Plate-forme pétrolière
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Une plate-forme pétrolière est une construction marine fixe ou flottante qui sert à l'exploitation d'un gisement pétrolier.
Elle supporte principalement les dispositifs nécessaires pour la phase de forage, d'extraction du pétrole, ainsi que parfois des équipements destinés à assurer une présence humaine à bord. Certaines plate-formes permettent également de transformer le pétrole extrait de façon à ce qu'il soit plus facile à transporter et à exporter.
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Historique
Les premières plate-formes sont celles du Golfe du Mexique sur les côtes du Texas. Ces plate-formes sont situées dans une très faible profondeur d'eau et n'ont pour seule fonction que d'être une tête de puits. Elles sont le prolongement de ce qui avait alors été développé à terre.
Lors du premier choc pétrolier en 1973, les gouvernements européens se posent la question de leur indépendance vis-à-vis des pays du Golfe Persique. Il devient indispensable pour eux de développer l'exploitation des champs pétroliers et gazifères de la Mer du Nord.
Le Royaume-Uni et la Norvège se sont donc lancés dans le développement de techniques de forage et de production offshore (loin des côtes, en haute mer). Les compagnies pétrolières européennes, avec l'aide des ingénieries du monde entier développent des programmes de recherche qui aboutissent à la construction des premières plate-formes pétrolières et au développement des techniques de forage depuis un engin flottant.
Le défi est d'autant plus grand que la Mer du Nord est une mer particulièrement hostile. Le climat est rude pendant six mois de l'année : lors des tempêtes, la hauteur des vagues, de leur crête à leur creux, peut atteindre plus de trente mètres (soit l'équivalent d'un immeuble de dix étages). Situées loin des côtes, ces plate-formes doivent abriter des hommes pour en assurer l'exploitation.
Les normes de sécurité liées à la fabrication, l'installation et la mise en œuvre de ces plate-formes sont développées pendant les années 1970-80 à la suite de différents accidents. Les mentalités dans le monde de l'exploitation offshore changent radicalement après l'accident de la plate-forme Piper-Alpha qui a coûté la vie à 167 personnes en 1988.
Une fois les technologies offshores maîtrisées et développées en Mer du Nord, la porte est ouverte à l'exploration et l'exploitation dans toutes les mers du globe. Actuellement, on trouve des plate-formes pétrolières dans les régions suivantes :
- Mer du Nord
- Golfe Persique
- Golfe de Guinée
- Mer de Chine
- Mer Caspienne
- côtes du Brésil
- Océanie
- Golfe du MEXIQUE
Les techniques de forage et les techniques de constructions ayant évolué, les grandes profondeur d'eau (>1000m) sont maintenant accessibles et exploitable à des coûts raisonnables. Les plate-formes se transforment alors en navires et il est de plus en plus souvent envisagé de créer des exploitations sous-marines automatiques.
Les différents types de plate-formes
Le choix entre les différents types de plate-forme se fait en fonction de leur rôle ainsi que l'environnement (profondeur d'eau, conditions marines...).
Une plateforme est généralement composée de deux parties distinctes :
- les « topsides » (partie utile en surface), constituée de modules préfabriqués
- la structure porteuse: partie servant à maintenir la partie utile au-dessus de l'eau, réalisée en treillis tubulaire métallique, (jacket) ou constituée de colonnes en béton.
Les plate-formes fixes
Les plate-formes fixes sont utilisées en mer peu profonde (<300m). Au-delà de ces profondeurs, elles deviennent économiquement non-viables. Différentes techniques de construction existent, comme par exemple :
- Jacket-deck
- Plate-forme gravitaire
- Compliant tower
Ces plates formes s'appuient sur le fond et peuvent donc être reliés de façon rigide aux têtes de puits et aux pipelines. En Europe, le principal endroit où l'on peut voir de telles plates-formes est la Mer du Nord. Ailleurs, citons la Gulf Coast américaine, La Baie de Campeche au Mexique, le Golfe Persique, la Baie de Bohai (chine), etc.
Les unités flottantes
Les plate-formes flottantes sont essentiellement utilisées pour l'exploitation de champs pétroliers dans les grands fonds (>300m environ). Lorsque la plate-frome est flottante, les installations de tête de puit lui sont reliées pour des conduites flexibles.
- FSO = Unité flottante de stockage et embarquement (Floating Storage and Offloading). Il s'agit en fait d'un tanker transformé, qui stocke du pétrole (venant d'autre plates-forme, ou parfois de production onshore) et charge les pétroliers de commerce.
- FPU = Unité flottante de production (Floating Production Unit). C'est une barge qui reçoit le pétrole et le gaz du fond pour les traiter (séparer l'huile, le gaz et l'eau par exemple) avant de les envoyer vers une unité de stockage (FSO) ou vers un pipeline d'exportation.
- FPSO = Unité flottante de production, stockage et embarquement (Floating Production Storage and Offloading) : similaire à un FSO, mais intégrant aussi la production. C'est une solution en vogue pour le développement des gisements en eau profonde. Les FPSO présentent deux avantages majeurs : ils n'ont pas besoin d'infrastructures fixes (comme des pipe-lines) et sont redéployables (lorsque le gisement est épuisé, ils peuvent être repositionnés sur un autre).
