Torchage et rejet de gaz naturel

Le torchage ou «brûlage des gaz» est l'action de brûler, par des torchères, des rejets de gaz naturels à différentes étapes de l'exploitation des gaz et pétroles.

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  • Comme le prix du pétrole est plus important que celui du gaz, ... Cependant, les fumées noires montrent que la combustion du gaz naturel rejeté est incomplète, ... Le torchage consiste à brûler le gaz naturel présent en trop faible... (source : jeremy-goldyn)
  • de torchage d'exploiter le gaz naturel et le gaz de pétrole liquéfié (GPL)... le montage a été facilité par le GGFR permettraient d'éviter le rejet dans ... (source : siteresources.worldbank)

Le torchage ou «brûlage des gaz» est l'action de brûler, par des torchères, des rejets de gaz naturels à différentes étapes de l'exploitation des gaz et pétroles. Chez les professionnels, on tend à remplacer le mot «torchage» (qui aurait une connotation trop vulgaire) par l'équivalent anglais flare, ou flaring.

Cette pratique a un double effet négatif, d'une part sous forme du gaspillage d'une ressource naturelle précieuse, et d'autre part sous forme d'émission de dioxyde de carbone (CO2), principal gaz à effet de serre (GES). Tandis que certains pays se sont pourvus d'une législation interdisant cette pratique de longue date, d'autres ont pris du retard ; l'engagement des compagnies pétrolières à diminuer cette pratique est particulièrement variable.

Les exploitants rejettent aussi du gaz naturel non brûlé («rejet») à l'air libre, délibérément ou non ; ce gaspillage supplémentaire aggrave les émissions de méthane, principal constituant du gaz naturel, dont le potentiel de réchauffement global est 23 fois plus élevé que celui du CO2.

Toutes valeurs 2004, Gm3/an, origine GGFR[1]
Valeurs communiquées Valeurs mesurées
Pays Vol. Pays Vol.
1 Nigeria 24.1 Russie 50.7
2 Russie 14.9 Nigeria 23.0
3 Iran 13.3 Iran 11.4
4 Irak 8.6 Irak 8.1
5 Angola 6.8 Kazakhstan 5.8
6 Venezuela 5.4 Algérie 5.5
7 Qatar 4.5 Angola 5.2
8 Algérie 4.3 Libye 4.2
9 Indonésie 3.7 Qatar 3.2
10 Guinée Eq. 3.6 Arabie saoudite 3.0
11 États-Unis 2.8 Chine 2.9
12 Koweit 2.7 Indonésie 2.9
13 Kazakhstan 2.7 Koweit 2.6
14 Libye 2.5 Gabon 2.5
15 Azerbaïdjan 2.5 Oman 2.5
16 Mexique 1.5 Mer du Nord 2.4
17 Royaume-Uni 1.6 Venezuela 2.1
18 Brésil 1.5 Ouzbékistan 2.1
19 Gabon 1.4 Malaisie 1.7
20 Congo 1.2 Égypte 1.7

Volumes de gaz torchés

C'est 150 milliards de m³ de gaz naturel qui sont brûlés à la torche ou rejetés chaque année[2] ; cette valeur est équivalente à 30 % de la consommation annuelle européenne, ou 25 % de la consommation annuelle des États-Unis. Les seuls 40 milliards de m3 torchés en Afrique suffiraient à la moitié de la consommation d'énergie de ce continent[3]. Le tableau ci-contre montre les principaux pays où se produisent ces pertes ; les différences entre les chiffres communiqués et les chiffres mesurés montrent que les pays ont bien conscience de l'ampleur du problème, en dehors des pays de la CEI, qui le minorent fortement. Il s'agit principalement de gaz associé, c'est-à-dire de sous-produit fatal généré lors de la production du pétrole. D'autres cas menant au torchage peuvent être causés par des manipulations liées à la sécurité, à l'arrêt de certains équipements (compresseur de gaz), ou aux périodes exploratoires.

Origines et raisons du torchage

L'exploitation pétrolière génère souvent, conjointement à une production de pétrole liquide, du gaz associé (GA), fréquemment en quantités faibles (en masse) comparé au pétrole lui-même ; un gisement est souvent particulièrement éloigné de sa zone de clientèle, et le gaz produit exigerait des investissements lourds pour être exporté. Comme il ne peut être transporté par les mêmes moyens physiques que le pétrole, il ne présente généralement pas d'intérêt économique, ce qui explique qu'on le brûle.

