Pétrole et Gaz Naturels

Pétrole et Gaz Naturels

Pétrole et Gaz Naturels
Cours
Julien

Par Julien

Mise à jour le 24-11-2010

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Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d’un mélange d'hydrocarbures légers comprenant du méthane, de l'éthane, du propane, des butanes et des pentanes. Bien que la composition du gaz naturel varie, son composant principal est le méthane (au moins à 90%). Il est associé à d'autres alcanes, à du diazote N2, à du dioxyde de carbone CO2 et à du sulfure d'hydrogène H2S. Le gaz naturel est incolore, inodore, insipide, sans forme particulière et plus léger que l'air. Retrouvez la fiche métier de l'ingénieur pétrolier

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Plan du document :

 

I. Formation et structure

     A. Formation
     B. Structure

 

II. Opérations de bases dans l'industrie du pétrole et des gaz naturels

     A. L'industrie du pétrole
     B. L'industrie des gaz naturels

 

III. Production mondiale et nationale

     A. Production mondiale
     B. Production nationale

 

 

I. Formation et structure

A. Formation

1. Du pétrole

Le pétrole s'est formé sous la surface de la Terre à la suite de la décomposition d'organismes marins. Il y a plusieurs millions d'années, d'innombrables végétaux, micro-organismes et espèces planctoniques, vivaient dans les océans. Lorsque les générations successives mouraient, leurs restes se déposaient au fond des océans. Pendant des millions d'années, ils s'accumulèrent et se mélangèrent à la boue et au limon, pour former des couches de sédiments riches en matières organiques.

L'accumulation continue de sédiments enfouit ces couches organiques à de grandes profondeurs ; sous l'effet de la compression, celles-ci se transformèrent en roches qui devinrent des réservoirs de pétrole. L'épaisseur de ces couches sédimentaires augmentant, la température s'éleva, entraînant une transformation des matières organiques d'origine en substances plus simples, les hydrocarbures, composés de carbone et d'hydrogène. Ainsi se constitua le pétrole.

 

2. Des gaz naturels

La formation du gaz naturel provient de la lente métamorphose de micro-organismes (animaux et végétaux microscopiques) qui constituent le plancton.

Ces organismes, déposés au fond des océans en bordure des continents, se sont lentement incorporés aux sédiments pour constituer la roche-mère.

Recouverts sans cesse de nouveaux dépôts, à l'abri de l'oxygène et de la lumière, ils se sont enfoncés dans la terre, avant de connaître des migrations qui les ont conduits vers des pièges où ils se sont accumulés. Les hydrocarbures se forment lorsque le plancton est immédiatement recouvert d'un sédiment à l'abri de l'air et de la lumière.

 

B. Structure 

1. Du pétrole

On distingue les pétroles en fonction de leur origine et donc de leur composition chimique. Le mélange d’hydrocarbures issu de ce long processus comprend des chaînes carbonées linéaires plus ou moins longues, ainsi que des chaînes carbonées cycliques naphténiques ou aromatiques.

Il est aussi possible de distinguer les différents types de pétrole selon leur densité, leur fluidité, leur teneur en soufre et autres impuretés (vanadium, mercure et sels) et leurs proportions en différentes classes d’hydrocarbures. Le pétrole est alors paraffinique, naphténique ou aromatique.

On classe aussi les pétroles selon leur provenance (golfe Persique, mer du Nord, Venezuela, Nigeria), car le pétrole issu de gisements voisins a souvent des propriétés proches.

Il existe des centaines de bruts de par le monde ; certains servent d'étalon pour établir le prix du pétrole d’une région donnée : les plus utilisés sont l'Arabian Light (brut de référence du Moyen-Orient), le Brent (brut de référence européen) et le West Texas Intermediate (WTI, brut de référence américain).

Selon sa provenance, le brut peut contenir du gaz dissout, de l’eau salée, du soufre et des produits sulfurés (thiols (mercaptans) surtout). Il a une composition trop riche pour être décrite en détails. Il faut distinguer simplement trois catégories de brut :

• à prédominance paraffinique : les hydrocarbures linéaires sont les plus abondants ; ces bruts sont les plus recherchés car ils donnent directement une grande proportion de produits légers comme l'essence et le gazole ; 

• à prédominance naphténique : avec beaucoup d'hydrocarbures à cycle saturé ;

• à prédominance aromatique : les hydrocarbures présentant un cycle carboné insaturé sont plus abondants.