- TLP, SPAR, Semi-Submersibles : Il s'agit là de plate-formes plus classiques, en ce sens qu'elles n'intègrent que la production et sont reliés à des pipelines pour l'exportation du gaz et/ou du pétrole produit.
- Pour des gisements importants, on combine parfois plusieurs solutions : par exemple, une plate-forme TLP qui produit le pétrole et une FSO pour stocker et exporte le pétrole.
Les plate-formes mobiles
Les plate-formes mobiles sont essentiellement utilisés pour le forage ou comme quartier vie.
- Jack-up
- Semi-sub
Les critères de conception
Fonctionnalités
Une plate-forme pétrolière est conçue pour répondre à différents besoins :
- Forage
- Production
- Habitation
- Stockage
En fonction de la profondeur d'eau et des règles de sécurité, ces fonctions peuvent être regroupées sur une même plate-forme ou séparées sur plusieurs plate-formes reliées entre elles par des passerelles.
Procédés
Une fois le pétrole amené à la surface, il faut séparer les phases liquides et gazeuses, enlever l'eau de la phase liquide. Une fois le gaz et le pétrole séparés, il faut les rendre propres au transport par pipeline ou par tanker pour les acheminer vers une raffinerie.
Le coût d'une usine en pleine mer est tel qu'on préfère souvent effectuer un traitement limité sur le pétrole ou le gaz extrait uniquement destiné à le rendre transportable jusqu'à la côte, où on construit une usine de raffinage plus développée à moindre frais.
(à développer)
Environnement
Un des critères dominants dans la conception de la plate-forme est l'environnement dans lequel elle se trouve. Le milieu marin est par nature hostile, en raison de son instabilité (marées, tempêtes, courants, vent...) et de la corrosion qu'il provoque. L'environnement va surtout influer sur la conception de la structure porteuse de la plateforme (que ce soit une plateforme posée sur le sol ou flottante). La structure porteuse de la plateforme doit, outre le poids des « topsides », transmettre au sol les efforts induits par son environnement.
- Environnement marin
- La houle, le courant et le vent induisent des efforts horizontaux sur les plateformes fixes et des mouvements et accélérations sur les plateformes flottantes.
- L'eau salée est une source de corrosion pour les matériaux (et notamment l'acier) utilisé dans la plateforme.
- Conditions sismiques
- La plupart des sites producteurs de pétrole sont situés en zone à fort risque sismique. La plateforme, quand elle est fixe, doit alors pouvoir survivre à ces événements.
- Sol
- Le sol joue un rôle très important dans la conception d'une plate-forme fixe. La plate-forme repose sur le sol et doit donc comporter des fondations. Dans le cas d'une plateforme flottante, le sol est moins important car il ne sert qu'à l'ancrage.
Durée de vie
La durée de vie moyenne d'un champs est de l'ordre de 20 à 30 ans.
Elle est directement liée aux critères économiques du champs (retour sur investissement...).
Pour améliorer la durée de vie économique, on fait souvent appel au développement de gisements satellites. Quand le gisement pour lequel une plate-forme a été construite voit sa production décliner fortement, les moyens dont elle dispose pour traiter le pétrole se retrouvent surdimensionnés. De plus, il devient difficile de rentabiliser les coûts d'exploitation.
On peut alors rattacher à la plate-forme des petits gisements voisins, en général trop petits pour justifier une plate-forme dédiée.
Construction
La construction des plate-forme se fait à terre ou, comme en Norvège, dans des fjords spécialement aménagés. (à développer)
Installation
La Plate-forme est ensuite tractée sur son lieu d'exploitation au moyen de puissant remorqueurs, tel que l'Abeille Flandre ou son sister-ship l'Abeille Languedoc note Ces deux remorqueurs sont utilisé à présent pour le sauvetage (à développer)
Mise en service
(à développer)
Fin de vie
Selon les législations nationales et internationales, les compagnies pétrolières sont dans l'obligation de démanteler ces plate-formes lorsqu'elles ne sont plus utilisées.
Les premières plate-formes ont été installées pendant les années 70. Elles arrivent maintenant en fin de vie, comme par exemple dans le champ pétrolifère de Frigg exploité par Total, qui va être un des premiers gros champs à se trouver dans cette situation.
L'opération de démantèlement des plate-formes de ce champ devrait être réalisée courant 2006. Le nouveau défi des ingénieurs va donc être de démonter ces milliers de tonnes d'acier et d'équipements et de les ramener à terre, tout en respectant des contraintes strictes concernant la protection de l'environnement.
Certaines plate-formes ne sont pas démantelées et restent en l'état, les compagnies pouvant les revendre à des tiers. De telles plate-formes, lorsqu'elles sont dans les eaux internationales, intéressent les acheteurs parce qu'elles constituent des îles artificielles. Certains nouveaux propriétaires de telles installations en ont fait ou tentent d'en faire des paradis fiscaux ou des micro-états indépendants dont la législation (lorsqu'elle existe) peut se montrer laxiste à de nombreux égards (sur la liberté d'expression notamment).
Les structures porteuses (la partie dépliable située sous le niveau de la mer) de quelques plates-formes du golfe du mexique ont connu un destin original : elles ont été remorquées jusqu'à des barrières de corail, ou simplement laissées en place si elles se trouvaient déjà dans une zone favorable. Elles fournissent un support favorable à la croissance des coraux et donnnent ainsi naissance à des récifs coralliens.
Liens
Exposition pétrole à la cité des sciences de La Villette
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