Prix des énergies en USD 2006, période 1980-2030

Le schéma ci-contre montre les prix comparés du pétrole et du gaz, en dollars par unité énergétique : le gaz naturel est toujours plus mal valorisé que le pétrole. Qui plus est , le gaz étant à peu près 1000 fois moins dense que le pétrole, il exige d'être compressé ou liquéfié pour être transporté sur de longues distances, ce qui implique des investissements toujours plus lourds.

Ce gaspillage de ressources était presque systématique jusqu'au deuxième choc pétrolier, date à laquelle on commence à voir les courbes s'infléchir. Le facteur principal est par conséquent financier : «Lorsque le cours du baril est bas, on estime l'investissement trop coûteux, lorsqu'il est élevé, on le juge superflu», constate François-Régis Mouton (GGFR) [4]. Qui plus est , ces difficultés peuvent être aggravées par d'autres facteurs.

Prix local du gaz

Si le prix du gaz, à proximité du gisement en exploitation, est tenu artificiellement bas par les autorités, comme c'est le cas en Russie[5], l'exploitant éprouve des difficultés supplémentaires à amortir les coûts d'investissements du gazoduc et de l'unité de traitement de gaz par la vente de ce dernier.

Composition du gaz

Le gaz naturel peut contenir des quantités variables de CO2, d'H2S et autres constituants qui le rendent inutilisable en l'état ; l'exploitant est alors contraint, pour le vendre ou l'utiliser, d'investir dans une unité de purification, ce qui accroît les surcoûts.

Torchère d'une installation pétrolière libyenne

Lorsque le gaz naturel contient du CO2, ce dernier est retiré, le plus souvent par purification à l'amine ; ce CO2 est lui-même éliminé par simple rejet à l'atmosphère, ce qui aggrave à nouveau le problème. Le site de Sleipner[6] est une exception notable : l'opérateur sépare le CO2 contenu dans le gaz naturel (9%), et l'enfouit depuis 1996 dans une couche à à peu près 1000 m de profondeur.

Santé publique

Le torchage conduit à une combustion incomplète des hydrocarbures, conduisant à toutes sortes de composés nocifs ; si le gaz naturel contient aussi du CO2, de l'H2S ou d'autres impuretés, alors cet effet est énormément plus important[7]. Les effets concernent autant les populations humaines que l'agriculture (pluies acides, métaux lourds)  ; les communautés Nigérianes localisées à proximité des torchères s'en sont plaintes[8].

Meilleurs modes de gestion

Le premier moyen de diminuer le torchage du gaz naturel est de ne pas le produire, en perfectionnant les conditions de gestion, au cas par cas ; ces conditions sont souvent associées à l'écoulement biphasique des hydrocarbures :

  • à Farmington (Nouveau-Mexique), sur un puits à gaz présentant une quantité variable de condensats, une meilleure gestion a permis d'éviter les mises à l'air ou mises à la torche intempestives par un meilleur pilotage des surpressions[9]
  • sur le site de Kokdumalak, un meilleur pilotage du débit d'huile a permis de diminuer la quantité de gaz associé extraite, perfectionnant ainsi le pourcentage de récupération et la durée de vie du puits [10]

Emplois envisageables du gaz associé

Plateforme Beryl-A, 1977, mer du Nord

C'est le volume et la composition du gaz associé qui vont orienter son emploi. Si le gaz est disponible en grandes quantités, il va justifier financièrement d'installer une usine de purification et un gazoduc, peut-être en cumulant la production de plusieurs puits voisins.

Si les quantités de gaz associé sont insuffisantes pour le vendre, on peut envisager les emplois suivants :

  • réinjection dans le gisement : cette méthode est classiquement utilisée dans le cadre de la récupération assistée du pétrole ; elle sert à maintenir une pression de fond plus élevée, et par conséquent de perfectionner le pourcentage de récupération du pétrole, ce qui rend l'opération rentable ; cependant, si le gaz est acide (présence de CO2 ou d'H2S), il exige des matériels et canalisations résistants à la corrosion. Du point de vue de l'exploitant, ce gaz n'est pas perdu, il est simplement stocké et reste disponible à l'exploitation lorsque le puits aura épuisé son liquide
  • génération d'énergie in situ : le gaz non traité alimente une turbine génératrice d'électricité pour les besoins du site de production[11]
  • craquage du gaz naturel pour production de méthanol : cette méthode aboutit à un produit de grande consommation facile à transporter, mais exige des unités de craquage de petite taille, toujours rares[12].

Actions nationales
Torchères photographiées par satellite (en rouge) en Algérie, Tunisie et Libye, 2006.

