Le stockage du gaz naturel

Le gaz naturel peut être stocké sur des périodes de temps très importantes. L’extraction, la production et le transport de gaz constituent les maillons d’une chaîne relativement longue, et le gaz naturel qui arrive à sa destination finale ne trouve pas nécessairement un usage immédiat. Les consommations de gaz naturel sont très saisonnières : elles sont plus élevées l’hiver que l’été, du fait d’une forte utilisation pour le chauffage résidentiel et tertiaire. Les réservoirs souterrains sont donc indispensables pour stocker les excédents de gaz pendant les périodes estivales et pouvoir les utiliser ensuite durant l’hiver.

Les installations de stockage permettent également de pallier à d’éventuelles ruptures d’approvisionnement, par exemple des incidents techniques survenant en amont de la chaîne.

Les différentes techniques pour stocker le gaz naturel

Il existe deux façons de stocker le gaz naturel :

  •    Stockage aérien : le gaz est alors conservé sous forme liquide dans des réservoirs GNL situés sur les sites des terminaux méthaniers, ou sous forme gazeuse dans des réservoirs généralement sphériques ;
  •    Stockage en sous-sol : le gaz est injecté sous forme gazeuse dans des structures géologiques naturelles.

Le stockage de gaz naturel en sous-sol est de loin la technique la plus efficace et la plus économique pour stocker le gaz à très grande échelle.


Les stockages souterrains

Il existe trois techniques principales de stockage souterrain.

Le stockage en nappe aquifère

Il s’agit d’exploiter des formations rocheuses souterraines poreuses et perméables situées à plusieurs centaines de mètres de profondeur, qui agissent comme des réservoirs d’eau naturels. Dans certaines configurations, ces formations rocheuses contenant de l’eau peuvent être employées pour stocker du gaz naturel. Elles sont coiffées d’une couverture étanche de roche imperméable dont la forme empêche tout échappement vertical du gaz. Les injections et les soutirages de ce type d’installation sont réalisés par « campagne », c’est à dire selon de longues périodes au cours desquelles les inversions de sens sont rares (injection l’été, soutirage l’hiver) et où les débits sont relativement constants.
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Stockage en nappe aquifère (Source : eCORP)

Le développement d’un réservoir de gaz naturel en nappe aquifère nécessite des infrastructures périphériques adaptées, dites « installations de surface » : puits d’exploitation, puits de contrôle,  installations de déshydratation, installations d’odorisation, installations de compression (les réservoirs aquifères étant naturellement plein d’eau, de puissants équipements de compression doivent être utilisés afin d’obtenir une pression d’injection suffisante pour faire baisser l’eau présente dans la nappe et la remplacer par le gaz naturel). Comme il n’y a pas de gaz naturel dans la formation rocheuse avant qu’elle soit utilisée comme stockage, une certaine quantité de gaz naturel injecté n’est jamais récupéré : c’est le « gaz coussin ».


Avantages et inconvénients du stockage en nappe aquifère :

  • Avantage : Permet de stocker du gaz dans des endroits où les réservoirs d’hydrocarbures ne sont pas facilement accessibles ou adaptés au stockage de gaz naturel.
  • Inconvénients : Réduit la souplesse de fonctionnement parce qu’il faut maintenir l’intégrité de l’interface gaz / eau . Nécessite un volume de « gaz coussin » relativement important.

 

Le stockage en cavité saline

La technique du stockage en cavité saline consiste à créer par dissolution à l’eau douce (lessivage) une « caverne » souterraine artificielle de grande taille dans une roche sédimentaire constituée en partie de cristaux de chlorure de sodium (sel gemme). Ses propriétés physiques et chimiques, sa très faible porosité, son imperméabilité, sa neutralité chimique et ses bonnes caractéristiques de stabilité mécaniques permettent le stockage de produits pétroliers liquides ou gazeux. Le soutirage pouvant être instantané, ces stockages sont principalement utilisés pour répondre à des pics de demande.

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Stockage en cavité saline (Source : eCORP)

 

Les besoins en « gaz coussin » sont plus bas que pour les deux autres types de stockage. En effet, les cavernes de sel ne nécessitent que 33% environ du volume totale de gaz pour être utilisées comme « gaz coussin ».

Le volume du stockage en cavité saline est généralement plus faible que celui effectué dans des réservoirs épuisés ou des nappes aquifères. Par ailleurs, ce mode de stockage nécessite une exploitation à des pressions plus élevées. Ainsi, les stockages en cavité saline assurent essentiellement une fonction de couverture de « pointe », grâce à des débits de soutirage très élevés. Le stock est reconstitué beaucoup plus rapidement que dans les autres modes de stockage.

Avantages et inconvénients du stockage en cavité saline :

  • Avantage : Débits d’injection et de soutirage élevés.
  • Inconvénient : Coût d’exploitation important lié à l’environnement corrosif.

 

Le stockage en gisement épuisé (ou déplété)

Du gaz sous pression est injecté à l’intérieur d’anciens gisements d’hydrocarbures naturellement imperméables et reconvertis pour le stockage. Le soutirage du gaz est réalisé selon un flux continu et stable, et offre peu de flexibilité. D’une manière générale, ces stockages en gisements épuisés possèdent des propriétés très comparables au stockage en nappes aquifères. Il existe en France une installation exploitant cette technique (site de Trois Fontaines, mis sous cocon depuis 2012).

Stockage-31Stockage en gisement épuisé (Source : eCORP)

Avantages et inconvénients du stockage en gisement épuisé :

  • Avantage : Perturbation minime de l’environnement, si l’on excepte les opérations de forage. Bonne connaissance de la performance du réservoir dès sa mise en service, grâce à l’historique du réservoir.
  • Inconvénients : Limitation possible des performances à cause des caractéristiques du réservoir (par exemple faible porosité et faible perméabilité).

 


Comparatif des différents types de stockage
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Pourquoi stocker du gaz naturel ?

Le stockage de gaz naturel répond à différents enjeux :

Ajustement de l’offre et de la demande

La saisonnalité importante de la demande de gaz (par exemple la demande de gaz en France est 5 fois plus élevée en hiver qu’en été) se heurte à un approvisionnement relativement stable au cours de l’année.

Ainsi, remplir les stockages en été (période de sous-consommation de gaz) pour les vider en hiver (lorsque la demande est importante) permet aux fournisseurs de gaz de réconcilier l’offre et la demande.

Flexibilité court terme

Le stockage de gaz naturel permet également d’assurer la flexibilité nécessaire sur des périodes courtes de l’ordre de quelques jours, ou au cours d’une même journée.

Semaine : les besoins en gaz peuvent être sensiblement différents selon la période (congés scolaires ou jours de semaine/ week-end par exemple) ou selon les variations de température intra-saisonnières.

Journée : la demande de gaz n’est pas stable sur toute la  journée. Une pointe de consommation est observée le matin (vers 7h) et en début de soirée (vers 19h).

Arbitrage

Stocker du gaz naturel permet à tous les acteurs du marché du gaz de réaliser des arbitrages, par exemple entre marchés spot et à terme. Ainsi, un fournisseur ou un trader peut saisir d’éventuelles opportunités de prix, en stockant un gaz acheté à un faible prix pour le revendre ensuite lorsque les cours sont plus élevés.

Réponse aux besoins du réseau de transport

Enfin, le stockage est un des moyens permettant à l’opérateur de transport de gaz d’équilibrer son réseau.