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Les conduites sous-marines

Deux types de canalisations se distinguent par leur fonction :

– les lignes de collecte installées sur le champ lui-même, dont les longueurs sont généralement assez faibles, avec des diamètres qui varient de 50 à 900 millimètres ;

– les lignes d'évacuation d'huile ou de gaz qui sont souvent de diamètre et de longueur importants. Il existe, en mer du Nord, des gazoducs d'un diamètre de 900 millimètres et de plus de 500 kilomètres de longueur.

Les pressions de service des conduites en mer dépendent de leur utilisation. Des lignes de chargement auront des pressions de quelques mégapascals. Par contre, les lignes connectées directement à la tête de puits – soit pour évacuer le produit, soit pour injecter dans le puits de l'eau ou du gaz – ont une pression qui peut atteindre plusieurs dizaines de mégapascals. Enfin, les canalisations d'évacuation ont des pressions de 10 à 15 mégapascals.

La constitution d'une canalisation sous-marine est spécifique. En effet, le tube – assemblé à l'avancement par soudure à bord d'une barge – est posé vide. C'est seulement lorsque la pose est terminée qu'il est rempli.

Il est donc nécessaire que le tube ait un poids fondrier suffisant, d'une part pour se poser au fond et, d'autre part, pour être stable en service, en résistant aux forces hydrodynamiques qui s'exercent sur le tube.

La canalisation est donc composée d'un tube d'acier revêtu d'une protection anticorrosive et d'un revêtement en béton faisant office de lestage et de protection mécanique contre les ancres et les chaluts de pêche.

La qualité de l'acier et son épaisseur sont choisies en fonction de la pression de service. Lorsque la profondeur est relativement importante (supérieure à 100 m), la pression hydrostatique extérieure peut être déterminante pour définir l'épaisseur.

Le revêtement en béton de densité élevée (de 2,4 à 3,2) est renforcé par une armature métallique. L'épaisseur de béton varie de 3 à 15 centimètres et dépend du diamètre, de l'épaisseur d'acier et du poids fondrier nécessaire.

À dimensions égales, une canalisation de gaz nécessite, pour sa stabilité, un lestage plus important et, par conséquent, un revêtement en béton de plus grande épaisseur. Pour une canalisation d'huile, le poids du liquide participe à la stabilité de la conduite en service. Par ailleurs, le lestage sera d'autant plus important que la profondeur est faible, là où les efforts de houle sont les plus importants.

Dans de nombreuses applications, il faut citer l'utilisation de canalisations flexibles constituées d'une structure composite, associant des matériaux plastiques et des armatures métalliques disposées en différentes couches garantissant l'étanchéité et la résistance aux pressions intérieure et extérieure. Le coût élevé de ce matériau est compensé par la facilité et la rapidité de pose, et par l'avantage technique considérable qu'offre la flexibilité pour effectuer les connections en mer ou pour la bonne adaptation aux mouvements des supports. Il est aussi possible de les récupérer pour les utiliser sur un autre site comme on pourrait le faire avec un câble. Enfin, leur revêtement intérieur les rend aptes à résister à l'action corrosive de certains effluents.

Ces tuyaux flexibles peuvent être utilisés sur un champ pétrolifère pour des liaisons courtes et de faible diamètre. Ils sont surtout très bien adaptés pour les grandes profondeurs et pour les liaisons dites « caténaires » entre le fond et un support flottant. L'évolution des installations de forage-production vers les grandes profondeurs va de pair avec l'installation de systèmes assez complexes de conduites sous-marines. Un exemple typique est celui du FPSO installé en 2001, par 1 350 mètres de profondeur, sur le champ de Girassol, au large de l'Angola, une capacité de production de 220 000 barils par jour. Des bouées de subsurface assurent la transition entre les conduites flexibles reliées au FPSO et la partie verticale des tubes conducteurs (risers) solidaires des têtes de puits sous-marines. Les études de détails de ce système dénommé UFL (riser, umbilical and flowline system), ont nécessité quelque 120 000 heures de travail.

Techniques de pose

La technique validée par une longue expérience est celle qui fait appel à un engin flottant, ou barge de pose, sur lequel est assemblée, tube après tube, la conduite qui est progressivement déposée sur le fond.

Une barge de pose de canalisation est une usine flottante d'assemblage de tubes fonctionnant sur le principe du travail en chaîne. Elle est équipée d'un banc de pose composé de plusieurs postes de travail (soudage, contrôle, rayons X, revêtement). Lorsque tous les postes ont terminé leur travail, la barge avance d'une longueur égale à celle d'un tube élémentaire (12 ou 24 m).

Cette conduite est maintenue par un dispositif de tension dont le but est de maintenir une traction longitudinale constante dans la conduite en cours de pose. Ainsi, quels que soient les mouvements de la barge, la flexion du tube est maintenue dans les limites acceptables.

Le banc de pose est prolongé par une rampe flottante, ou élinde, appelée également stinger, dont la fonction est de soutenir la canalisation sur une longueur de 50 à 80 mètres avant que celle-ci descende pour se poser sur le fond marin.

La barge est maintenue en place par un système d'ancrage composé de 8 à 12 lignes d'ancres grâce auxquelles la barge se maintient et se déplace à mesure de la pose. Des qualités de ce système d'ancrage dépendent en grande partie les performances de pose.