La préoccupation concernant le torchage est déjà ancienne, puisque on en trouve trace dès 1946 aux États-Unis[13] ; néenmoins, le Government Accountability Office (GAO, équivalent de la Cour des comptes en France) considérait toujours en 2004 disposer de peu de renseignements, à la fois aux États-Unis et dans le reste du monde[14]. Les performances annoncées sont particulièrement variables, allant de 200 m3 par m3 de pétrole produit au Nigeria, jusqu'à moins de 10 pour la Norvège.

Algérie : ce pays a entrepris des efforts de longue date, qui lui ont permis de passer d'un pourcentage de gaz associés torchés de 80 % en 1980, à 11 % en 2004, avec un objectif de 0 % pour 2010[15].

Angola : Le ministre du pétrole, Desiderio Costa a affirmé la volonté de son gouvernement de diminuer le torchage ; ce dernier devrait être complètement interdit à compter de 2010[16], [17].

Arabie Saoudite : Ce pays bénéficie de particulièrement gros débits de gaz associés, et d'une importante infrasctructure pétrolière et gazière ; le torchage est passé de 38 Gm3/an début 1980, à 120 Mm3 en 2004[18].

Réseau de gazoducs, États-Unis

Canada : le Canada dispose d'une législation autorisant le torchage lorsque ce dernier est plus économique ; cependant, ce pays a de bons résultats, et sur les champs de Terre-Neuve et Labrador, le pourcentage de torchage est passé de 85 % à 8 % en 10 ans, grâce à la réinjection du gaz[19].

Etats-Unis : les États-Unis considèrent perdre 0.5% du gaz produit sur leur territoire[13], l'un des meilleurs résultats nationaux. La carte ci-contre montre que la forte concentration d'infrastructure de traitement, de transport de gaz, et de clientèle à proximité ou au sein même des zones productrices contribue à ce résultat.

Guinée Equatoriale : ce pays aurait menacé ExxonMobil de pénalités importantes si cette compagnie ne mettait pas fin au torchage[20]

Kazakhstan : le torchage et le rejet sont interdits à compter du 1er juillet 2006. Cette exigence ne concerne que les projets postérieurs à cette date[21].

Torchères photographiées par satellite (en rouge) au Nigeria, 2006.

Nigeria : le gouvernement du Nigeria souhaitait interdire la pratique du torchage à compter du 1er janvier 2008[22]. Cependant, la société Shell a déjà fait savoir qu'elle ne pourrait respecter cette échéance, indiquant 2009 pour certains projets[23], et sous la pression de certaines compagnies pétrolières[24], le gouvernement a repoussé la date limite à janvier 2010[25].

Norvège : une législation propre au torchage existe depuis 1971 ; elle est complétée par des pénalités appliquées au m3 de gaz torché ou rejeté ; la Norvège revendiquait en 2002 le meilleur ratio gaz torché / pétrole produit au monde. Ce résultat est dû au développement délibéré de la filière gaz, à la fois sur le plan des solutions techniques en amont, et de sa commercialisation en aval[26].

Russie : le Président Poutine aurait demandé une diminution de 90 % des quantités brûlées pour 2012 ; certains observateurs considèrent cet objectif irréaliste, et le ministère de l'énergie russe a déjà demandé de repousser cette échéance à 2015[27].

Engagements des compagnies pétrolières

Total : Total s'est engagé dès 2001 à maîtriser ses émissions de GES. Le brûlage de gaz associé représentait 23% des émissions de GES du Groupe en 2005. Total déclare que les quantités de gaz torchés ont été réduites de 40% entre 1998 et 2005[28], et annonce diminuer toujours de 50 % d'ici à 2012[13] ; cependant, on peine à trouver la publication de chiffres sur leur site.

Sur le champ Nigerian de Amenam-Kpono, Total s'est engagé dès l'année 2000 à réinjecter ou vendre la totalité du gaz associé[29].

Sonatrach : voir ci-dessus Algérie.

BP : BP présente un relevé clair de ses émissions de gaz à effet de serre (GES), sous forme de ratio, rapportées aux quantités de pétrole produites. Ce ratio a diminué de 3% en cinq ans [30].

Shell : cette société présente clairement ses volumes de gaz torchés en valeur absolue, en baisse de 10 % en 8 ans (1997-2005) [31]. Déjà engagée dans un procès avec les autorités nigérianes[32], elle confirme qu'elle ne sera pas en mesure de diminuer ses émissions dans ce pays avant 2009[23].

