Le rendez-vous de l'innovation #11

Le gaz naturel, entre tensions et détentes

Depuis des décennies, le gaz naturel représente l’une des sources d’énergie les plus exploitées et les plus demandées. Avec une hausse continue de la consommation et de la production mondiale, c’est tout le cycle de vie de cette énergie qui s’est transformé au fil des années.

De nombreuses innovations techniques sont apparues de manière à rendre des aspects de son exploitation comme l’extraction, l’acheminement ou le stockage, plus fiables, plus écologiques et plus sûrs. 

• De quoi s'agit-il exactement ?

Le Gaz Naturel provient généralement de gisements pétroliers. Plus précisément, il est extrait des roches poreuses où il s’est accumulé pendant des millions d’années. Il s’agit d’un mélange comprenant plusieurs composés, principalement du méthane à 83% et en fonction du gisement des mélanges à des taux variables, d’éthane, de propane, de butanes, de CO2, d’hélium et d’azote.

Après son extraction, le gaz subit plusieurs opérations permettant de le purifier afin d’arriver à une composition finale ne comportant que des traces d’oxydes d’azotes ou de dioxydes de souffre.
Ainsi, lors d’une combustion parfaite, la réaction n’émet que de l’eau et du CO2 contrairement aux autres énergies fossiles.

• Le gaz naturel, un casse-tête environnemental

L’extraction du Gaz, par des moyens dits « classiques » était jusque-là peu impactante sur l’environnement en comparaison avec le pétrole ou le charbon.

Cependant, sa raréfaction et la demande croissante ont poussé à développer des moyens d’extraction de plus en plus problématiques comme la fracturation hydraulique (Gaz de schiste), véritable désastre naturel au point de générer une multiplication des séismes dans les zones d’exploitation et une contamination totale des réserves d’eau.

Par ailleurs, avec un doublement de la production mondiale depuis 1990, les moyens de transports et d’acheminement du gaz naturel ont particulièrement évolué, faisant croître de façon critique l’empreinte négative du gaz naturel sur l’environnement. 

• Le problème du transport

A ce jour, deux moyens de transport du gaz existent. D’une part le transport via les gazoducs qui consiste à acheminer du gaz sous pression sur de longues distances souterraines ou sous-marines. D’autre part, les navires méthaniers qui permettent d’acheminer le gaz sur de longues distances.

Dans les deux cas, le gaz naturel subit une transformation qui permet de faciliter son transport, à savoir la liquéfaction, particulièrement intense dans le cas d’un transport par méthanier. En effet, ce procédé permet de mettre sous pression le gaz naturel pour atteindre un volume 600 fois plus faible, ce qui permet le transport de quantités très importantes, on parle alors de GNL ou gaz naturel liquéfié.

Le problème est que pendant son transport, une partie du gaz naturel s’évapore et bien que certains méthaniers utilisent ces gaz pour l’alimentation des moteurs, la quantité qui se dégage dans l’atmosphère reste importante. Avec un effet de serre du méthane 60 fois supérieur au gaz carbonique et un nombre de méthaniers en activité qui est passé de 360 navires en 2010 contre 511 en 2017 et 665 en 2021, le GNL et les méthaniers sont depuis quelques années pointés du doigt.

• Les solutions pour réduire l’impact écologique du GNL

Devant une demande et des taxes écologiques de plus en plus grandes, les armateurs et les sociétés expertes dans les processus d’extraction, de conditionnement et de transport des gaz ont dû réfléchir à des solutions pérennes.

L’une des solutions qui a prouvé son efficacité et qui commence à être déployée est la re-liquéfaction basée sur un cycle de Turbo-Brayton inversé. Le processus permet d’assurer une ou plusieurs détentes du gaz évaporé qui peuvent être combinées à une réfrigération par l’azote liquide. Cette solution permet de récupérer de grandes quantités mais nécessite une utilisation importante d’azote (2 tonnes d’azote par tonne de Gaz reliquéfié).

Il s’agit d’une des méthodes les plus fiables à ce jour et qui a l’avantage d’être parfaitement adaptée aux méthaniers. Le groupe Air Liquide est à l’origine des travaux et des avancées technologiques en lien avec cette solution, ce qui lui a permis d’afficher en 2019 une année record de contrats pour équiper les nouvelles générations de méthaniers.