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LE STOCKAGE DE GAZ SOUTERRAIN

Le stockage de gaz souterrain

• 1. Approvisionnement et distribution du gaz naturel en France

• 2. Le Stockage du gaz naturel

• 3. Exemple d'un stockage en aquifère: Gournay sur Aronde (60)

• 4. Exemple d’un stockage en cavité saline: Etrez (01)

•1. Approvisionnement et distribution du gaz naturel en France

Le gaz naturel représente aujourd’hui le quart de l’énergie primaire consommée dans l’Union européenne (UE) et 15 % en France. La demande de gaz naturel a augmenté de 52 % en France (49 % en UE)

entre 1990 et 2006.

1.1.L’approvisionnement en gaz naturel

• L’approvisionnement en gaz de la France est à ce jour diversifié. La Russie est maintenant le second fournisseur derrière la Norvège et devant l’Algérie et les Pays-Bas.

• La consommation annuelle en France est d’environ 501 TWh au 31 mars 2009.

1.2 Le réseau de transport

À température et pression ambiante, le gaz naturel possède une masse volumique très faible. Pour le transporter, il est nécessaire d'augmenter sa masse volumique :- Soit en le liquéfiant , sa température est maintenue à environ -162°C - Soit en augmentant la pression

Pour transporter le gaz naturel des gisements vers les lieux de consommation, les gazoducs sont le moyen le plus courant. Le gaz circule dans des tuyaux sous des pressions de l’ordre de 70 bars. Le territoire français est ainsi parcouru par un réseau de gazoducs dont les plus gros atteignent 450 mm de diamètre.

Mise en place d’un gazoduc

Le gaz arrive

-par les gazoducs pour le gaz provenant des Pays Bas, de Norvège et de Russie -par les terminaux méthaniers pour le gaz provenant d’outre mer.

-Des centres de stockage sont répartis sur le territoire

Une part croissante du gaz est transportée sous forme liquide, à -162 °C et à pression atmosphérique, dans des méthaniers du lieu de production vers les lieux de consommation

Usine de liquéfaction d’Arzew (Algérie)

Dans un méthanier, la température est maintenue en confinant le gaz liquéfié dans des citernes isolées thermiquement. Le méthane a une densité faible (442 kg/m³): pour un même tonnage, les citernes occupent un volume beaucoup plus important que sur un pétrolier.

L'isolation ne peut empêcher une partie de la cargaison de se réchauffer et de repasser à l'état gazeux durant le transport à raison d’environ 0,15 % du volume total par jour. Le gaz qui s'échappe est soit brûlé pour la propulsion du méthanier, soit libéré dans l'atmosphère ou reliquéfiés..

À l'arrivée près des lieux de consommation, le Gaz Naturel Liquéfié est éventuellement stocké sous forme liquide puis vaporisé dans des terminaux méthaniers. Il est ensuite injecté sur le réseau de gazoducs

Terminal méthanier de Montoir (St Nazaire)

2. Le Stockage du gaz naturel

En surface

2. Le Stockage du gaz naturel

En surface

En aquifère

2. Le Stockage du gaz naturel

En surface

En aquifère

En cavités salines

2.1 Stockage en surface

Les terminaux méthaniers stockent le gaz naturel liquéfié (GNL) et l'émettent sur le réseau national après regazéification. Pour des raisons techniques, quelques bacs de stockage de GNL sont construits en amont de l'unité de regazéification.

Dans certains pays faiblement pourvus en structures de stockage de gaz naturel (Espagne, Japon), des cuves complémentaires sont adossées au terminal pour adapter l'approvisionnement aux caractéristiques de la consommation.

Certains pays producteurs (Royaume-Uni, Pays-Bas), liquéfient, en été, une toute petite partie de leur production qu'ils stockent sous forme de GNL (en dehors des terminaux méthaniers). Ces stocks sont utilisés pour les pointes exceptionnelles.

Réservoirs de stockage en surface (Espagne)

2.2 Stockage souterrain

-Nappes aquifères

La technique consiste à reconstituer l'équivalent géologique d'un gisement naturel en injectant le gaz dans une couche souterraine de roche poreuse et perméable contenant à l'origine de l'eau, recouverte d'une couche imperméable formant une couverture étanche, le tout ayant une forme de dôme. Pour des raisons de perméabilité des terrains et de conditions d'exploitation, une quantité de l'ordre de la moitié du gaz stocké reste à demeure dans le stockage. Les contraintes géologiques ne permettent qu'un soutirage en continu assez peu flexible

-Cavités salines

La technique du stockage en cavités salines consiste à créer par dissolution à l'eau douce (lessivage) une « caverne » souterraine artificielle de grande taille dans une roche sédimentaire constituée pour partie de cristaux de chlorure de sodium (sel gemme) dont les propriétés physiques et chimiques ( très faible porosité, imperméabilité, neutralité chimique, bonnes caractéristiques de stabilité mécaniques) permettent le stockage de produits pétroliers liquides ou gazeux. Le soutirage pouvant être instantané, ces stockages sont utilisés pour répondre à des pics de demande.

-Gisements épuisés

Des anciens gisements d'hydrocarbures sont transformés en stockage ; c'est le mode de stockage majoritaire en Europe.

