Gaz naturel

Sommaire

Origine, composition

Le gaz naturel est un gaz fossile issu de la décomposition de matériaux organiques. Il est essentiellement composé de méthane. La composition varie d'un gisement à l'autre, on peut trouver, en plus du méthane, des hydrocarbures plus longs (butane, propane, et au-delà les « condensats », qui sont gazeux dans les conditions du gisement mais se condensent en surface) mais aussi des impuretés (qu'il faut extraire pour commercialiser le gaz) : dioxyde de carbone, et, plus grave, du gaz acide H₂S. On trouve aussi souvent de petites quantité d'hélium.

Le gaz du gisement de Lacq (principal gisement français, maintenant épuisé), par exemple, était de fort médiocre qualité, avec seulement 70% de méthane, le reste étant du H₂S et du CO₂, il exigeait donc un traitement assez complexe avant d'etre commercialisable. À l'inverse, le gaz algérien est quasiment du méthane pur.

Comme pour le pétrole, la formation d'un gisement de gaz nécessite un concours de circonstances géologiques. D'abord, de la matière organique est piégée dans des sédiments, ce qui donne une matière appelée kérogène.

La formation du gaz peut résulter de deux processus disctincts :

On parle de gaz thermogénique lorsque le méthane résulte de la décomposition par la chaleur du kérogène, ou du pétrole formé dans une étape précédente. Le gaz thermogénique est souvent associé à du pétrole.

Le gaz biogénique résulte lui de la décomposition par des bactéries des matières organiques. Sa composition est sensiblement différente. Le gaz biogénique représente environ 20% des réserves mondiales, il s'agit en général de gisements de petite taille à faible profondeur. L'Italie, par exemple, possède beaucoup de gaz de ce type.

On peut aussi rattacher au gaz naturel le méthane présent dans les strates de charbon. Sa récupération est une activité émergente, notamment aux États-Unis et depuis peu au Canada, ce n'est pas surprenant puisque ces pays font face à un début de pénurie de gaz naturel et ont d'importantes réserves de charbon.

Traitement et transport

Le gaz naturel et le pétrole brut sont souvent associés et extraits simultanément des mêmes gisements ou encore des mêmes zones de production. Les hydrocarbures liquides proviennent du pétrole brut pour une proportion moyenne de l'ordre de 80%; les 20% restants, parmi les fractions les plus légères, le propane et le butane sont presque toujours liquéfiés pour en faciliter le transport.

Quant au méthane qui constitue la majeure partie du gaz naturel, il est transporté soit par des gazoducs, soit sous forme liquide, après liquéfaction, sur des «méthaniers» du lieu de production vers les lieux de consommation. Sous cette forme liquide, le méthane offre à volume égal avec le fioul domestique, un pouvoir calorifique qui correspond à plus de la moitié du pouvoir calorifique de celui-ci.(1).

Mais cette solution qui permet de «condenser» l'énergie gazeuse sous un volume réduit exige des investissements très lourds, tant pour la liquéfaction (2) que pour le transport (3). À titre indicatif, le coût d'une usine de liquéfaction, de taille minimale de l'ordre de 45 Giga thermies/an est de l'ordre de 400 à 500M$ et si l'on veut doubler cette capacité, il faut ajouter 85% de plus à ce coût.

Pour le transport, la construction d'un méthanier coûte deux à trois fois plus cher que celle d'un pétrolier normal.Mais, vue l'augmentation constante des besoins en énergie de toutes sortes, tous ces investissements sont amplement justifiés. La filièere du gaz naturel liquéfié nécessite cependant une taille importante pour etre économiquement viable, il faut donc une forte production à exporter pour justifier la construction d'une usine de liquéfaction et, inversement, d'importants besoin d'importation pour construire un terminal de réception. Il n'existe aucun projet en dessous de 2 ou 3 millions de tonnes par an pour l'exportation, 1 pour l'importation.

A l'arrivée aux lieux de consommation, le gaz naturel est fractionné, si nécessaire, pour le séparer de l'éthane, du propane et du butane, puis regazéfié. Ici encore, il faut des investissements énormes pour la réception, le stockage et la regazéification.

Pour le traitement, et si l'on veut séparer les GPL avant le transport, à partir des gisements de gaz et de condensats (si ceux-ci sont proches), on installe deux réseaux de collecte, un pour le gaz naturel et un autre pour les condensats. Le gaz et les condensats sont dirigés vers des installations de traitement et de désulfurisation.

Le gaz subit ensuite une déshydratation par point de rosée, passe après dans une unité d'extraction où l'on sépare les C_2- du reste. Une partie du gaz pauvre qui sort en tête de colonne est dirigée vers une station de compression. Ce gaz est comprimé et réinjecté dans les puits afin de maintenir la pression dans les puits.

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

La fraction lourde sortant de l'extracteur est dirigée vers des fractionnateurs successifs afin de séparer, le propane, le butane et la coupe C₅₊.

Quant aux condensats, ils passent sur un dessaleur, puis un stabilisateur et enfin sur un fractionnateur (voir schéma ci-après).

