Le transport du gaz naturel
Le déplacement efficace et effectif du gaz naturel des régions productrices aux régions de consommation nécessite un système de transport étendu et élaboré. Dans de nombreux cas, le gaz naturel produit par un puits particulier devra parcourir une grande distance pour atteindre son point d’utilisation. Le système de transport du gaz naturel consiste en un réseau complexe de gazoducs, conçu pour transporter rapidement et efficacement le gaz naturel depuis son origine jusqu’aux zones de forte demande de gaz naturel. Le transport du gaz naturel est étroitement lié à son stockage : si le gaz naturel transporté n’est pas immédiatement nécessaire, il peut être mis dans des installations de stockage pour le moment où il sera nécessaire.
Il existe trois grands types de pipelines le long de la route de transport : le système de collecte, le système de pipelines interétatiques et le système de distribution. Le réseau de collecte est constitué de pipelines à basse pression et de petit diamètre qui transportent le gaz naturel brut de la tête de puits à l’usine de traitement. Si le gaz naturel provenant d’un puits particulier a une teneur élevée en soufre et en dioxyde de carbone (gaz acide), il faut installer une conduite de collecte spécialisée pour le gaz acide. Le gaz acide étant corrosif, son transport de la tête de puits à l’usine d’adoucissement doit être effectué avec soin. Passez en revue le traitement et la transformation du gaz naturel.
Les pipelines peuvent être caractérisés comme étant interétatiques ou intrastatiques. Les pipelines interétatiques sont semblables à ceux du réseau routier interétatique : ils transportent le gaz naturel au-delà des frontières des États, et dans certains cas, à travers tout le pays. Les gazoducs intra-étatiques, quant à eux, transportent le gaz naturel à l’intérieur d’un État particulier. Cette section ne couvrira que les principes fondamentaux des gazoducs interétatiques, cependant les détails techniques et opérationnels abordés sont essentiellement les mêmes pour les gazoducs intrastatiques.
Gazoducs interétatiques
Gazoducs interétatiques
Source : National Energy Technology Laboratory, DOE
Le réseau de gazoducs interétatiques transporte le gaz naturel traité depuis les usines de traitement des régions productrices jusqu’aux zones ayant des besoins élevés en gaz naturel, notamment les grandes zones urbaines peuplées. Comme on peut le voir, le réseau de gazoducs s’étend sur tout le pays.
Les gazoducs interétatiques sont les « autoroutes » du transport du gaz naturel. Le gaz naturel qui est transporté par les pipelines interétatiques voyage à haute pression dans le pipeline, à des pressions allant de 200 à 1500 livres par pouce carré (psi). Cela permet de réduire le volume du gaz naturel transporté (jusqu’à 600 fois), ainsi que de propulser le gaz naturel dans le pipeline.
Cette section couvrira les composants du réseau de pipelines interétatiques, la construction des pipelines, ainsi que l’inspection et la sécurité des pipelines. Pour plus d’informations sur les pipelines interétatiques en général, cliquez ici pour visiter le site Web de l’Interstate Natural Gas Association of America.
Composants des pipelines
Les pipelines interétatiques sont constitués d’un certain nombre de composants qui assurent l’efficacité et la fiabilité d’un système qui fournit une source d’énergie aussi importante toute l’année, vingt-quatre heures sur vingt-quatre, et qui comprend un certain nombre de composants différents.
Tubes de transport
Tubes en transit
Source : Duke Energy Gas Transmission Canada
Les tuyaux de transport peuvent mesurer de 6 à 48 pouces de diamètre, selon leur fonction. Certaines sections de tuyaux constitutives peuvent même être constituées de tuyaux de petit diamètre, aussi petits que 0,5 pouce de diamètre. Toutefois, ces tuyaux de petit diamètre ne sont généralement utilisés que dans les réseaux de collecte et de distribution. Les canalisations de transport principales, qui constituent le principal pipeline d’un système donné, ont généralement un diamètre compris entre 16 et 48 pouces. Les canalisations latérales, qui acheminent le gaz naturel vers ou depuis la canalisation principale, ont généralement un diamètre compris entre 6 et 16 pouces. La plupart des grands gazoducs interétatiques ont un diamètre compris entre 24 et 36 pouces. Le pipeline proprement dit, communément appelé « conduite de ligne », est constitué d’un matériau solide en acier au carbone, conçu pour répondre aux normes établies par l’American Petroleum Institute (API). En revanche, certains tuyaux de distribution sont fabriqués en plastique très avancé, en raison du besoin de flexibilité, de polyvalence et de la facilité de remplacement.
