La chaîne GNL

Qu'est ce que le GNL ?

Le GNL, pour Gaz Naturel Liquéfié, est du gaz naturel transformé à l’état liquide après avoir été refroidi à une température inférieure à -163°C. Cela lui permet d’occuper 600 fois moins de volume qu’avant refroidissement pour un même pouvoir calorifique. Le transport en est grandement facilité.

La mise en place d’une chaîne GNL nécessite des investissements dans plusieurs types d’installation :

  • L’exploration, pour détecter des gisements de gaz naturel (qui en général sont découverts lors d’opérations de recherche de pétrole) et l’extraction /production ;

  • Le stockage puis la liquéfaction, pour transformer le gaz naturel « gazeux » sous une forme liquide apte à être transporté par méthanier ;

  • La transport par bateaux spécifiques, les méthaniers ;

  • Le stockage puis la regazéification, pour remettre la gaz naturel sous une forme gazeuse prêt à être transporté par gazoduc pour être ensuite consommé par le client final, ou stocké dans des réservoirs souterrains.

Les différentes étapes d'une chaîne GNL

L'histoire du GNL

La liquéfaction du gaz naturel a été mise au point au 19ème siècle par le chimiste et physicien britannique Michael Faraday, qui a expérimenté la liquéfaction de plusieurs gaz, dont le gaz naturel.

La première usine de liquéfaction a été construite aux Etats-Unis en 1917. La première exploitation commerciale a vu le jour en 1941, toujours aux Etats-Unis. En Janvier 1959, un ancien cargo de la Seconde Guerre Mondiale est converti en méthanier, le Methane Pioneer, pour assurer le transport de GNL entre Lake Charles (Louisiane, USA) et Canvey Island (Grande-Bretagne). Le transport de GNL sur de longue distance devient alors une réalité.

Plusieurs pays s’intéressent alors à cette nouvelle technique d’approvisionnement, dont la France, qui dès 1964 se dote de son premier méthanier, le Jules Verne (26 000 m³), et qui met en service son premier terminal au Havre en 1965 (démantelé en 1989). Les terminaux de Fos-Tonkin (1972), de Montoir-de-Bretagne (1980), de Fos-Cavaou (2010) et de Dunkerque (2016) participent à la stratégie de diversification des approvisionnements nationaux et européens.

Part du GNL dans le total des importations de gaz naturel en France en 2018

(Source : BP Statistical Review 2019)

Dans le monde, il existe aujourd’hui environ 33 terminaux de liquéfaction répartis dans 21 pays et 135 terminaux de regazéification implantés dans 36 pays. Par ailleurs, on compte 28 usines de liquéfaction (certains dans 2 nouveaux pays) et 29 terminaux de regazéification en cours de construction (certains dans 6 nouveaux pays).

Le marché mondial de commerce de gaz naturel liquéfié a atteint un record historique avec 317 millions de tonnes échangées en 2018 soit une hausse de 28 millions de tonnes par rapport à 2017 (+8,8%). La dynamique actuelle du marché mondial s’explique par la substitution du charbon par le gaz naturel dans plusieurs pays comme la Chine et, aux États-Unis, par le faible coût de production du gaz de schiste et l’augmentation de la demande suite à des conditions climatiques et hivernales extrêmes. BP estime que le commerce mondial de GNL va doubler d’ici 2040 pour atteindre 900 milliards de mètres cubes.

Les différents éléments d’une chaîne GNL

Une chaîne d’approvisionnement GNL comporte 4 segments interdépendants : exploration/production, liquéfaction, transport et regazéification. Chacun de ces segments héberge des procédés industriels précis et met en jeu des règles et des acteurs spécifiques.

1. L’exploration – production

Au cœur de ce métier essentiel, des spécialistes analysent la structure du sol pour déceler les zones susceptibles de contenir des hydrocarbures. Ils réalisent des tests particuliers, tels que l’analyse sismique, pour confirmer leurs premières études. Les forages sont effectués lorsque la probabilité de découvrir du gaz (ou du pétrole) est importante. Si le forage est exploitable (après une série de tests, de mesures et de forages complémentaires), il peut entrer en production.

2. La liquéfaction

Le gaz naturel extrait du gisement est filtré et purifié afin d’éviter d’endommager les équipements lors du passage de l’état gazeux à l’état liquide, et pour être conforme aux spécifications des régions importatrices. Ainsi, le processus de liquéfaction a pour effet de produire un gaz naturel dont le taux de méthane est proche de 100%. Les usines de liquéfaction sont souvent constituées de plusieurs installations disposées en parallèle, appelées « trains » de liquéfaction. Le processus de liquéfaction permet de réduire le volume de gaz d’environ 600 fois ; autrement dit, 1 m3 de GNL à -163 °C comporte le même contenu énergétique que 600 m3 de gaz « gazeux » à la température ambiante et à la pression atmosphérique. La densité du GNL est égale à environ 45% de la densité de l’eau.

