Le rôle du gaz naturel dans la consommation mondiale d’énergie

La consommation de gaz naturel a connu une croissance importante ces dernières années, en particulier en 2018, où les États-Unis ont enregistré une augmentation de 10 % de leur consommation. Cette tendance représente le taux de croissance le plus rapide en 30 ans, alimentée par une production accrue d’électricité à partir de nouvelles centrales à gaz et par un secteur de la construction en pleine expansion. Un phénomène similaire a été observé en Chine, où une stratégie de transition du charbon vers le gaz dans les secteurs de la production d’électricité et du chauffage a entraîné une hausse de la consommation de gaz de 18 %. En Corée du Sud et en Inde, l’évolution économique continue a également contribué à l’augmentation de la demande, bien qu’au Japon, la consommation ait diminué en raison de la réactivation des réacteurs nucléaires. En Russie, l’utilisation du gaz naturel a augmenté progressivement. On estime que la demande mondiale en gaz naturel atteindra 153 Tcf en 2020 et 176 Tcf en 2025, alors que les réserves actuelles s’élèvent à 6923 Tcf, avec une consommation annuelle de 132,29 milliards de pieds cubes. Depuis 1995, l’utilisation du gaz naturel connaît une lente progression, atteignant 30,5 Tcf en 2020.

Le processus d’extraction du gaz naturel se divise en trois étapes principales : l’amont, le milieu et l’aval, correspondant respectivement à l’exploration, au transport et à la distribution. Les entreprises impliquées dans l’exploration et la production sont appelées « E&P » (Exploration & Production). L'extraction du gaz naturel requiert diverses technologies, adaptées en fonction de la géologie du terrain. Parmi ces techniques, on distingue le forage vertical, le forage horizontal et la fracturation hydraulique.

Forage vertical pour l’extraction du gaz naturel

Forage horizontal pour l’extraction du gaz naturel

Le forage horizontal, quant à lui, a été popularisé au Texas dans les années 1980. Il consiste à utiliser une tarière dirigée et un tube de forage flexible pour forer de manière horizontale dans la roche. Aux États-Unis, 81 % des puits forés en 2021 étaient horizontaux ou directionnels, contre 19 % pour les puits verticaux. Ce type de forage permet de contourner les obstacles géologiques et d’accéder à des réserves plus vastes et plus profondes de gaz naturel.

Fracturation hydraulique

La fracturation hydraulique est une méthode utilisée pour extraire le gaz naturel emprisonné dans des formations rocheuses non poreuses, telles que le schiste, qui étaient auparavant trop coûteuses à exploiter. Cette technique consiste à injecter un fluide haute pression dans le sol pour fissurer la roche et libérer le gaz piégé. En moyenne, un puits fracturé peut produire pendant 30 ans, avec un seul cycle de fracturation suffisant pour maintenir la production à un niveau stable.

Traitement du gaz naturel

Une fois extrait, le gaz naturel brut est souvent mélangé à divers autres hydrocarbures et substances indésirables. Le traitement du gaz commence généralement à la tête du puits, où des appareils tels que des chauffages et des épurateurs sont utilisés pour éliminer l'eau, le dioxyde de soufre, l'hélium, le dioxyde de carbone et les liquides de gaz naturel (LNG). Ce processus est crucial pour garantir que le gaz naturel puisse être utilisé comme combustible de qualité pour les réseaux de pipelines. Les stations de compression des pipelines, en particulier dans les zones offshore, jouent également un rôle clé dans la gestion du gaz extrait et son acheminement vers les installations de traitement.

À la sortie de ces installations, le gaz est acheminé dans des réseaux de pipelines qui le transportent vers les consommateurs finaux. Ces pipelines peuvent être inter-étatiques ou intrastatals, selon les besoins en approvisionnement.

En ce qui concerne les tendances futures, le gaz naturel continuera probablement de jouer un rôle clé dans la transition énergétique, surtout face à la pression pour réduire les émissions de carbone tout en répondant à une demande mondiale croissante en énergie. Cependant, la manière dont ces ressources sont exploitées, notamment par des méthodes comme la fracturation hydraulique, soulève des questions environnementales et économiques de plus en plus urgentes.

Comment les technologies de gaz-lift optimisent-elles la production pétrolière ?

Ce modèle a été validé dans divers contextes géographiques, notamment sur des champs pétroliers à gaz lift dans le Delta du Niger et en mer du Nord, où les tests ont montré un écart moyen absolu (AAD) inférieur à 6%. Cette précision est confirmée par des simulations sur des simulateurs commerciaux de puits, où l’AAD est descendu en dessous de 3%. Ce taux de réussite est particulièrement intéressant car il prouve la robustesse du lien inverse entre le taux de production stable et la pression de tête de puits (WHFP). Ce lien inverse est essentiel pour garantir la stabilité du système de production sur le long terme.

En outre, une conclusion clé de cette étude est que l’utilisation de gaz de levée plus légers peut améliorer l’activité du système de manière significative. Toutefois, il est important de noter que les niveaux de sable inférieurs à 20 lb/1000 STB de liquide n'ont pas eu d'impact notable sur l'efficacité du gaz-lift dans les cas étudiés. Cela laisse entendre qu’un seuil de particules solides dans le fluide de levée pourrait ne pas compromettre le système tant qu’il reste sous un certain niveau.