Les pipelines de transport sont produits dans des aciéries, qui sont parfois spécialisées pour ne produire que des pipelines. Il existe deux techniques de production différentes, une pour les tuyaux de petit diamètre et une pour les tuyaux de grand diamètre. Pour les tuyaux de grand diamètre, de 20 à 42 pouces de diamètre, les tuyaux sont produits à partir de feuilles de métal qui sont pliées en forme de tube, avec les extrémités soudées ensemble pour former une section de tuyau. Les tuyaux de petit diamètre, en revanche, peuvent être produits sans soudure. Cela implique de chauffer une barre de métal à très haute température, puis de percer un trou au milieu de la barre pour produire un tube creux. Dans les deux cas, le tuyau est testé avant d’être expédié de l’aciérie, afin de s’assurer qu’il peut répondre aux normes de pression et de résistance pour le transport du gaz naturel.
Les tuyaux de canalisation sont également recouverts d’un revêtement spécialisé pour s’assurer qu’ils ne se corrodent pas une fois placés dans le sol. Le but de ce revêtement est de protéger le tuyau de l’humidité, qui provoque la corrosion et la rouille. Il existe un certain nombre de techniques de revêtement différentes. Dans le passé, les canalisations étaient revêtues d’un émail spécial au goudron de houille. Aujourd’hui, les tuyaux sont souvent protégés par ce que l’on appelle un époxy à liaison par fusion, qui donne au tuyau une couleur bleu clair visible. En outre, la protection cathodique est souvent utilisée ; il s’agit d’une technique consistant à faire passer un courant électrique dans le tuyau pour parer à la corrosion et à la rouille.
Stations de compression
Comme mentionné, le gaz naturel est hautement pressurisé lorsqu’il circule dans un pipeline interétatique. Pour s’assurer que le gaz naturel circulant dans un pipeline reste sous pression, une compression de ce gaz naturel est nécessaire périodiquement le long de la canalisation. Cette compression est réalisée par des stations de compression, généralement placées à des intervalles de 40 à 100 miles le long du gazoduc. Le gaz naturel entre dans la station de compression, où il est comprimé par une turbine, un moteur ou un engin.
Une station de compression
Source : Duke Energy Gas Transmission Canada
Les turbocompresseurs gagnent leur énergie en utilisant une petite proportion du gaz naturel qu’ils compriment. La turbine elle-même sert à faire fonctionner un compresseur centrifuge, qui contient une sorte de ventilateur qui comprime et pompe le gaz naturel dans le gazoduc. Certaines stations de compression fonctionnent à l’aide d’un moteur électrique qui fait tourner le même type de compresseur centrifuge. Ce type de compression ne nécessite pas l’utilisation du gaz naturel provenant du gazoduc, mais il exige une source fiable d’électricité à proximité. Des moteurs alternatifs au gaz naturel sont également utilisés pour alimenter certaines stations de compression. Ces moteurs ressemblent à un très gros moteur d’automobile et sont alimentés par le gaz naturel provenant du gazoduc. La combustion du gaz naturel actionne des pistons à l’extérieur du moteur, ce qui sert à comprimer le gaz naturel.
En plus de comprimer le gaz naturel, les stations de compression contiennent aussi généralement un certain type de séparateur de liquide, un peu comme ceux utilisés pour déshydrater le gaz naturel pendant son traitement. Habituellement, ces séparateurs sont constitués d’épurateurs et de filtres qui capturent tout liquide ou autre particule indésirable du gaz naturel dans le gazoduc. Bien que le gaz naturel transporté par gazoduc soit considéré comme un gaz « sec », il n’est pas rare qu’une certaine quantité d’eau et d’hydrocarbures se condense à partir du flux gazeux pendant le transport. Les séparateurs de liquide des stations de compression veillent à ce que le gaz naturel dans le gazoduc soit aussi pur que possible, et filtrent généralement le gaz avant la compression.