En début de banc de pose, les tubes de 12 ou 24 mètres sont acheminés par convoyeur ou par grue sur une machine qui aligne chaque élément de tube à la première station pour être soudé à la conduite. Concurremment à la soudure de première passe, celles de remplissage et de finition sont exécutées aux deux ou trois autres stations disposées le long du banc de pose.

La soudure est faite soit manuellement par baguette, soit par soudure semi-automatique sous dioxyde de carbone, soit encore par soudure automatique grâce à des machines sophistiquées dont les particularités sont la rapidité et la qualité de la soudure. La qualité est essentielle. En effet, une rupture causée par une mauvaise soudure peut avoir des conséquences catastrophiques. La cadence de 2 à 4 kilomètres par jour permet de réduire le coût élevé des travaux de pose en mer.

Au-delà de la dernière station de soudure, on trouve les stations de contrôle de la soudure par rayons X et de revêtement du joint. La canalisation quitte alors la barge et entre dans l'eau, supportée par le stinger. Celui-ci est une structure flottante articulée sur l'arrière de la coque.

Ce stinger est un élément critique du système de pose. Il doit pouvoir résister aux efforts dus aux mouvements créés par la houle.

Afin de diminuer les contraintes dans le tube en cours de pose sur le fond, on exerce une tension longitudinale dans la conduite. Cette tension, qui peut être de 150 tonnes, est exercée par une machine à double chenille enserrant le tube et motorisée. Elle est installée sur le banc de pose, après les stations de soudure.

De nombreux autres navires assistent l'opération de pose. Les ancres doivent être déplacées progressivement. Un ou deux puissants remorqueurs sont chargés de cette opération importante et parfois délicate par mauvais temps.

Le transport en tubes élémentaires s'effectue sur la plage arrière de bateaux ravitailleurs spécialisés qui viennent à couple de la barge pour y être déchargés.

Un bateau de surveillance est également présent pour garantir la précision de la pose de la canalisation sur le fond. Ses moyens électro-acoustiques, de type sonar, permettent également de détecter les obstacles sur le tracé de la conduite.

Enfin, certaines opérations nécessitent la présence de plongeurs, ou de robots chaque fois que cela est possible, opérant à partir d'un bateau support équipé d'une installation de plongée en saturation. Les opérations peuvent être simples comme la connexion d'un câble ou d'un flotteur. Elles peuvent aussi être beaucoup plus complexes et longues, nécessitant plusieurs équipes de plongeurs en saturation ; c'est le cas pour la connexion soudée d'une canalisation au pied d'une plate-forme.

Les engins de pose classiques sont des coques simples, parallélépipédiques, capables de poser dans des profondeurs de 150 mètres et dans des conditions de mer relativement modérées. Pour poser dans des conditions de mer plus sévères telles que celles qu'on rencontre en mer du Nord ou dans des profondeurs plus grandes, les coques doivent posséder des caractéristiques appropriées. C'est le cas de grosses coques aux formes étudiées ou de semi-submersibles. Un record en la matière est une canalisation de 500 millimètres de diamètre posée entre la Tunisie et la Sicile dans 600 mètres d'eau.

D'autres techniques ont été mises au point pour les grandes ou très grandes profondeurs (au delà de 1 500 m). La pose se fait alors par bateau équipé d'une rampe presque verticale par la méthode dite en « J ». Pendant toute l'opération, l'engin de pose reste rigoureusement en place grâce à un système de positionnement dynamique doté de propulseurs omnidirectionnels commandés automatiquement.

Travaux de maintenance

La pose de canalisations est associée à d'autres travaux tels que les connexions sous-marines, l'inspection et la réparation, qui relèvent de la même gamme de compétences.

Les connexions et les réparations s'effectuent le plus souvent par soudure, préférable à toute connexion mécanique lorsque cela est possible. La soudure se réalise dans une chambre entourant les deux extrémités à connecter, et maintenue en atmosphère sèche en équilibre avec la pression hydrostatique du fond. Les plongeurs y accèdent par l'intermédiaire d'un sas dans lequel ils sont transférés depuis les caissons hyperbares de surface à l'aide d'une tourelle, elle-même sous pression, de façon à les maintenir en saturation. Les procédures de soudage sont spécialement étudiées pour garantir la qualité de la soudure malgré la pression et la composition du gaz emplissant la chambre, tout en assurant que ce gaz de respiration ne soit pas pollué. De telles soudures ont été réalisées dans des profondeurs de plus de 300 mètres.

Pendant toute la durée de service de la canalisation, des inspections sont effectuées régulièrement ou occasionnellement. Elles ont plusieurs objectifs :

– de vérifier les effets de la corrosion interne et externe ;

– de surveiller que la conduite repose uniformément sur le sol sans affouillement ;

– d'inspecter toute déformation éventuelle causée par les forces du courant et de la houle, ou tout dommage au revêtement ou à l'acier lié au choc d'ancres et de chaluts. La détection d'une fuite est une tâche particulièrement délicate.

Le contrôle de l'état de la canalisation peut s'effectuer par l'intérieur, à l'aide d'outils qui sont équipés de capteurs et d'enregistreurs variés, et qui sont entraînés par l'écoulement du fluide. L'inspection se pratique aussi par des engins sous-marins, tractés ou naviguant le long de la canalisation et équipés de caméras et de sondeurs.

En cas de dommage nécessitant une réparation, une intervention par plongeurs ou par robots est nécessaire soit pour prévenir une détérioration, soit pour réparer le revêtement ou parfaire le calage du tube, soit, plus rarement, pour remplacer un tronçon par soudure.