Dans le cadre de cette modélisation, l’assumption selon laquelle la masse des solides présents dans le fluide est égale à la quantité de solides créés a une portée importante. Le modèle stipule que le total des solides à un endroit donné comprend à la fois des matériaux nouvellement formés et des matières préexistantes, ce qui pourrait affecter de manière significative l'efficacité d’un puits en gaz-lift. Si des sédiments s'accumulent de manière excessive, cela pourrait diminuer l'efficacité du système de manière notable. En cas de tels dépôts, il serait nécessaire d'appliquer un facteur d’ajustement pour évaluer plus précisément l'efficacité de la production, car chaque situation pourrait nécessiter une approche individualisée.

L’étude a également abordé le concept de l’indice de productivité (PI) et son rôle dans l’optimisation de la production. Le PI fluctuant peut être utilisé pour affiner la modélisation des systèmes de levée, mais cela nécessite des méthodes mathématiques plus avancées et de nouvelles approches pour traiter des écoulements turbulents moins homogènes. Ces derniers représentent un défi majeur pour les futures recherches en raison de la complexité des écoulements dans des conditions de pression et de température variables, caractéristiques des puits de pétrole matures.

Enfin, il faut considérer que la production pétrolière à l’aide de gaz-lift repose sur des principes physiques et thermodynamiques bien définis, mais ces principes doivent être constamment réévalués à la lumière des nouvelles découvertes et technologies. De nouvelles stratégies pourraient être nécessaires pour maximiser l’efficience du gaz-lift dans des environnements de plus en plus complexes, tout en minimisant les coûts et en répondant aux défis environnementaux et économiques actuels.

Production de gaz naturel à partir des eaux usées : défis et opportunités

La production de gaz naturel à partir des eaux usées présente plusieurs défis techniques et environnementaux, notamment en raison de la complexité et des limitations des technologies utilisées. Parmi ces technologies, la pyrolyse se distingue par ses avantages, mais aussi par ses contraintes inhérentes, notamment la production de produits liquides contenant des composés oxygénés tels que des cétones, des acides, des alcools et des éthers. Ces substances, en grande quantité dans les produits issus de la pyrolyse, entraînent une faible efficacité de combustion, une faible valeur calorifique, ainsi qu'une viscosité et une acidité élevées, augmentant ainsi le risque de corrosion des installations industrielles. Cette problématique de corrosion, couplée à un rendement limité des produits liquides, rend la pyrolyse peu rentable à grande échelle, sauf dans les cas où les préoccupations environnementales sont prioritaires.

En parallèle de la pyrolyse, la biométhanation émerge comme une solution prometteuse pour la gestion des déchets organiques et la production de méthane. Ce processus, qui repose sur la conversion anaérobie des matières organiques, utilise une gamme variée de déchets organiques tels que les résidus agricoles, les déchets de restauration ou les boues d’épuration. À travers trois étapes majeures—l’hydrolyse, la fermentation et la méthanogenèse—la biométhanation produit un gaz de synthèse (syngaz) riche en méthane, qui peut être utilisé comme source d’énergie. Cependant, cette technologie dépend largement de nombreux facteurs, tels que le pH, la température, la composition du substrat organique et les conditions microbiologiques, ce qui peut influencer significativement la quantité et la qualité du méthane produit.

L’un des avantages de la biométhanation par rapport à d’autres technologies de valorisation énergétique des déchets est son coût relativement bas, notamment en raison de la simplicité des infrastructures nécessaires et des faibles coûts d’exploitation. Néanmoins, l’espace requis pour stocker et gérer les déchets organiques afin de maintenir les conditions anaérobies reste un défi, en particulier dans des climats tropicaux où la dégradation anaérobie des déchets peut durer plusieurs années.

Enfin, bien que la biométhanation soit souvent vue comme une solution rentable à petite échelle, elle présente des limites temporelles importantes. Après plusieurs années de dégradation, le potentiel énergétique du processus diminue à mesure que la matière organique s’épuise. Ainsi, le succès de cette technologie dépend d’une gestion rigoureuse des délais et de l’équilibre entre la capacité de production et la durée de vie des installations.

L’application de ces technologies dans la production de gaz naturel à partir des eaux usées est en constante évolution, avec des projets actifs dans le monde entier. Des installations de gazéification aux États-Unis et en Asie, par exemple, exploitent ces technologies pour produire du méthane ou du gaz de synthèse, offrant ainsi de nouvelles avenues pour une gestion plus durable des déchets. Cependant, il reste crucial d’améliorer l’efficacité de ces processus, d’optimiser la gestion des installations et de minimiser les impacts environnementaux tout en rendant ces technologies accessibles à une plus grande échelle.

Les progrès dans ces domaines ouvrent des perspectives intéressantes pour la transition énergétique, tout en offrant des solutions pratiques pour la gestion des déchets, notamment dans les régions où les ressources énergétiques sont limitées ou difficiles à exploiter.