Stations de comptage
En plus de comprimer le gaz naturel pour réduire son volume et le pousser dans le tuyau, des stations de comptage sont placées périodiquement le long des gazoducs interétatiques. Ces stations permettent aux compagnies pipelinières de surveiller le gaz naturel dans leurs canalisations. Essentiellement, ces stations de comptage mesurent le débit du gaz le long du gazoduc et permettent aux compagnies pipelinières de » suivre » le gaz naturel à mesure qu’il circule dans le gazoduc. Ces stations de comptage emploient des compteurs spécialisés pour mesurer le gaz naturel à mesure qu’il circule dans le pipeline, sans entraver son mouvement.
Vannes
Vanne de sol
Source : Duke Energy Gas Transmission Canada
Les pipelines interétatiques comportent un grand nombre de vannes sur toute leur longueur. Ces vannes fonctionnent comme des portes d’entrée ; elles sont généralement ouvertes et permettent au gaz naturel de circuler librement, ou elles peuvent être utilisées pour arrêter l’écoulement du gaz le long d’une certaine section de la canalisation. Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles un pipeline peut avoir besoin de restreindre l’écoulement du gaz dans certaines zones. Par exemple, si une section de conduite doit être remplacée ou entretenue, les vannes situées à chaque extrémité de cette section peuvent être fermées pour permettre aux ingénieurs et aux équipes de travail d’y accéder en toute sécurité. Ces grandes vannes peuvent être placées tous les 5 à 20 miles le long du gazoduc, et sont soumises à la réglementation des codes de sécurité.
Stations de contrôle et systèmes SCADA
Les sociétés de gazoducs de gaz naturel ont des clients aux deux extrémités du gazoduc – les producteurs et les transformateurs qui introduisent le gaz dans le gazoduc, et les consommateurs et les services publics de gaz locaux qui retirent le gaz du gazoduc. Afin de gérer le gaz naturel qui entre dans le gazoduc et de s’assurer que tous les clients reçoivent leur part de ce gaz en temps voulu, des systèmes de contrôle sophistiqués sont nécessaires pour surveiller le gaz pendant qu’il circule dans toutes les sections de ce qui pourrait être un très long réseau de gazoducs. Pour accomplir cette tâche de surveillance et de contrôle du gaz naturel qui circule dans le gazoduc, des stations de contrôle du gaz centralisées recueillent, assimilent et gèrent les données reçues des stations de surveillance et de compression tout au long du tuyau.
Station de contrôle du gazoduc
Source : Duke Energy Gas Transmission Canada
La plupart des données reçues par une station de contrôle sont fournies par des systèmes de contrôle de surveillance et d’acquisition de données (SCADA). Ces systèmes sont essentiellement des systèmes de communication sophistiqués qui prennent des mesures et recueillent des données le long du pipeline (généralement dans une station de comptage ou de compression et des vannes) et les transmettent au poste de commande centralisé. Le débit dans le pipeline, l’état de fonctionnement, la pression et la température peuvent tous être utilisés pour évaluer l’état du pipeline à un moment donné. Ces systèmes fonctionnent également en temps réel, ce qui signifie qu’il y a peu de décalage entre les mesures prises le long du pipeline et leur transmission à la station de contrôle.
Les données sont relayées à une station de contrôle centralisée, ce qui permet aux ingénieurs du pipeline de savoir exactement ce qui se passe le long du pipeline à tout moment. Cela permet de réagir rapidement aux dysfonctionnements de l’équipement, aux fuites ou à toute autre activité inhabituelle le long du pipeline. Certains systèmes SCADA intègrent également la capacité de faire fonctionner à distance certains équipements le long du pipeline, y compris les stations de compression, ce qui permet aux ingénieurs d’un centre de contrôle centralisé d’ajuster immédiatement et facilement les débits dans le pipeline.
Construction de pipelines
A mesure que l’utilisation du gaz naturel augmente, il est nécessaire de disposer d’une infrastructure de transport pour répondre à la demande accrue. Cela signifie que les sociétés pipelinières évaluent constamment le flux de gaz naturel à travers les États-Unis et construisent des pipelines pour permettre le transport du gaz naturel vers les zones qui sont mal desservies.
Surveiller l’emprise
Source : Duke Energy Gas Transmission Canada
La construction de gazoducs exige beaucoup de planification et de préparation. En plus de la construction proprement dite du gazoduc, plusieurs processus d’autorisation et de réglementation doivent être menés à bien. Dans de nombreux cas, avant d’entamer les processus d’obtention de permis et d’accès aux terres, les sociétés de gazoducs préparent une analyse de faisabilité pour s’assurer qu’il existe un tracé acceptable pour le gazoduc qui offre le moins d’impact possible sur l’environnement et les infrastructures publiques déjà en place.