ExxonMobil : cette société ne prend pas d'engagement pour l'avenir, mais publie proprement sur son site ses quantités de gaz torchés, avec une augmentation de 40 % de 2003 à 2006[33].

Gazprom : on ne trouve aucun article concernant le torchage du gaz sur le site de Gazprom. L'Agence mondiale de l'énergie estime que Gazprom pourrait diminuer le torchage de 14, 7 Gm3/an[34]. Gazprom, qui produit 90% du gaz russe[35], est de loin le premier responsable mondial du torchage du gaz.

Analyse satellitaire

Sources de torchage identifiées par satellite, 2002.

C'est la NOAA qui a proposé une méthode pour estimer les volumes de gaz torchés : à partir d'images satellitaires prises à différentes dates, les lumières fixes des villes sont éliminées, et ne subsistent que les lueurs des torchères de nature plus mouvante ; les trois dates permettent d'estimer la progression des régions dans la réduction du torchage. Ces estimations sont ensuite étalonnées avec des sites témoins[36].

Le Global Gas Flaring Reduction Group

En 2001, une initiative mondiale est lancée par la Norvège et la Banque mondiale pour étudier la question. Elle constate que les principaux obstacles à la réduction des gaz torchés sont

  • l'augmentation de la production mondiale de pétrole, qui entraîne une augmentation consécutive de la production de gaz associés
  • les contraintes majeures entravant le développement des marchés gaziers, l'infrastructure du gaz, et les projets de réduction de gaz torchés, qui exigent fréquemment une approche de collaboration avec les parties prenantes principales, habituellement avant le démarrage des projets d'exploitation.

L'initiative est transformée en partenariat public-privé mondial pour la réduction des gaz torchés (GGFR) au sommet mondial sur le développement durable en 2002 à Johannesburg[37]. En plus de la Banque Mondiale, ce partenariat inclut aujourd'hui BP, Chevron, Eni, ExxonMobil, Hydro, Royal Dutch Shell, StatoilHydro, Total, et les gouvernements ou entreprises pétrolières nationales de l'Algérie, l'Angola, le Cameroun, le Canada, le Tchad, l'Équateur, la France[2], la Guinée équatoriale, l'Indonésie, le Nigeria, la Norvège, et les États-Unis, avec d'autres entreprises et pays qui devraient le rejoindre[38]. Le partenariat incluant désormais l'OPEP, il couvre près de 70 % des rejets à l'atmosphère et du torchage au monde. L'objectif du GGFR est de soutenir les gouvernements nationaux et l'industrie du pétrole dans leurs efforts pour diminuer l'évacuation et le torchage des gaz associés à l'extraction du pétrole brut. Le GGFR se concentre sur quatre secteurs d'activité[39] :

  • la commercialisation des gaz associés, y compris le développement du marché intérieur et l'accès aux marchés internationaux
  • le développement des réglementations légales et fiscales pour les gaz associés
  • la mise en application de la norme de réduction qui a été développée par le partenariat
  • le développement de capacité relatif aux crédits carbone pour les projets de réduction des gaz torchés et évacués[40].

La norme mondiale volontaire pour la réduction des gaz évacués et torchés[41], [37] apporte les conseils sur la façon de réaliser des réductions de l'évacuation et du torchage des gaz associés à la production du pétrole brut. La totalité des projets actuels du GGFR devrait permettre d'éliminer près de 32 millions de tonnes de gaz à effet de serre d'ici 2012[42].

Mécanismes de développement propre

Les mécanismes de développement propre, créés dans le cadre du Protocole de Kyōto, autorisent une nation de vendre des crédits d'émission lorsqu'elle fait la preuve qu'elle a économisé un montant donné d'émissions de CO2 ; les réductions de torchage et de rejet entrent dans ce cadre, ce qui modifie notablement l'économie des opérations ; des opérations de ce type sont déjà en cours en 2007, essentiellement en Inde et au Kenya[43], [44].

Progrès

Les progrès sont nuls en valeur absolue ; la NOAA indique que les quantités brûlées restent environ constantes sur les 10 dernières années, le GGFR indique que les valeurs sont restées virtuellement constantes sur les 20 dernières années[45]. Par contre, ce résultat veut dire un progrès relative sensible, puisque dans la même période la production de pétrole a crû d'environ 50 %.

Les rejets

Analyse par satellite montrant les concentrations de méthane (parties par million en volume) en surface (en haut) et dans la stratosphère (en bas).

