Quelle est la résilience du réseau de gaz naturel ?

Il y a quelques années, j’ai réussi à m’inscrire sur une liste de diffusion d’un type qui se croyait expert en énergie. En fait, il semblait qu’aucun domaine n’était au-delà de son expertise, et le fait que CHAQUE COURRIEL DE LUI EST VENU AVEC UNE LIGNE D’OBJET EN MAJUSCULES AVEC BEAUCOUP DE POINTS D’EXCLAMATION !!!! vraiment scellé l’affaire sur sa bonne foi. L’un des faits qu’il aimait vanter était que le gaz naturel était le carburant parfait. Non seulement il est propre et relativement bon marché, mais il est également livré directement aux consommateurs à l’aide d’un réseau entièrement auto-alimenté. Même dans des conditions d' »apocalypse zombie », il a affirmé que le gaz naturel continuerait à couler.

À l’époque, cela semblait un peu exagéré, mais j’ai pensé qu’il y avait au moins une pépite de vérité – assez pour que je sois passé d’une cuisinière électrique et d’un chauffe-eau à des appareils à essence il y a quelques années, et j’ai ajouté foyers au gaz pour un chauffage d’appoint. J’ai en quelque sorte pris pour acquis que le gaz coulerait, du moins jusqu’au récent cafouillage sur le gazoduc Nordstream. C’est alors que j’ai vu des images des immenses compresseurs à turbine nécessaires pour faire fonctionner ce pipeline, dont la taille et la complexité semblent démentir les affirmations sur la nature auto-alimentée des réseaux de gaz naturel.

Un système dépendant d’un tel équipement ne pourrait sûrement pas être entièrement auto-alimenté, n’est-ce pas ? Cette question et d’autres ont fait tourbillonner le doute dans mon esprit, et j’ai donc fait ce que je fais toujours dans ces cas : j’ai décidé d’écrire un article afin que je puisse examiner les détails. Voici ce que j’ai découvert sur le fonctionnement de la distribution du gaz naturel, du moins en Amérique du Nord.

Se rassembler

Évaluer les prétentions de mon interlocuteur tout en majuscules nécessite une compréhension de base de la géologie des champs pétrolifères. Quelque 12 % de la production de gaz naturel aux États-Unis en 2018 provenait de sources dites dissoutes associées, dans lesquelles le gaz naturel est un sous-produit de la production de pétrole. Le gaz associé était autrefois, et est encore souvent, considéré comme une nuisance qui était soit rejetée dans l’atmosphère, soit brûlée au niveau du puits. Le gaz associé est souvent dissous dans la phase liquide dans le réservoir de pétrole brut, de la même manière que le dioxyde de carbone est dissous dans le liquide d’une bouteille de soda. Et tout comme lorsque vous débouchez soudainement une bouteille de soda, le gaz naturel dissous dans le pétrole brut peut sortir de la solution lorsque le réservoir est exploité par forage. Le gaz naturel associé peut également être une phase gazeuse qui existe dans un réservoir de pétrole brut mais qui n’est pas dissoute dans la phase liquide.

Le gaz naturel peut souvent être associé à des réservoirs de pétrole. Source : US Energy Information Administration, domaine public, via Wikimedia Commons

D’autre part, certains réservoirs de gaz naturel sont non associés, où le gaz se trouve sans présence significative de pétrole brut. Le gaz naturel non associé se trouve souvent là où une couche de roche imperméable forme une couverture sur une roche poreuse comme le grès, à travers laquelle filtre le gaz produit par la végétation fossile en décomposition. Ces réservoirs sont également souvent soumis à une pression importante, ce qui facilite leur extraction une fois le réservoir exploité. Il existe d’autres types de réservoirs de gaz naturel dans la grande catégorie non associée, comme le gaz de schiste et le gaz de houille.

