05
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0.15
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0.3
0.35
0.4
100 1000 10000 100000 1000000 10000000
Mw [Da]
SE
C s
ign
al
LMW block
HMW block
Bimodal
Résine monomodale Résine bimodale
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Les éléments du développement d’une résine bimodale
sur la base du procédé Slurry InnoveneTM S
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
100 1000 10000 100000 1000000 10000000
Molecular Weight
dW
_d
log
M
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Co
mo
ne
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on
ten
t/1
00
0C
MWD-Omnic
MWD-Cirrus
SCB-Omnic
SCB-Nicolet4 Model
SCB-RMN
0
0.1
0.2
0.3
0.4
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0.6
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100 1000 10000 100000 1000000 10000000
Molecular Weight
dW
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log
M
0
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Co
mo
ner
Co
nte
nt/
100
0C
MWD-Omnic
MWD-Cirrus
SCB-Omnic
SCB-Nicolet4 Model
SCB-RMN
Coolingwater
Ethylene, Hydrogen
(Comonomer), Solvent, Catalyst
Coolingwater
Ethylene, Hydrogen
Comonomer,
Solvent
11 22
Reduced
impact
strength
ESCR and creep resistanceMatrixProcessability,
stiffnessMechanical
strength
Melt
strength
during
extrusion
Conventional
BimodalBimodalBimodalBimodalBimodalBimodalBimodalBimodalBimodalMonomodalMonomodalMonomodalMonomodalMonomodalMonomodalMonomodalMonomodal
Influence distribution poids moléculaire, incorporation du comonomère
Configuration des réacteurs en cascade, sélection du comonomère
Plateforme
catalytique
Procédé de
polymérisation
Architecture
produit
Optimisation des propriétés d’usage
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Superstress® PE100 : PE100-RC, Polyéthylène de
4ème génération
• Délivre les performances élevées d’un PE 100 :
• Tenue élevée à la pression
• Résistance à l’impact élevée (RCP)
• Une résistance à la fissuration
lente exceptionnelle :
• Une sécurité accrue permettant l’installation des conduites via des techniques de pose alternatives (ex. sans lit de sable, sans tranchée)
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Les avantages des techniques alternatives aux installations conventionelles
• Réduction jusqu’à 60% des coûtsd’installation :
• Réduction jusqu’à 10x du temps de
travail sur un chantier
• Réduction du transport du sable et
des produits d’excavation
• Réduction des perturbations :
• Nuisances sonores
• Embouteillages
• Pollution
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Conclusions
• L’innovation sur la base de design bimodal a ouvert de
nouvelles opportunités avec le développement des
Polyéthylènes de 3ème et 4ème génération
• Ces dernières générations de Polyethylène ont permis
• d’élargir le domaine d’application des tubes en
Polyéthylène (nouvelles applications et
dimensions de tubes)
• De contribuer à des réseaux fiables
• Des opportunités d’économies sur les
renouvellements ou extensions de réseaux
De nouvelles structures bimodales sont à exploiter pour améliorer les propriétés finales des tubes et repousser les frontières d’application du Polyéthylène
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
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100 1000 10000 100000 1000000 10000000
Mw [Da]
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LMW block
HMW block
Bimodal