Le méthane est plus léger que l'air : rejeté en plein air, il s'échappe vers la haute atmosphère en se mélangeant rapidement avec l'air environnant, ce qui rend cette pratique plus complexe à détecter par satellite. Le graphe ci-contre parvient à identifier certains champs gaziers de grande taille, entre autres la mer Caspienne et la Sibérie.

Les rejets peuvent être volontaires ou involontaires ; ils peuvent être causés par :

  • des fuites du matériel, quelquefois même des complétions
  • des erreurs de manipulation
  • l'absence du matériel de piégeage nécessaire

L'IEA estime à 90 MteqCO2 par an la quantité de méthane perdue par Gazprom dans la compression et la distribution du gaz naturel[46].

Partenariat Methane to markets

L'objectif du Partenariat Methane to Markets est de diminuer les fuites et les rejets de méthane, et d'apporter plus de gaz aux clients potentiels[47]. La Commission européenne a rejoint le partenariat "Methane to Market" en octobre 2007[48].

Notes et références
  1. ↑ Liste des 20 premières nations pour le torchage, GGFR
  2. ↑ a  b  La France participe aux efforts de la Banque Mondiale
  3. ↑ (en) Principaux chiffres du torchage, GGFR
  4. ↑ Le Figaro, "Gaz : 150 milliards de mètres cubes gaspillés par an"
  5. ↑ (en) L'augmentation du prix du gaz pourrait diminuer le torchage
  6. ↑ (en) Sleipner, capture et stockage de CO2
  7. ↑ (en) Canadian Public health, effets nocifs du torchage sur la santé humaine
  8. ↑ (en) Nigeria : Gas Flaring Wrecking Delta Communities
  9. ↑ (en) Smart wells, smart fields, Skip Desaulniers
  10. ↑ (en) Kokdumalak : réduction des volumes torchés, Zeromax
  11. ↑ (en) Utilisation de gaz associé en turbine à gaz, Géraldine Roy
  12. ↑ (en) Synthèse de méthanol in situ à partir de gaz associé, J. Roscœ
  13. ↑ a  b  c  (en) Présentation GGFR
  14. ↑ (en) Rapport du Government Accountability Office
  15. ↑ Chakib Khelil, GGFR 2004
  16. ↑ (en) Décision angolaise
  17. ↑ (en) Review of Angolan energy sector by IEA
  18. ↑ (en) Résumé de l'étude satellite NOAA
  19. ↑ (en) Réduction du torchage au Canada
  20. ↑ (en) Countries Seek To Crack Down On Gas'Flaring'Waste
  21. ↑ (en) Le gaz associé au Kazakhstan
  22. ↑ (en) Nigeria, une échéance controversée au 1er janvier 2008
  23. ↑ a  b  (en) Shell, torchage du gaz
  24. ↑ (en) How to Stem Gas Flare, By Chevron
  25. ↑ Gaz : report de la date butoir de torchage au Nigeria
  26. ↑ (en) L'expérience norvégienne dans la réduction du torchage
  27. ↑ (en) La décision russe de mettre un terme au torchage
  28. ↑ Total, réduction des gaz torchés
  29. ↑ Total, le champ d'Amenam-Kpono
  30. ↑ (en) BP, émissions de gaz à effet de serre
  31. ↑ (en) Shell, données environnementales
  32. ↑ (en) Shell en procès avec les autorités Nigérianes
  33. ↑ (en) ExxonMobil, évolution des quantités torchées
  34. ↑ (en) Réduction des émissions russes
  35. ↑ (en) Interview de Claude Mandil dans le cadre du GGFR
  36. ↑ (en) Global Gas Flaring Estimates, NOAA
  37. ↑ a  b  Historique du GGFR
  38. ↑ (en) Partenaires du Global Gas Flaring Reduction group
  39. ↑ (en) GGFR : flared gas utilization strategy
  40. ↑ Objectifs du GGFR
  41. ↑ Norme mondiale volontaire pour la réduction des gaz torchés ou rejetés
  42. ↑ Pollution par les gaz torchés : lorsque la Banque mondiale confond les fautifs
  43. ↑ (en) Gas flaring and CDM, GGFR
  44. ↑ Mécanisme de développement propre dans le cadre du GGFR
  45. ↑ (en) Le torchage du gaz mondial est resté constant sur les 20 dernières années
  46. ↑ (en) Le gaz russe, étude de l'IEA
  47. ↑ (en) Methane to markets : Recovery and Use Opportunities
  48. ↑ La Commission européenne rejoint le partenariat "Methane to Markets"


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