Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Gaz naturel

Introduction

Le gaz naturel a la même origine que le pétrole. Il se présente comme un mélange d'hydrocarbures dont le constituant principal (entre 70 et 95 %) est le méthane (CH4), de densité 0,55 par rapport à l'air.

L'une des principales qualités du gaz naturel est sa relative propreté. En brûlant, il ne dégage en effet que de l'eau et du gaz carbonique, et ce dans des proportions 2 à 3 fois moindres que le charbon et 1,5 à 2 fois moindres que le pétrole. L'impact sur l'environnement du gaz naturel est donc beaucoup plus faible que celui du charbon ou du pétrole, avec une contribution presque nulle à l'émission des oxydes de soufre et d'azote.

Filière gazière

Comme indiqué dans la figure ci-dessous, la filière gazière comprend étapes principales.

Filière gazière

Les deux premières étapes, exploration et production, sont analogues à celles du pétrole, le gaz naturel s'étant formé selon les mêmes processus, et se trouvant quelquefois sur les lieux mêmes d'un gisement pétrolier. On parle alors de gaz associé, qui peut être selon les cas du gaz dissous dans le pétrole, ou du gaz individualisé, séparé.

Nous vous renvoyons donc à la page sur le pétrole pour leur présentation.

L'exploitation du gaz naturel présente des contraintes plus fortes que celle du pétrole. Autant en effet ce dernier peut être transporté et stocké de manière relativement simple du fait qu'il se présente sous forme liquide, donc avec un volume spécifique faible, autant le gaz naturel, qui se présente sous forme gazeuse aux conditions normales, demande à être conditionné de manière particulière, pour pouvoir être transporté dans des conditions de sécurité acceptables.

Transport international du gaz naturel

Pour transporter sur des milliers de km le gaz naturel du lieu de production au lieu de consommation, le recours à des technologies complexes et coûteuses est nécessaire.

Aujourd'hui, deux voies principales sont utilisées :

  • le transport par gazoduc ;

  • le transport par méthanier (chaîne du gaz naturel liquéfié GNL).

Dans le transport par gazoduc, le gaz est transporté sous pression dans des canalisations tubulaires d'acier d'un diamètre de 0,20 à 1,4 m, qui doivent être soudées bout à bout, avec des stations de recompression tous les 80 km environ. Cette infrastructure lourde, très coûteuse, présente l'avantage que de gros débits peuvent être acheminés sous forme gazeuse.

Gazoduc en Alaska

Le transport par méthanier, sous forme liquide, représente lui aussi une prouesse technique. Pour liquéfier le gaz à la pression atmosphérique, on doit le refroidir à - 160°C ce qui a pour effet de diminuer d'un facteur 600 son volume spécifique.

Des méthaniers de capacité 75 000 à 160 000 m3 aujourd'hui permettent d'acheminer le GNL aux ports de débarquement.

La chaîne complète du GNL comporte ainsi :

  • un gazoduc, qui relie le lieu de production à la zone portuaire ;

  • un terminal de liquéfaction et une unité de stockage de gaz liquéfié ;

  • un parc de méthaniers ;

  • un terminal de regazéification ;

  • un réseau de gazoducs pour assurer la distribution du gaz.

Notons que la liquéfaction du gaz naturel consomme une quantité significative d'énergie, et que des pertes existent aux différentes étapes de la chaîne GNL. On estime à environ 13 % l'autoconsommation qui en résulte.

Stockage du gaz naturel

Outre ces installations de transport, des stockages en nappe aquifère ou en cavité saline sont nécessaires pour adapter l'offre à la demande, qui varie fortement, notamment entre l'hiver et l'été.

La consommation de gaz est en effet susceptible de connaître des fluctuations importantes et brutales qu'un réseau de gazoducs n'est pas en mesure d'amortir de façon satisfaisante, pas plus d'ailleurs qu'une chaîne GNL (variation de la charge d'un facteur 1 à 4 entre l'été et l'hiver). La principale cause de ces fluctuations est la variation de la demande pour les besoins de chauffage.

Le stockage de gaz naturel ne pouvant être assuré chez l'utilisateur, c'est au distributeur de le faire. Deux techniques sont principalement utilisées pour les stockages de grandes quantités, notamment inter-saisonniers :

  • le stockage en nappe aquifère profonde, entre 400 m et 1 200 m, dans lequel on utilise une configuration géologique favorable constituée par un anticlinal ou une cuvette dont la partie supérieure est formée d'un terrain imperméable (argile). La technique est simple, le gaz sous pression chassant l'eau, mais elle conduit à la formation d'une bulle de gaz irrécupérable ;

  • le stockage en cavité saline entre 900 et 1 400 m de profondeur, pour des stockages de grosse capacité, est obtenu en créant artificiellement une cavité dans un massif salin, capable de supporter la charge mécanique, en dissolvant le sel grâce à une circulation d'eau douce. Le gaz est ensuite injecté ou pompé en fonction des besoins ;

  • une troisième possibilité est de stocker le GNL dans des cuves enterrées, à proximité des terminaux de regazéification. Cette technique, qui suppose un refroidissement continu des cuves pour compenser les pertes thermiques, est limitée à des quantités plus réduites.

Transport national du gaz naturel

La carte ci-dessous montre le réseau de transport, stockage, compression et production de gaz naturel en France, avec indication des liaisons aux frontières avec les voies d'approvisionnement par gazoduc et méthanier.

Carte du réseau gazier français

Distribution

Le réseau de distribution du gaz naturel est composé de canalisations de diamètres très variés (de 8 cm à 1 m), fonctionnant à moyenne pression (50 millibars - 4 bars) ou à basse pression (20 millibars).

En France, la distribution du gaz naturel est assurée par 25 gestionnaires de réseaux, GrDF (Gaz Réseau Distribution France, filiale distribution de ENGIE (anciennement GDF SUEZ)) assurant à elle seule la distribution de plus de 96 % du marché.

Données sur la situation mondiale

Ces cartes interactives vous fournissent des informations récentes et détaillées sur les consommations et les productions dans une cinquantaine de pays.

Leur utilisation est assez intuitive. Vous pouvez faire des sélections et des zooms avant ou arrière en utilisant les boutons situés en haut à gauche de l'écran. Le moteur de recherche peut vous aider à trouver un pays.

Certaines se présentent sous deux vues qui permettent d'exploiter les données de deux manières complémentaires :

  • l'une, munie d'une règle, permet de faire défiler les différentes années et, pour chacune d'entre elles, d'afficher les valeurs sur les différents pays

  • l'autre permet, lors du clic sur un pays, de faire tracer l'évolution de la valeur au cours de la période dans un petit graphique.

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