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Plateformes pétrolières

Plateforme pétrolière
Plateforme pétrolière de Long Beach en Californie (©photo)

Définition et catégories

Une plateforme pétrolière est une unité permettant d’extraire, produire ou stocker le pétrole et/ou le gaz situés en haute mer à des profondeurs parfois très importantes.

Elle supporte principalement les dispositifs nécessaires pour la phase de forage ou d'extraction du pétrole. Elle peut également inclure des équipements destinés à assurer un hébergement du personnel d’exploitation. Certaines plateformes permettent de transformer le pétrole extrait pour le rendre plus facile à transporter.

Les plateformes fixes sont utilisées en mer peu profonde, pour exploiter des gisements situés à moins de 300 m, tandis que les plateformes flottantes servent surtout pour l'exploitation de champs pétroliers dans les grands fonds.

On distingue 3 types de plateformes :

  • les MODU (Module Offshore Drilling Units) servant uniquement au forage et pouvant loger du personnel;
  • les PP (Production Platforms) servant à la production et/ou au prétraitement du brut, mais sans logement ;
  • les LQ (Living Quarters) servant uniquement au logement, et où tout stockage / transit d'hydrocarbures est interdit pour des raisons de sécurité.

Fonctionnement technique ou scientifique

Construction d’une plateforme

Elle commence lorsque des forages de reconnaissance confirment la présence d’un gisement de pétrole et/ou de gaz et lorsque les études économiques s’avèrent favorables.

L’assemblage est réalisé sur la terre ferme, la structure est ensuite transportée sur des barges géantes jusqu’au site. La conception de la structure porteuse doit tenir compte de contraintes spécifiques liées au milieu marin (marées, tempêtes, houle, courants, vent), à la corrosion liée à cet environnement et au risque sismique.

Des milliers de tonnes de matériaux sont nécessaires, par exemple, 245 000 m³ de béton et 100 000 tonnes d'acier passif ont été nécessaires à la construction de la plateforme « Troll A » en Norvège (plus grande plateforme que l’homme ait jamais déplacée). La construction d’une plateforme nécessite 2 à 3 ans de travail pour des milliers d’ouvriers.

Fonctionnement

Une plateforme pétrolière se compose de deux parties : 

  • les « topsides » : constitués de modules préfabriqués, ils correspondent à la partie utile au-dessus de la surface.
  • la « structure porteuse » : en treillis tubulaire métallique (assemblage de tubes métalliques formant une triangulation), en colonnes de béton ou encore sous la forme de barge flottante dans le cas d’une FPSO (Floating Production Storage and Offloading), elle sert à maintenir la partie utile au-dessus de l'eau.

Une unité de traitement sépare et traite les composants récoltés (pétrole, gaz, eau) avant qu’ils soient transportés par pipeline ou par tanker vers une raffinerie

Le derrick est le point culminant d’une plateforme de forage. Cette tour métallique, dans la phase de forage, soutient une très longue tige au bout de laquelle se trouve une mèche de forage, le trépan. Cette tige est rallongée au fur et à mesure que le trépan broie les différentes couches de roche du sous-sol pour atteindre le gisement de pétrole.

Les tiges peuvent descendre jusqu’à des profondeurs de 3 ou 4 kilomètres pour atteindre des réservoirs de quelques mètres d’épaisseur seulement. La précision de l’impact est donc exceptionnelle. Lorsqu’il est nécessaire de creuser un autre puits pour récupérer ou injecter des fluides, le derrick est déplacé sur la plateforme et un nouveau forage est entrepris.

Il permet aussi de forer à l’horizontale, à l’aide d’une tête de forage rotative permettant d’incliner progressivement la courbe opérée par la tige. Ce type de forage permet d’exploiter ainsi des surfaces de plusieurs kilomètres carrés depuis la plateforme sans avoir à se déplacer à la verticale des gisements.

Au-delà de 300 m de profondeur, l'exploitation ne se fait plus avec des plateformes fixes mais avec des installations flottantes.

Les différents types de plateformes

Les plateformes fixes

La plupart des plateformes fixes sont utilisées en mer peu profonde (<300 m). Ces plateformes s'appuient sur le fond et peuvent donc être reliées de façon rigide aux têtes de puits et aux pipelines.

  • Jacket-deck : structure en acier constituée de membrures tubulaires et fixées au sol par des piles en acier.
  • Gravitary platform : tour en béton dont la stabilité est due uniquement à son propre poids sur le fond océanique et sur laquelle s'érigent les superstructures.
  • Compliant tower : structure souple constituée d'un pont flottant ancré au plancher océanique au moyen de longs tuyaux tendus en permanence.
  • Jack-up rig : plateformes autoélévatrices composées d'une coque et de jambes, conçues pour les exploitations en eaux peu profondes. La structure peut être déplacée mais aussi élevée ou abaissée. Ainsi ces plateformes peuvent se déployer en de multiples endroits tout en ayant un appui sur le sol.

Les plateformes mobiles et unités flottantes

Les plateformes flottantes sont essentiellement utilisées pour l'exploitation de champs pétroliers dans les grands fonds (supérieurs à 300 mètres environ). Lorsque la plateforme est flottante, les installations de tête de puits lui sont reliées par des conduites flexibles.