Quel que soit son type, l’exploitation d’un réservoir de gaz naturel commence par le forage d’un puits et sa connexion à un réseau de canalisations de collecte. Ces conduites forment un immense réseau qui relie des milliers de puits à des systèmes de traitement et de canalisation en amont. Selon le type de réservoir, les conduites de collecte peuvent acheminer soit du gaz naturel brut, soit du pétrole brut liquide. Le réseau de collecte terrestre américain compte environ 240 000 miles (386 000 km) de conduites, suffisamment pour couvrir la distance jusqu’à la Lune.

Le nettoyer

Le gaz naturel brut contient généralement bien plus que du méthane. Selon le type de réservoir, le gaz naturel peut aller d’un mélange de méthane, de propane et de butane ainsi que d’autres gaz comme la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone et même l’hélium, à une émulsion de pétrole brut et d’eau moussée avec du gaz. La plupart des puits de gaz naturel nécessitent au moins un certain traitement avant d’entrer dans le système de collecte, à l’aide d’un appareil appelé unité de production de gaz, ou GPU. Ces machines sont essentiellement des adaptateurs entre le gaz à haute pression dans le réservoir et les pressions plus basses utilisées dans le système de collecte. Les GPU font chuter la pression du gaz avec un starter, mais pour empêcher la chute soudaine de pression de refroidir le mélange gazeux au point où il gèle, le GPU chauffe le gaz de traitement. Du côté basse pression du GPU, un séparateur horizontal laisse décanter l’eau et les hydrocarbures liquides, tandis que la phase gazeuse monte. Une partie du gaz est extraite comme gaz d’instrument, qui est brûlé pour fournir la chaleur au premier étage du GPU.

Le gaz d’instrumentation est l’un des premiers exemples de la nature auto-alimentée du réseau de gaz naturel. Le gaz des instruments est prélevé pour alimenter toutes sortes d’équipements tout au long du système, dont certaines parties sont souvent très éloignées et bien au-delà de la portée pratique du réseau électrique. En plus d’être brûlé pour les processus qui nécessitent de la chaleur, le gaz des instruments peut être utilisé pour faire fonctionner des générateurs qui fournissent une alimentation de secours pour les composants électriques. La pression du gaz naturel brut est aussi parfois utilisée pour faire fonctionner les pompes à turbine, et souvent pour pressuriser les réservoirs et forcer les produits à remonter à la surface.

Sous pression

Dans une tour de déshydratation, le gaz naturel humide s’écoule via des bouchons à bulles à travers le TEG, se desséchant à mesure qu’il monte. Le TEG est bouilli pour éliminer l’eau avant d’être réutilisé. SourceKimray, Inc.

L’eau est un problème constant pour l’exploitation des pipelines. Même les gisements non associés classés comme réservoirs de « gaz sec » contiennent généralement au moins de la vapeur d’eau, qui pourrait se condenser dans un pipeline et provoquer une corrosion interne, ou potentiellement geler et obstruer un tuyau. La déshydratation du gaz naturel est une étape importante dans la préparation du gaz pour le réseau de canalisations de transport. Le gaz naturel est souvent déshydraté à l’aide d’un processus de traitement chimique qui expose le gaz humide au triéthylène glycol, ou TEG. Le TEG est hautement hygroscopique et est utilisé dans les hautes tours de déshydratation remplies de plateaux horizontaux. Le TEG pénètre dans le haut de la tour et s’écoule dans chaque plateau, tandis que le gaz naturel humide pénètre dans le bas de la tour. Le gaz bouillonne à travers le TEG, qui absorbe la vapeur d’eau dissoute. Le gaz déshydraté sort par le haut de la tour, tandis que le TEG humide s’écoule par le bas vers un reformeur, qui utilise du gaz d’instrument pour alimenter des brûleurs qui chauffent le liquide pour chasser l’eau, laissant le TEG prêt à être réutilisé.

Une fois que le gaz naturel est séché et que tout propane ou butane contaminant est éliminé, il est prêt à entrer dans le réseau de transport. Le réseau de transport est le système de transport longue distance pour le gaz en vrac, composé de pipelines à haute pression de grand diamètre. Aux États-Unis, il existe à la fois des pipelines inter-États et intra-États, d’une longueur totale d’environ 3 millions de miles (4,8 millions de km) qui transportent environ 2,7 billions de pieds cubes (76 milliards de mètres cubes) de gaz chaque année.