 

De plus, il existe des bruts aptes à faire du bitume, ce sont des bruts très lourds de type Boscan, Tia Juana, Bachaquero ou Safaniyah. Les deux principaux critères pour classer les centaines de bruts différents qui existent sont la densité et la teneur en soufre, depuis le plus léger et le moins sulfureux (qui a la plus haute valeur commerciale) qui est du condensat, jusqu’au plus lourd et au plus sulfureux qui contient 90 % de bitume environ : c’est un brut d’Italie.

 

 

2. Des gaz naturels

 

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II. Opérations de bases dans l'industrie du pétrole et des gaz naturels

Le gaz naturel et le pétrole brut sont souvent associés et extraits simultanément des mêmes gisements, ou encore des mêmes zones de production.

L'exploration (recherche de gisements) et l'extraction du gaz naturel utilisent des techniques à peu près identiques à celles de l'industrie du pétrole. Une grande partie des gisements de gaz connus à travers le monde a d'ailleurs été trouvé au cours de campagnes d'exploration dont l'objectif était de trouver du pétrole.

 

A. L'industrie du pétrole 

L'industrie pétrolière se subdivise schématiquement en « amont » (exploration, production) et en « aval » (raffinage, distribution).

 

1. En amont

L’exploration, c’est-à-dire la recherche de gisements et la production sont souvent associées.

L’exploration commence par la connaissance géologique de la région, puis passe par l’étude détaillée des structures géologiques (principalement par imagerie sismique, même si la magnétométrie et la gravitométrie peuvent être utilisées) et la réalisation de puits. On parle d’exploration « frontière » lorsque la région n’a pas encore de réserve mondiale prouvée, le risque est alors très élevé mais le prix d’entrée est faible, et le retour peut être important.

La production, ou plutôt l’extraction du pétrole, peut être une opération complexe : pour maximiser la production finale, il faut gérer un réservoir composé de différents liquides aux propriétés physico-chimiques très différentes (densité, fluidité, température de combustion et toxicité, entre autres). Au cours de la vie d’un gisement, on ouvre de nouveaux puits pour accéder aux poches restées inexploitées. En règle générale, on injecte de l’eau et/ou du gaz dans le gisement, via des puits distincts de ceux qui extraient le pétrole. Une mauvaise stratégie d’exploitation (mauvais emplacement des puits, injection inadaptée, production trop rapide) peut diminuer de façon irréversible la quantité de pétrole extractible. Par exemple, l'interface entre la nappe de pétrole et celle d’un liquide chargé en soufre peut être brisée par simple brassage, polluant ainsi le pétrole.

Au cours des dernières décennies, l’exploration et la production se font en proportion croissante en offshore : l’onshore, plus facile d’accès, a été exploité le premier. La loi de Ricardo s’applique très bien au pétrole, et, en règle générale, le retour sur investissement tend à diminuer : les gisements sont de plus en plus petits, dispersés, et difficiles à exploiter. Il y a bien sûr des exceptions, comme dans des pays où l’exploration a longtemps été paralysée pour des raisons politiques.

 

 

2. En aval

Comment traite-t-on un brut, ce mélange de molécules des plus légères aux plus lourdes ? On va le chauffer et provoquer son évaporation progressive. Par exemple, quand on chauffe un fond de casserole d’eau, de petites bulles apparaissent d’abord avant 100 °C : ce sont les gaz dissous dans l’eau qui s’échappent. Puis, à 100 °C, l’eau bout à gros bouillons et s’évapore complètement. Au fond de la casserole, on trouve des résidus blanchâtres de sels, qu’il faudrait chauffer à très haute température pour les vaporiser. Pour le pétrole, c’est le même principe pour le raffinage. Le raffinage consistait simplement, à l’origine, en la distillation ou le fractionnement du pétrole (procédé de séparation de constituants d'un mélange homogène. Au cours de la distillation, il y a d'abord une évaporation, puis une condensation.), pour séparer les hydrocarbures plus ou moins lourds. La distillation sous pression atmosphérique s’est vue complétée d’une distillation sous vide, qui permet d’aller plus loin dans la séparation des différents hydrocarbures lourds.