La France ne dispose pas de stockage sous cette forme mais il existe deux projets pour transformer les gisements épuisés de Trois Fontaines (Meuse et Haute Marne) et de Pécorade (Landes) en stockages. Le gisement de Lacq a été choisi pour un projet de stockage du CO2.

Les stockages en gisements épuisés se comportent de la même manière que ceux en nappes aquifères; le soutirage doit être réalisé en continu avec peu de flexibilité.

Le gaz est stocké dans une nappe aquifère à 750 m de profondeur. La couche réservoir, essentiellement gréseuse (Jurassique supérieur, Wealdien), présente une épaisseur de 40 à 50 m sur toute l'étendue du réservoir. La couverture est une couche d'argile crétacée totalement perméable sur près de 200 m d’épaisseur.

3. Exemple d’un stockage en aquifère : Gournay sur Aronde (Oise)

La surface que peut atteindre en plan la bulle de gaz dépasse 30 km².

16 puits de contrôle permettent de suivre les mouvements de gaz et de vérifier la qualité des eaux dans la couche réservoir et dans les couches aquifères supérieures.

Chacun des 58 puits d'exploitation est équipé, à une trentaine de mètres sous la surface du sol, d'une vanne de sécurité pour obturer automatiquement le puits en cas de débit anormalement élevé.

Le remplissage du réservoir a débuté en 1976. Sa capacité maximale de stockage est de 3.500 millions de m3. En période de stockage, le gaz est injecté dans la roche réservoir grâce aux "puits d'exploitation". Il prend alors la place d'une partie de l'eau qu'i! chasse vers la périphérie du réservoir. Au déstockage, le gaz est soutiré par ces mêmes puits d'exploitation et l'eau reprend sa place.

Roche réservoir

Gournay sur ArondeCaractéristiques du réservoir

Profondeur du réservoirNature du terrainEpaisseur moyenne de couverture Epaisseur de la couche réservoirSurface de la bulle de gaz réservoir plein Volume stockable autorisé Pression maximale au fond Perméabilité Porosité totale Température de gisement

717 mètres /solGrès wealdiens180 mètres 45 mètres 15 km (x) 2 km 3,5 milliards de m3 (n) 106 bar 0,6 à 1 darcy 20 %35°C

4. Etude d'un stockage en cavité saline: Etrez (Ain)

Le site d’Etrez

Le stockage souterrain d’Etrez est situé dans la plaine de Bresse au nord de Bourg-en-Bresse.

La Bresse est un fossé fortement subsident pendant tout le Tertiaire à remplissage détritique et évaporitique.

En surface affleurent des formations fluviatiles, fluvio-lacustres, éoliennes et glaciaires quaternaires

Le fossé bressan est chevauché à l’Est par le Jura.

La série tertiaire sous-jacente comporte de haut en bas des dépôts lacustres pliocènes, des dépôts lacustres et marins miocènes, enfin des dépôts lagunaires salifères oligocènes et éocènes. L’épaisseur totale des sels déposés atteint 1200 m près de Bourg-en-Bresse.

Etrez

Le site d’Etrez comporte actuellement 18 puits fonctionnels correspondant à 18 réservoirs souterrains

L’exploitation d’un puits de stockage se fait en 3 phases successives:

- Phase de lessivage

- Phase de remplissage

- Phase de soutirage

Phase de lessivage

La création d’une cavité dans le sel se fait par injection d’eau sous pression prélevée dans l’aquifère supérieur.

La saumure générée est évacuée en surface par un saumoducte qui l’achemine jusqu’à une usine chimique (Solvay) située plus à l’Est.

La vitesse de dissolution du sel dépend de la vitesse d’utilisation de la saumure. On compte au moins un an pour former une cavité conique de 100 m de large

Phase de remplissage

Le gaz injecté sous pression refoule progressivement la saumure.

Phase de soutirage

Le gaz remonte sous l’effet de la pression; il est déshydraté puis injecté dans le réseau de transport.

Jacques Beauchamp

Bondy, 2007

Références

ANDRA-BRGM (1986) – Grandes étapes de l’histoire géologique de quatre régions française. C.E.A., Paris, 15 p. + pl.BONIJOLY D. (1986) – Stockage de déchets radio-actifs en formations géologiques. Région de Bresse (Ain). ANDRA-BRGM, 41 p.DURUP J.G. (2001) – Principe du stockage de gaz en cavités creuses dans le sel. Ecole d’été sur l’Energie, Univ. Caen, 17 p.GRTgaz (2007) – Travaux de pose d’un gazoduc. Centre d’ingéniérie GRTgaz. 25 p.Ministère de l’Ecologie… (2009) – Le point sur l’approvisionnement en gaz naturel. Commissariat général au développement durable, n° 26, 6 p. STORENGY (2009) – Le stockage grandeur nature. Plaquette 14 p.http://www.developpement-durable.gouv.fr/energie/gaz/stockages.htmhttp://www.gournaysuraronde.com/gaz.htmlhttp://www.laviedesreseaux.fr/Consultez-nos-themes-reseaux/Gaz/Le-stockage-souterrain-en-nappe-aquiferehttp://www.drire.gouv.fr/centre/sous-sol/gaz_naturel2.html