Plate-forme pétrolière

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 plates-formes permettent également de transformer le pétrole extrait de façon à ce qu'il soit plus facile à transporter et à exporter.

Sommaire 1 Historique 2 Les différents types de plates-formes 2.1 Les plates-formes fixes 2.2 Les unités flottantes 2.3 Les plates-formes mobiles 3 Les critères de conception 3.1 Fonctionnalités 3.2 Procédés 3.3 Environnement 3.4 Durée de vie 4 Construction 5 Installation 6 Mise en service 7 Fin de vie 8 Impacts écologiques 9 Autres usages 10 Galerie 11 Notes et références 12 Annexes 12.1 Articles connexes 12.2 Liens externes

Historique

Les premières plates-formes sont celles du Golfe du Mexique sur les côtes du Texas. Ces plates-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 plates-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 plates-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 plates-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 les accidents des plates-formes Alexander Kielland (qui causa la mort de 123 personnes) en 1980 et Piper-Alpha (qui coûta 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 plates-formes pétrolières dans les régions suivantes :

• Mer du Nord
• Golfe Persique
• Golfe de Guinée
• Mer de Chine^{[Laquelle ?]}
• Mer Méditerranée
• 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
• Côtes 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 (>1000 m) sont maintenant accessibles et exploitables à des coûts raisonnables. Les plates-formes se transforment alors en navires et il est de plus en plus souvent envisagé de créer des exploitations sous-marines automatiques.

Au regard des législations actuelles, il existe 3 types de plates-formes :

• les MODU (module offshore drilling unit) servant uniquement au forage et pouvant loger du personnel ;
• les PP (Production Platform) servant à la production et/ou au pré-traitement du brut, mais sans logement ;
• le LQ (living quarters) servant uniquement au logement, et où tout stockage / transit d'hydrocarbure est interdit pour raisons de sécurité.

Les différents types de plates-formes

Le choix entre les différents types de plates-formes se fait en fonction de leur rôle ainsi que l'environnement (profondeur d'eau, conditions marines...).

Une plate-forme 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 plates-formes fixes

La plupart des plates-formes fixes sont utilisées en mer peu profonde (<300 m). 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.

Les unités flottantes

Les plates-formes flottantes sont essentiellement utilisées pour l'exploitation de champs pétroliers dans les grands fonds (supérieurs à 300 mètres 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'autres plates-formes, 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 plates-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 câbles 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.

Les plates-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 utilités. 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 : ensemble composé de 3 parties distinctes : le flotteur qui se trouve immergé, les poutres à mi-eau et le pont qui doit se trouver plus haut que la « vague centenaire ». Cet ensemble en équilibre comme un ludion fonctionne grâce à des pompes à eau de mer qui maintiennent en permanence l'équilibre vertical, et des hélices multi-directionnelles ou des ancres qui maintiennent le positionnement horizontal au-dessus du puits. Ce type de plate-forme est utilisée pour des profondeurs allant de 100 à 1000 mètres, ou pour des zones ou le fond marin ne permet pas de poser les pieds d'un jack-up que ce soit vase molle ou rochers déstabilises
• Swamp-barge : bateaux à fond plat que l'on « coule » sur place en remplissant les caissons d'eau de mer. Après forage, on vide les caissons et le bateau peut aller forer ailleurs. Sert dans de très faibles profondeurs, entre 1 et 7 mètres, ce qui lui vaut le nom de swamp, marais en anglais

Les critères de conception

Fonctionnalités

Une plate-forme pétrolière est conçue pour répondre à différents besoins :

• forage (mais pas obligatoirement bien sûr, car il existe actuellement des organes spéciaux pour le forage) ;
• production ;
• habitation (qui dépend de plate-forme effectivement) ;
• stockage (bien que certaines acheminent vers des organes de stockage après pompage).

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.

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.

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 plate-forme (que ce soit une plate-forme posée sur le sol ou flottante). La structure porteuse de la plate-forme 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 plates-formes fixes et des mouvements et accélérations sur les plates-formes flottantes. La houle induit également des efforts verticaux sur les plates-formes.

L'eau salée est une source de corrosion pour les matériaux (et notamment l'acier) utilisé dans la plate-forme.

• 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.

• 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 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.

Construction

La construction des plates-formes 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 puissants remorqueurs de haute mer, et plus récemment par des navires de ravitaillement offshore qui ont également la possibilité de remorquer les plates-formes. Une autre solution, plus courante en cas de long voyage ou de chargement spécial, est d'utiliser un navire semi-submersible tel que le Blue Marlin. Sur le lieu d'installation, le navire se submerge partiellement, libérant 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.

Une fois sur son lieu d'exploitation, la plate-forme est prise en charge par des navires ravitailleurs 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 la ravitailler en produits et matériels de forage.

Mise en service

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 1970. 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)^[1].

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.

Impacts écologiques

La construction, le transport, le fonctionnement (avec d'éventuels incidents ou accidents) et la fin de vie d'une plate-forme génèrent divers impacts sur l'environnement.

• Le risque principal est l'accident majeur, sur un forage profond, comme en 2010 dans le Golfe du Mexique avec la plate-forme Deepwater horizon, pourtant réputée l'une des plus sophistiquée au monde.
• La toxicité et écotoxicité des antifoolings, peintures ou de certains déchets perdus en mer, durant le fonctionnement normal de la plate-forme peuvent poser des problèmes locaux.
• les torchères perdent dans l'air des quantités importantes de gaz à effet de serre
• Un autre problème est celui des impacts générés par l'éclairage des infrastructures, qui perturbe la vie marine, mais surtout les oiseaux migrateurs via le phénomène dit de Pollution lumineuse ; Le Comité d'OSPAR sur les industries off-shore étudie la question. Des expériences laissent penser que les oiseaux seraient moins perturbés par la lumière verte, qu'on pourrait donc privilégier sur les plates-formes, mais les feux verts balisant traditionnellement les pistes d’hélicoptères, certains craignent d'ainsi perturber les habitudes ou le sens de l’orientation des pilotes ^[2]

Autres usages

De manière anecdotique, le caractère mobile et massif des plates-formes pétrolières permet leur utilisation comme plate-forme de tir de lanceurs spatiaux. Par exemple, la plate-forme Ocean Odyssey, une ancienne plate-forme pétrolière de la mer du Nord a été réaménagée en Norvège (chantiers Stavanger) de manière à pouvoir accueillir le lanceur Zenit 3SL. Ce dernier permet, en autres, la mise en orbite de satellites civils de télécommunications. Grâce à ce concept original, Sea Launch, la compagnie exploitant ce lanceur est devenue un des acteurs importants du marché des lanceurs civils^{[réf. nécessaire]}. En effet, malgré l’inconvénient que représente l’acheminement du lanceur et des équipement annexes jusqu’à la plate-forme, les principaux avantages résident précisément dans son isolement, ainsi que la possibilité d’optimiser le positionnement du pas de tir par rapport à la mission du lanceur : sur l’équateur pour bénéficier de l’effet de Fronde, éloignée des côtes pour les retombées des étages inférieurs, etc. On peut aussi citer la plate-forme San Marco qui servit pour des tirs de fusées sondes italo-américaines dans les années 1960 jusqu'aux années 1980.

Galerie

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Plate-forme type Jack-Up GSF, Constellation II, au large de Punta Arenas

Notes et références

Annexes

Articles connexes

• Plate-forme de forage

Liens externes

• Exposition pétrole à la cité des sciences de La Villette
• Vidéo présentant la construction de la plate-forme Hibernia
• Le site Web de la plate-forme Hibernia, Canada

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