 

 

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B. L'industrie du gaz naturel

1. Extraction et traitement

Lors de l'extraction, la détente à la tête de puits provoque la condensation des hydrocarbures C5 à C8. Les liquides récupérés, appelés « condensats de gaz naturel » ou « liquide de puits de gaz naturel » correspondent à un pétrole extrêmement léger, de très haute valeur (donnant de l'essence et du naphta). Tout le reste (hydrocarbures C1 à C4, CO2, H2S et He) est gazeux à température ambiante et acheminé par gazoduc (une canalisation destinée au transport de matières gazeuses sous pression, la plupart du temps des hydrocarbures, sur de longues distances.) vers une usine de traitement de gaz. Il faut donc deux réseaux de collecte, un pour le gaz et un pour les condensats.

Dans cette usine (qui peut être proche des gisements, ou proche des lieux de consommation), le gaz subit ensuite une déshydratation par point de rosée, puis les différents composants sont séparés. Les hydrocarbures C2 à C4 sont vendus sous le nom de gaz de pétrole liquéfié (GPL, et non pas Gaz naturel liquéfié (GNL)). Le CO2 est le plus souvent simplement rejeté dans l'atmosphère, sauf s'il y a un utilisateur proche. Parfois, on le réinjecte dans une formation souterraine (séquestration du CO2) pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Le gaz acide est vendu à l'industrie chimique ou séquestré. L'hélium est séparé et commercialisé, s'il est présent en quantité suffisante - dans certains cas, il représente une addition très importante aux revenus générés par le gisement.

L'autre partie (la plus grande) est transportée par gazoduc ou par méthanier vers les lieux de consommation.

 

2. Transport gazeux ou liquide

Le transport du gaz traité (gaz pauvre, presque exclusivement du méthane) est par nature beaucoup plus difficile que pour le pétrole. Cela explique que, pendant longtemps, les gisements de gaz n'intéressaient les compagnies que s'ils étaient relativement proches des lieux de consommation, tandis que les gisements trouvés dans des endroits isolés n'étaient développés que si leur taille justifiait les infrastructures nécessaires. Sachant que la rentabilité des gisements gaziers s'est considérablement améliorée depuis plusieurs années, plusieurs gisements qui étaient vus comme « sub-commerciaux » sont maintenant profitables.

Pour transporter le gaz naturel des gisements vers les lieux de consommation, les gazoducs sont le moyen le plus courant. Mais une part croissante du gaz consommé est transportée sous forme liquide, à -162°C et à pression atmosphérique, dans des méthaniers du lieu de production vers les lieux de consommation : c'est ce que l'on appelle le GNL, ou Gaz Naturel Liquéfié. Sous cette forme liquide, le gaz naturel offre, à volume égal avec le fioul domestique, un pouvoir calorifique qui correspond à plus de la moitié du pouvoir calorifique de celui-ci.

 

III. Production mondiale et nationale

A. Production mondiale  

 

La production de pétrole est comptabilisée en millions de barils par jour. La production mondiale en 2006 a été de 84,6 et les prévisions selon les sources de référence agrégées par l'AIE (agence internationale de l'énergie) sont de 91,1 en 2010, 98,5 en 2015 et 116,3 en 2030.

L’OPEP (Organisation des pays exportateurs de pétrole) est un cartel pétrolier qui a un poids très important : 43% de la production (52% en 2030 selon les mêmes prévisions), 70% des réserves et 80% des exportations mondiales. Ses membres principaux sont situés dans le Moyen-Orient (Arabie Saoudite, Iran, Irak, EAU, Koweït, Lybie...), mais sont aussi membres : le Venezuela, le Nigéria, l'Indonésie et l'Angola (voir Fiche Echosup N°82) et la Russie.

La Russie (production de 9,7 en 2006), les Etats-Unis (7,1 en 2006) ou la Norvège sont eux aussi des gros acteurs du secteur mais cette production n'est pas principalement destinée à l'exportation, contrairement aux pays de l'OPEP. L’avenir : De manière générale la production des gros consommateurs que sont les pays de l'OCDE (production de 19,7 en 2006) ou la Chine (3,7 en 2007) est amenée à décliner de 0,3% en moyenne à l'horizon 2030 selon l'AIE. Pourtant les principales entreprises de prospection et d'exportation viennent de ces pays.

 

B. Production nationale

 

Avant la découverte de gisements, la couverture des besoins nationaux en produits pétroliers finis est assurée par les importations. A partir de 1965, des quantités de plus en plus importantes d'hydrocarbures sont importées et sont totalement traitées par la Société ivoirienne de raffinage (SIR); une entreprise créée en octobre 1962 et dont la capacité de raffinage est de 3 500 000 tonnes de pétrole brut par an, soit 70 000 barils par jour. 

 

 

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