Plate-forme pétrolière

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Une plate-forme pétrolière norvégienne

Une plate-forme en Mer du Nord

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.

[modifier] 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
Golfe du Mexique, le long des côtes américaines et en baie de Campêche (Mexique)
Côtes Nord-Ouest et sud-est de l'Australie
Cotes de la Malaisie, Brunei et certaines parties de l'Archipel Indonésien.
Littoral atlantique canadien, à 350 km de Terre-Neuve (Hibernia, White Rose)

Les techniques de forage et les techniques de constructions ayant évolué, les grandes profondeurs d'eau (>1000m) sont maintenant accessibles et exploitables 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.

[modifier] 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.

[modifier] 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
îles artificielles

Ces plates formes s'appuient sur le fond et peuvent donc être reliées 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.

[modifier] Les unités flottantes

Les plate-formes flottantes sont essentiellement utilisées pour l'exploitation de champs pétroliers dans les grands fonds (>300 m environ). Lorsque la plate-forme est flottante, les installations de tête de puits lui sont reliées par 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 de déchargement (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 pipelines) 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. Les TLP (tension leg platforms) possèdent un excès de flottabilité et sont maintenues en place par des cables tendus les reliant au fond. Les plates-formes semi-submersibles s'enfoncent dans l'eau en remplissant des ballasts, ce qui les rend peu vulnérables à la houle. Les SPAR reposent sur un énorme flotteur cylindrique.

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 exporter le pétrole.

[modifier] Les plate-formes mobiles

Plates-formes auto-élévatrices (Jack-up): ce sont des plates-formes composées d'une coque et de jambes. La coque leur permet de se déplacer par flottaison et supporte les utilitées. Les jambes sont équipées de crémaillères leur permettant de se lever ou de s'abaisser le long de la coque. De cette façon ces plates-formes peuvent se déployer à de multiples endroits tout en ayant un appui sur le sol. Ce concept est limité à des profondeurs d'eau de l'ordre d'une centaine de mètres. La majeure partie des plates-formes auto-élévatrices sont des plates-formes de forage et sont utilisées pour de l'exploration ou pour le forage de puits autour de plates-formes qui ne sont pas équipées d'engin de forage. Il existe aussi quelques-unes de ces plates-formes qui servent de "boatel", hôtel flottant permettant de loger des équipes qui travaillent en mer.
Semi-sub

[modifier] Les critères de conception

[modifier] 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 plates-formes reliées entre elles par des passerelles.

[modifier] 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)

[modifier] 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 plate-forme, quand elle est fixe, doit alors pouvoir survivre à ces événements.

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.

[modifier] Durée de vie

La durée de vie moyenne d'un champ est de l'ordre de 20 à 30 ans.
Elle est directement liée aux critères économiques du champ (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.

[modifier] Construction

La construction des plates-formes se fait à terre ou, comme en Norvège, dans des fjords spécialement aménagés. (à développer)

[modifier] Installation

La plate-forme est ensuite tractée sur son lieu d'exploitation au moyen de puissants remorqueurs, tel que l'Abeille Flandre ou son sister-ship l'Abeille Languedoc.

Une fois sur son lieu d'exploitation, la plate-forme est prise en charge par des navires avitailleurs et releveurs d'ancres dit AHTS (Anchor Handling Tug Supply) qui s'occuperont de la mettre en place de façon provisoire pour le forage ou de manière permanente pour l'exploitation, puis de l'avitailler en produits et matériels de forage.

Certaines plates-formes sont transportées depuis la rive sur des navires à très haut tonnage. Sur le lieu d'installation, le navire peut se submerger partiellement et libérer sa charge qui flotte alors d'elle même. Dans certains cas, un navire équipé de grues gigantesques est utilisé pour décharger le navire de transport. Les SPAR sont transportées de cette façon en deux éléments qui sont alors assemblés offshore.

[modifier] Mise en service

[modifier] Fin de vie

Selon les législations nationales et internationales, les compagnies pétrolières sont dans l'obligation de démanteler ces plates-formes lorsqu'elles ne sont plus utilisées.

Les premières plates-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 plates-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 essayant de respecter les contraintes de protection de l'environnement.

Certaines plates-formes ne sont pas démantelées et restent en l'état, les compagnies pouvant les revendre à des tiers. De telles plates-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 donnent ainsi naissance à des récifs coralliens.