En supposant qu’une société de gazoducs obtienne tous les permis requis et satisfasse à toutes les exigences réglementaires, la construction de la canalisation peut commencer. Un arpentage approfondi du tracé prévu est effectué, à la fois aérien et terrestre, afin de s’assurer qu’aucune surprise ne surgisse pendant l’assemblage réel du pipeline.
L’installation d’un pipeline ressemble beaucoup à un processus de chaîne de montage, les sections du pipeline étant achevées par étapes. D’abord, le chemin du pipeline est débarrassé de tous les obstacles amovibles, y compris les arbres, les rochers, les broussailles et tout ce qui pourrait interdire la construction. Une fois que le tracé du pipeline a été suffisamment dégagé pour permettre aux engins de construction d’y accéder, des sections de canalisation sont disposées le long du tracé prévu, un processus appelé « mise en place » de la canalisation. Ces sections de canalisation ont généralement une longueur de 40 à 80 pieds et sont spécifiques à leur destination. C’est-à-dire que certaines régions ont des exigences différentes en matière de matériau de revêtement et d’épaisseur des tuyaux.
« Stringing » the Pipe
Source : Duke Energy Gas Transmission Canada
Une fois que le tuyau est en place, des tranchées sont creusées le long du tuyau posé. Ces tranchées ont généralement une profondeur de cinq à six pieds, car la réglementation exige que la canalisation se trouve à au moins 30 pouces sous la surface. Toutefois, dans certaines zones, notamment les traversées de routes et les plans d’eau, la canalisation est enterrée encore plus profondément. Une fois les tranchées creusées, la canalisation est assemblée et profilée. Il s’agit de souder les sections de tuyau pour former une canalisation continue et de la plier légèrement, si nécessaire, pour qu’elle s’adapte au contour du trajet de la canalisation. Un revêtement est appliqué aux extrémités des tuyaux. Le revêtement appliqué dans une usine de revêtement laisse généralement les extrémités de la conduite propres, afin de ne pas gêner le soudage. Enfin, l’ensemble du revêtement de la conduite est inspecté pour s’assurer qu’il est exempt de défauts.
Une fois la conduite soudée, pliée, revêtue et inspectée, elle peut être descendue dans les tranchées préalablement creusées. Cela se fait à l’aide d’un équipement de construction spécialisé agissant pour soulever le tuyau de manière horizontale et l’abaisser dans la tranchée. Une fois abaissée dans le sol, la tranchée est remplie avec soin, afin de garantir que le tuyau et son revêtement conservent leur intégrité. La dernière étape de la construction d’un pipeline est l’essai hydrostatique. Il consiste à faire couler de l’eau, à des pressions supérieures à celles qui seront nécessaires au transport du gaz naturel, sur toute la longueur de la canalisation. Cela sert de test pour s’assurer que le gazoduc est suffisamment solide, et absent de toute fuite ou fissure, avant que le gaz naturel ne soit pompé dans le gazoduc.
Abaissement du tuyau
Source : Duke Energy Gas Transmission Canada
La pose de tuyaux sur des ruisseaux ou des rivières peut se faire de deux façons. La traversée à ciel ouvert implique le creusement de tranchées sur le fond de la rivière pour accueillir la canalisation. Dans ce cas, la canalisation elle-même est généralement équipée d’une gaine en béton, qui garantit que la canalisation reste au fond de la rivière et ajoute une couche de protection supplémentaire pour éviter toute fuite de gaz naturel dans l’eau. Il est également possible d’utiliser une forme de forage directionnel, qui consiste à creuser un « tunnel » sous la rivière pour y faire passer la conduite. Les mêmes techniques sont utilisées pour les traversées de route – soit une tranchée ouverte est creusée en travers de la route et remplacée une fois que la canalisation est installée, soit un tunnel peut être foré sous la route.
Une fois que le pipeline a été installé et recouvert, des efforts considérables sont déployés pour restaurer le chemin du pipeline à son état d’origine, ou pour atténuer tout impact environnemental ou autre qui aurait pu se produire pendant le processus de construction. Ces mesures comprennent souvent le remplacement de la terre végétale, des clôtures, des canaux d’irrigation et de tout ce qui a pu être enlevé ou bouleversé pendant le processus de construction. Pour de plus amples renseignements sur la construction de gazoducs, visitez le site Web de l’Interstate Natural Gas Association of America.