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Image:Ttd-saigon-traitement-gaz-condensats.jpg

(1) : Dans des conditions normales (0°C et 760mm de Hg), 1 mètre cube de gaz naturel a un pouvoir calorifique supérieur (pcs) de 8 à 10 thermies suivant son origine. Pour le gaz de Lacq, ce pcs est de 9,6 thermies.

(2) : Sous une pression de 45,8 bars, le point critique du gaz naturel est de -82,3°C. Pour le liquéfier, il faut fournir une température inférieure à celle-ci.

(3) : Pour le transport du gaz naturel sous forme liquide à la pression atmosphérique, il faut maintenir dans les cuves une température de -160°C.

Utilisation

Il est l'un des moyens énergétiques les moins polluants car sa combustion est complète :

4CH₃ + 7O₂ --> 4CO₂ + 6H₂O

Comme tous les combustibles fossiles, il rejette du gaz naturel, mais seulement 55 kg par gigajoule de chaleur produite, contre 75 pour le pétrole brut, et 100 environ pour le charbon. L'avantage du gaz naturel est encore pluys grand si l'on tiens compte des émissions en cycle complet et pas seulement de celles résultat de l'usage final du combustible : en effet l'extraction et le traitement du gaz naturel consomment beaucoup moins d'énergie.

L'utilisation du gaz naturel produit peu d'oxydes d'azote, et quasiment aucune pollution locale comme les oxydes de soufre, les poussières, etc. Cet intéret écologique a une conséquence économique directe : une installation (centrale électrique, chaufferie, cimenterie ou autre) brulant du charbon a besoin de dispositifs de dépollution, pour extraire le souffre, les NOx et les poussières des fumées. Ces installations sont très couteuses à construire et entretenir. Avec le gaz naturel, ces apareillages seraient inutiles, d'où une économie importante. De plus, le gaz naturel ne laisse pas de cendres.

Il est utilisé comme source d'énergie dans l'industrie afin de produire de la chaleur (chauffage, fours...) et de l'électricité.

Au niveau mondial, plus de 20% de l'électricité est produite à partir de gaz naturel, et cette part ne cesse d'augmenter.

Chez les particuliers, le gaz naturel est utilisé pour le chauffage, l'eau chaude et la cuisson des aliments.

Enfin, depuis quelques années, le gaz naturel comprimé en bouteilles sert à la propulsion des véhicules (GNV).

Le gaz naturel est ausssi la matière première d'une bonne partie de l'industrie chimique et pétrochimique. Le méthanol (CH3OH) est un des produits chimiques les plus importants, il sert, entre autres, d'additif dans les carburants et de base à l'élaboration de produits de chimie organique plus élaborés. Presque tout le méthanol est produit à partir de gaz naturel.

A partir du méthane, on produit de l'ammoniac et du méthanol servant de bases à la fabrication d'autres intermédiaires qui donnent en fin de cycles des :

Ci-après est la présentation de la chimie du méthane dans l'industrie pétrochimique :

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C'est aussi à partir du méthane qu'on synthétise l'ammoniac (NH₃) et l'urée ( CO(NH₂)₂) qui sont le point de départ de l'industrie des engrais.

Globalement, l'usage du gaz naturel est en expansion, la plupart des pays favorisant son usage accru partout où il peut se substituer au pétrole. Il présente en effet plusieurs avantages en comparaison avec ce dernier : moins cher, moins polluant, et moins « sensible » au niveau géopolitique. Dans certains pays, comme la Russie ou l'Argentine, l'usage du gaz naturel a même dépassé celui du pétrole.

Le gaz naturel est devenu une industrie globale, ce qui tranche singulièrement avec l'époque (jusqu'aux années 50, bien plus tard dans certains pays) où il était avant tout perçu comme un coproduit encombrant et dangereux des puits de pétrole.

Chiffres

Production (chiffre 1998)
- La production mondiale de gaz naturel est de 1 949 millions de tonnes équivalent pétrole
- 31,4% est produit en Amérique du Nord (États-Unis : 22,6%)
- 29,1% en Europe de l'Est (Pays de l'ex-URSS : 28,4%)
- 11,8% en Europe de l'Ouest (France : 0,1%)
- 9,1% en Extrême-Orient
- 8% au Moyen-Orient
- 4,9% en Afrique (Algérie : 3,5%)
- 4,1 en Amérique du Sud
- 1,6% en Océanie

Consommation (chiffre 1998)
- La consommation mondiale de gaz naturel est de 2 milliards de tonnes équivalent pétrole
- 29,8% est consommé en Amérique du Nord (États-Unis : 22,7%)
- 4% en Amérique du Sud
- 17,9% en Europe de l'Ouest (France : 1,7%)
- 24,05% en Europe de l'Est (ex-URSS : 22,6%)
- 2,2% en Afrique
- 7,45% au Moyen-Orient
- 9,9% en Extrême-Orient (Japon : 3%)
- 4,7% en Océanie (Australie : 0.9%)

Source

Les statistiques 2001 sont disponibles depuis début 2004. Elles sont comparées aux statistiques 1978.

Voir le site du Ministère français de l'Industrie