Les pipelines de transmission fonctionnent entre 200 et 1 500 psi (1,3 à 10,3 MPa). Pour atteindre la pression et le débit nécessaires pour transporter efficacement le gaz, et pour compenser les pertes de charge résultant de l’utilisation des clients et celles induites par le frottement des canalisations, les canalisations de transport utilisent des stations de compression le long de la ligne. La plupart des compresseurs de transmission sont alimentés par des turbines à gaz, qui sont alimentées par le gaz naturel même qui est expédié. Les stations de compression captent le gaz naturel du côté haute pression pour alimenter le moteur à turbine à gaz, qui à son tour alimente le compresseur – un autre exemple de la nature auto-alimentée du réseau de gaz naturel. Bien sûr, les stations de compression nécessitent également de l’électricité, qui est fournie par le réseau électrique régulier ou par des générateurs de secours alimentés au gaz naturel. Les stations de compression situées au-delà du réseau électrique fonctionneront souvent entièrement à partir de générateurs à essence.

Aux clients

Le compteur de gaz résidentiel typique est entièrement mécanique et alimenté par le gaz de procédé.

Alors que certains clients du gaz naturel, comme les centrales électriques et les usines chimiques à grande échelle, peuvent être desservis directement à partir du système de distribution à haute pression, la plupart des utilisateurs finaux sont en fait desservis par une société de distribution locale, ou LDC. Ces opérateurs entretiennent le réseau local de conduites de gaz, de dérivations et d’appareils de mesure qui serpentent sous les rues de la plupart des villes. Les SDL maintiennent une ou plusieurs connexions au réseau de transport de gaz naturel et utilisent des régulateurs pour abaisser la pression du gaz dans leur système et des débitmètres pour mesurer la consommation de gaz. Les ELD sont également chargées d’injecter l’odorant méthylmercaptan qui donne au gaz naturel son odeur caractéristique.

Dans l’ensemble, la régulation de la pression et le comptage effectués par les LDC sont de nature mécanique ; les régulateurs ont tendance à utiliser des diaphragmes et des ressorts pour réduire la pression dans une conduite à la très basse pression, souvent juste une fraction de psi, utilisée par de nombreux appareils à gaz. Les méthodes de comptage varient, mais les compteurs des clients résidentiels et commerciaux sont souvent alimentés par des soufflets se dilatant sous la pression du gaz pour correspondre au débit de gaz.

À l’instar des exploitants de pipelines de transport, les SDL dépendent de l’électricité pour alimenter une bonne partie de leur équipement, y compris les équipements de surveillance et de contrôle. Et dans la plupart des cas, les ELD sont connectées au réseau comme tout le monde. Comme les opérateurs de transport, ils disposent également de générateurs de secours alimentés au gaz naturel en cas de panne locale, mais presque toutes les principales fonctions de distribution sont alimentées par la pression du gaz naturel lui-même.

Ainsi, bien qu’il y ait beaucoup plus dans l’histoire que ce que M. All-Caps a laissé entendre, il semble qu’il n’était pas loin de la vérité. Le réseau de gaz naturel est en grande partie auto-alimenté et conçu pour continuer à fonctionner quoi qu’il arrive.

François Zipponi
Je suis François Zipponi, éditorialiste pour le site 10-raisons.fr. J'ai commencé ma carrière de journaliste en 2004, et j'ai travaillé pour plusieurs médias français, dont le Monde et Libération. En 2016, j'ai rejoint 10-raisons.fr, un site innovant proposant des articles sous la forme « 10 raisons de... ». En tant qu'éditorialiste, je me suis engagé à fournir un contenu original et pertinent, abordant des sujets variés tels que la politique, l'économie, les sciences, l'histoire, etc. Je m'efforce de toujours traiter les sujets de façon objective et impartiale. Mes articles sont régulièrement partagés sur les réseaux sociaux et j'interviens dans des conférences et des tables rondes autour des thèmes abordés sur 10-raisons.fr.