3. Le transport de GNL

Les méthaniers sont des navires à double coque spécialement conçus pour empêcher les fuites et les ruptures de coque en cas d’accident. Le GNL est stocké dans des cuves (généralement 4 à 5 par navire) à une température de -163 °C et à la pression atmosphérique. Il y a actuellement 3 types de méthaniers, qui correspondent aux différentes techniques de fabrication des cuves : les méthaniers à membrane, à sphères et les Prismatic IHI.  À la fin 2018, on comptait 525 méthaniers, avec 53 nouveaux navires par rapport à 2017 soit une hausse de 10%. Les navires à membranes constituaient 67% des méthaniers en circulation et 91% des méthaniers en cours de construction et dont la livraison est prévue d’ici à 2022. Cette technologie est la seule qui ait permis à ce jour la réalisation de navires de grandes dimension de type Q-flex (210 000 m3) et Q-max (260 000 m3). La capacité moyenne des méthaniers se stabilise entre 170 000 et 180 000 m3, ce qui coïncide avec la taille limite des navires pouvant emprunter l’extension du canal du Panama.

 

 

 

 

 

 

Intérieur d’une cuve équipant un méthanier à membrane

(Source : GTT)

4. Stockage et regazéification

Une fois réceptionné et déchargé des méthaniers, le GNL rejoint des réservoirs de stockage cryogéniques — d’une capacité généralement comprise entre 100 000 m3 et 160 000 m3 selon les sites — où il est maintenu à – 163°C avant regazéification. Cette opération consiste à réchauffer progressivement le gaz liquéfié pour l’amener à une température supérieure à 0°C. Elle s’effectue sous une pression élevée (60 à 100 bars), le plus souvent par l’intermédiaire d’une série d’échangeurs thermiques à ruissellement d’eau de mer, technique la plus efficace au plan énergétique lorsque la qualité de l’eau s’y prête. Une alternative réside dans l’apport de chaleur par combustion d’une partie du gaz. En sortie de terminal, le gaz subit des traitements destinés, le cas échéant, à adapter ses spécifications aux exigences de la réglementation et des utilisateurs finaux. Son pouvoir calorifique, par exemple, peut ainsi être ajusté par modification des teneurs en azote, en butane ou en propane ou par mélange avec d’autres gaz.

Les pays exportateurs et importateurs

Pays exportateurs et importateurs de GNL

(Sources : BP Statistical Review 2019)

On peut scinder le groupe des pays importateurs de GNL en 2 marchés : le marché du Bassin Atlantique et celui du Bassin Pacifique. Le Bassin Pacifique inclut les pays en bordure du Pacifique et de l’Asie du Sud (dont l’Inde). Le Bassin Atlantique comprend l’Europe, l’Afrique du Nord et de l’Ouest et la côte Atlantique du continent américain.

Le marché du Bassin Pacifique a émergé dans les années 1990, au moment où la demande de certains pays asiatiques augmentaient de manière importante (Japon et Corée du Sud principalement). Le GNL représentait alors une alternative au pétrole, l’objectif étant de sécuriser les approvisionnements même à un coût relativement élevé. Le marché du Bassin Atlantique a lui aussi émergé dans le courant des années 1990, à la fois pour des raisons de sécurisation des approvisionnements, mais aussi pour anticiper la baisse des réserves domestiques de certains pays.

On constate au fil du temps une diminution du nombre de pays exportateurs dans le monde. En 2015, on compte ainsi 17 pays exportateurs, contre 19 en 2014.

 

Les pays exportateurs de GNL en 2018

(Source : BP Statistical Review 2019)

 

Le nombre de pays importateurs augmente quant à lui au fil du temps. En 2015, on compte 34 pays importateurs de GNL. Bien qu’il tende à importer de moindres quantités de GNL au fil du temps, le Japon reste aujourd’hui encore le premier pays importateur, suivi par la Corée du Sud. Cela s’explique par le fait que ces pays, tout comme la plupart de ceux situés en Asie Pacifique, sont extrêmement dépendants du GNL pour couvrir leur demande intérieure de gaz.

Les pays importateurs de GNL en 2018

(Source : BP Statisticla Review 2019)