  • TLP (Tension Leg Platforms) : plateformes possédant un excès de flottabilité et maintenues en place par des câbles tendus les reliant au fond.
  • SPAR : plateformes plus classiques qui n'intègrent que la production et sont reliées à des pipelines pour l'exportation du gaz et/ou du pétrole produit. Les SPAR reposent sur un énorme flotteur cylindrique.
  • Les plateformes semi-submersibles : plateformes ballastées par remplissage d’eau lorsqu’elles se trouvent en position, puis ancrées. Cela les rend moins vulnérables à la houle.
  • FPSO (Floating Production Storage and Offloading) : plateformes en forme de coque, qui produisent du pétrole, le stockent temporairement et chargent les navires pétroliers. Elles sont ancrées au fond de la mer.

Enjeux par rapport à l'énergie

Adapter la plateforme à l’environnement et aux conditions offshore

L'ingénierie de la construction navale doit faire face à de nombreux obstacles (limitation d'espace physique, conditions météorologiques extrêmes, eaux profondes, sites éloignés, etc.) dans le respect de la sécurité des personnels et de l’environnement. Ces contraintes font des plateformes des objets techniques de très haute sophistication.

La maintenance et l'exploitation dans un environnement sûr requièrent d’avoir accès à des données fiables et précises. 

Acteurs majeurs

Conception

Elle rassemble des groupes spécialistes, notamment, de l’industrie parapétrolière et paragazière offshore : Bouygues Offshore, Technip, Delattre Levivier Maroc (DLM), Derrick Service Limited (DSL), etc.

Exploitation

Afin d’exploiter les gisements offshore, les compagnies pétrolières comme Total, Exxon Mobile ou BP, louent à des groupes propriétaires de plateformes et spécialisées dans le forage offshore comme Transocean.

Unités de mesure

L’exemple d’une plateforme fixe de type jacket deck en mer du Nord : Alwyn North (Ecosse)

  • Date de mise en service: 1987 
  • Durée de vie : 30 ans
  • Longueur des pieds : 126 m sous la mer et 31 m au-dessus 
  • Poids : 43 000 tonnes d’acier 
  • Coût : 2,25 milliards d’euros 
  • Nombre de puits de forage : 47 
  • Profondeur des puits de forage : environ 4 000 m 
  • Production : 40 000 barils de pétrole par jour 

Il existe plus de 15 000 plateformes dans le monde. A titre d’exemple, le Golfe du Mexique compte à lui seul près de 4 000 plateformes pétrolières actives.

Certaines plateformes ont la superficie d’un terrain de football (5 000 m²).

Zone de présence ou d'application

On trouve des plateformes pétrolières dans les régions suivantes :

  • Mer du Nord, réparties en Grande Bretagne, Norvège, Pays-Bas, Danemark (plus de 450 plateformes) ;
  • Golfe Persique ;
  • Golfe de Guinée notamment au Gabon, en Angola et au Nigéria ;
  • Mer de Chine dans les eaux territoriales du Vietnam, de la Malaisie et de la Chine ;
  • Mer Méditerranée, principalement au large des côtes d’Afrique du Nord (au nombre de 16) ;
  • Mer Caspienne ;
  • Côtes du Brésil dont l’immense gisement de Tupi découvert en 2007 ;
  • 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, au large de Terre-Neuve (Hibernia, White Rose).

Passé et présent

Au début des années 1930, la première plateforme a été développée dans le Golfe du Mexique sur les côtes du Texas, à une très faible profondeur d'eau. Elle servait alors de tête de puits, dans le prolongement des installations se trouvant à terre. 

Après le premier choc pétrolier de 1973, les gouvernements européens décident de développer l'exploitation des champs pétroliers et gazéifères de la Mer du Nord.  Le Royaume-Uni et la Norvège développent alors des techniques de forage et de production offshore et construisent les premières plateformes pétrolières dans cette mer particulièrement hostile.  Pour la première fois, ces plateformes doivent abriter des hommes pour assurer l'exploitation des gisements.

Les normes de sécurité liées à la fabrication et l'installation de plateformes pétrolières ont été mises en place dans les années 1970-1980 suite à des accidents. 

Futur

La durée de vie moyenne d’une plateforme est approximativement la même que celle d’un gisement pétrolier offshore soit environ une trentaine d’années. Selon les législations nationales et internationales, les compagnies pétrolières ont l'obligation de démanteler les plateformes pétrolières lorsqu'elles ne sont plus utilisées. 

Certaines plateformes ne sont pas démantelées et restent en l'état, les compagnies pouvant les revendre à des tiers. De telles plateformes, 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 peut se montrer laxiste à de nombreux égards.

Plus insolites, des projets architecturaux visant à transformer des plateformes offshore en hôtel de luxe sont en cours de développement (ex : Agence d’architecture Mooris – Rig ressort).

Concrètement

La vie en plateforme

Des centaines de personnes peuvent travailler sur une plateforme. Dans les périodes de forte activité, jusqu’à 300 personnes peuvent y cohabiter. Une bonne organisation de cette microsociété et des règles de sécurité strictes sont donc indispensables au bon déroulement de la vie offshore.

L’isolement et le rythme de travail soutenu rendent difficile les conditions de travail sur une plateforme. Pour ces raisons, les équipes se relaient en permanence. Elles travaillent pendant 15 jours, en alternant 12 heures de travail /12 heures de repos, puis retournent à terre pour une même durée.