Inspection et sécurité des pipelines
Pig – Outil d’inspection des pipelines
Source : Duke Energy Gas Transmission Canada
Afin d’assurer l’exploitation efficace et sécuritaire du vaste réseau de pipelines de gaz naturel, les sociétés pipelinières inspectent régulièrement leurs pipelines pour détecter la corrosion et les défauts. Pour ce faire, elles utilisent des pièces d’équipement sophistiquées appelées « porcs intelligents ». Les smart pigs sont des appareils robotisés intelligents qui sont propulsés dans les pipelines pour évaluer l’intérieur de la conduite. Les porcs intelligents peuvent tester l’épaisseur et la rondeur des tuyaux, vérifier les signes de corrosion, détecter d’infimes fuites et tout autre défaut à l’intérieur du pipeline qui pourrait soit entraver l’écoulement du gaz, soit poser un risque potentiel pour la sécurité de l’exploitation du pipeline. L’envoi d’un racleur intelligent le long d’un pipeline est appelé à juste titre « raclage » du pipeline.
En plus de l’inspection avec des racleurs intelligents, il existe un certain nombre de précautions et de procédures de sécurité en place pour minimiser le risque d’accident. En fait, le transport du gaz naturel est l’un des moyens les plus sûrs de transporter de l’énergie, principalement en raison du fait que l’infrastructure est fixe, et enterrée sous terre. Selon le Department of Transportation (DOT), les pipelines sont la méthode la plus sûre de transport du pétrole et du gaz naturel. Alors que plus de 100 décès par an sont associés aux lignes de transmission électrique, selon l’Office of Pipeline Safety du DOT, en 2009, aucun décès n’a été associé aux pipelines de transmission, et 10 décès ont été associés aux systèmes de distribution. Pour en savoir plus sur la sécurité des pipelines, consultez le site du DOT’s Office of Pipeline Safety.
Parmi les précautions de sécurité associées aux pipelines de gaz naturel, citons :
- Patrouilles aériennes – Des avions sont utilisés pour s’assurer qu’aucune activité de construction ne se déroule trop près du tracé du pipeline, en particulier dans les zones résidentielles. Les constructions et les creusements non autorisés constituent la principale menace pour la sécurité des pipelines, selon l’INGAA
- Détection des fuites – Des équipements de détection de gaz naturel sont périodiquement utilisés par le personnel des pipelines en surface pour vérifier la présence de fuites. Cela est particulièrement important dans les zones où le gaz naturel n’est pas odorisé.
- Marqueurs de pipelines – Des panneaux placés en surface au-dessus des pipelines de gaz naturel indiquent au public la présence de pipelines souterrains, afin de réduire les risques d’interférence avec le pipeline.
- Échantillonnage du gaz – L’échantillonnage régulier du gaz naturel dans les gazoducs permet d’en assurer la qualité, et peut également indiquer la corrosion de l’intérieur du gazoduc ou l’afflux de contaminants.
- Entretien préventif – Il s’agit de tester les vannes et d’éliminer les obstacles de surface à l’inspection des gazoducs.
- Intervention d’urgence – Les sociétés pipelinières disposent d’équipes d’intervention d’urgence étendues qui s’entraînent à la possibilité d’un large éventail d’accidents et d’urgences potentiels.
- Le programme d’appel unique – Les 50 États ont institué ce que l’on appelle un programme d’appel unique, qui fournit aux excavateurs, aux équipes de construction et à toute personne intéressée à creuser dans le sol autour d’un pipeline un numéro de téléphone unique qui peut être appelé lorsqu’une activité d’excavation est prévue. Cet appel permet d’alerter la société pipelinière, qui peut signaler la zone ou même envoyer des représentants pour surveiller les travaux d’excavation. Le numéro national à trois chiffres pour un appel est le « 811. »
Bien que les grands gazoducs interétatiques transportent le gaz naturel des régions de traitement aux régions de consommation et puissent desservir directement les grands utilisateurs en gros comme les clients industriels ou de production d’électricité, c’est le réseau de distribution qui livre réellement le gaz naturel à la plupart des clients au détail, y compris les utilisateurs résidentiels de gaz naturel.