OFFSHORE Installations offshore

Production par têtes de puits sous-marines

Dès la fin des années 1960, des études et des essais ont été entrepris pour tenter de garder au fond de l'eau la tête de puits avec ses vannes de contrôle. Les puits sont alors reliés, par des canalisations souples et des ombilicaux de commande, aux équipements de traitement placés sur la plate-forme de production. Ces têtes de puits sont beaucoup plus complexes que celles qui sont hors de l'eau et supportées par une plate-forme fixe ou flottante ; et leur entretien, plus coûteux, nécessite des moyens d'intervention sous-marine appropriés. Par contre, les économies sur le coût de la plate-forme sont importantes, car il n'est plus nécessaire de relier celles-ci avec le fond par des conduites verticales rigides.

Cette technique de têtes de puits sous-marines est la solution de base pour les grandes ou très grandes profondeurs – de 1 000 à 2 000 mètres – où existent de nombreuses réserves prouvées. Elle est aussi intéressante, dans des profondeurs d'eau moyennes, pour des champs marginaux ne nécessitant que quelques puits reliés à une plate-forme existante sur le champ principal distant de quelques kilomètres.

Cette technique s'est développée dans le courant des années 1980, où plus de 500 têtes de puits sous-marines ont été installées, notamment en mer du Nord et au Brésil. Elle n'a cessé de se propager par la suite. Par exemple, au large des côtes du Brésil, où la pente du plateau continental est très raide, ce concept a permis de mettre en production de nouveaux champs en mer très profonde, en les raccordant à des champs déjà exploités en amont.

Cette méthode bien maîtrisée est maintenant en concurrence avec une technologie plus élaborée, dite de « séparation sous-marine », qui consiste à regrouper autour des têtes de puits sous-marines les appareils tels que le séparateur et les pompes qui sont nécessaires pour transformer le pétrole brut en produits possibles à évacuer habituellement placés sur la plate-forme de forage-production. Cette solution a été retenue, par exemple, dans le golfe du Nigeria, pour le futur champ de Pazflor (1 200 m de profondeur), avec un objectif de production en 2012. Elle est couplée avec une FPSO existante située à quelque 30 kilomètres.

Le développement de ces conceptions du « tout au fond » bénéficie de progrès dans la maîtrise des techniques de transport sur une grande distance pour l'écoulement polyphasique des produits sortant directement du puits.

Pour les champs importants, les puits peuvent être déviés et regroupés dans une structure sous-marine comprenant tout un réseau de collectes et de vannes, réseau appelé « manifold ». Celui-ci est alors raccordé par conduites et ombilic au centre de production principal. Les conduites sont raccordés entre le fond et la surface par des liaisons flexibles s'adaptant aux mouvements du support flottant.

De nombreuses solutions ont été mises au point, permettant la télécommande de vannes et d'autres équipements sous-marins. La conception modulaire de ces équipements permet d'en assurer l'entretien et la réparation en remplaçant les modules défectueux, de préférence sans l'intervention de plongeurs.

Ces différentes options restent toutefois onéreuses. Par exemple, on considère que les coûts d'un puits sous-marin et de l'ensemble de ses liaisons peuvent s'élever à plus de dix fois le prix du même, monté sur une plate-forme fixe. Et, à raison de 10 à 35 millions de dollars par puits sous-marin, le coût de 40 puits devient prohibitif si le champ est peu productif.

Exploitation en zones arctiques

L'exploitation offshore en zone arctique est rendue difficile par la présence de glace sous forme de plaques ou d'icebergs dérivants.

Le forage d'exploration s'exécute soit avec des engins classiques, mais travaillant pendant une période courte d'eau libre, soit avec des engins spécifiques capables de résister aux glaces dérivantes (telles que celles qu'on rencontre en mer de Beaufort, au nord de l'Alaska ou en mer de Barents), soit encore avec des équipements susceptibles de suspendre le forage rapidement en cas de risque de collision avec un iceberg (comme au large du Labrador et de Terre-Neuve).

Il y a encore assez peu de champs exploités dans des zones où la mer est gelée en hiver (par exemple, Cook Inlet en Alaska, mer Baltique, mer de Bohai en Chine). Les glaces y sont peu épaisses et annuelles. Quelques plates-formes classiques en acier, fondées sur des piles par faible profondeur, y ont été installées sans grande difficulté. Leur structure est renforcée et conçue pour protéger les tubes conducteurs des puits de la pression de la glace.

En mer de Beaufort, au nord du Canada, de nombreux forages d'exploration ont permis de découvrir d'importantes réserves. Le pack peut atteindre une épaisseur de plus de 2 mètres, associé à des « crêtes de pression » de plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur. La mer y est libre quelques semaines par an seulement.

Dans les très faibles profondeurs, des îles artificielles ont été construites en matériaux dragués pendant l'été. Elles sont conçues pour une durée de vie ne dépassant guère un ou deux ans. Pour les profondeurs plus importantes, on fait appel soit à des bateaux travaillant seulement en eau libre, soit à des plates-formes gravitaires formées de caissons ballastables avec du sable qui peuvent être déplacés après déballastage.

De nombreux dessins de plates-formes ont été proposés pour répondre aux besoins futurs : la plupart de ceux-ci représentent des structures gravitaires très massives, en acier ou en béton, dont la forme cylindrique et tronconique favorise la rupture de la couche de glace, et dont la fondation permet de résister à leur poussée. Des réserves importantes ont été découvertes qui pourraient être exploitées lorsque les conditions économiques s'y prêteront.

Un problème particulier s'est posé au large de Terre-Neuve, où dérivent des icebergs de plusieurs millions de tonnes. Deux solutions ont été étudiées pour exploiter dans ces conditions : soit une plate-forme gravitaire très massive et capable de résister au choc d'iceberg, soit des têtes de puits sous-marines placées au fond d'un large trou qui les protège des icebergs raclant le fond. Dans ce dernier cas, les puits sont alors associés à une plate-forme flottante de type semi-submersible, maintenue en place par un système de lignes d'ancres capable de résister à de petits icebergs, qu'il est possible de déconnecter et de déplacer pour laisser passer un très gros iceberg. Dans le cas d'Hibernia, c'est la première solution qui a été retenue.

Les glaces pouvant s'échouer et racler les fonds meubles, la protection des pipelines pose un problème difficile, surtout à proximité de la côte. On envisage donc de les ensouiller à 6 ou 8 mètres de profondeur. De plus, le fond peut présenter des zones de terrain gorgé d'eau et gelé en permanence, appelé « permafrost ». Il faut alors tenir compte de l'éventualité du dégel de ce sol, provoqué par la chaleur du produit transporté et entraînant une perte de portance et une flexion dangereuse pour la conduite. Quant aux plates-formes émergentes (en acier ou en béton) susceptibles d'être prises par les glaces (comme en mer de Barents), les principaux problèmes à résoudre se rapportent à la pression exercée sur la structure par une couche de glace plus ou moins épaisse.

Enfin, travailler en Arctique nécessite une logistique considérable pour le transport du matériel et la vie des hommes, ce qui rend tous travaux extrêmement coûteux.

L'offshore dans toute sa diversité

Quel que soit le secteur considéré, on passe insensiblement du domaine côtier à l'offshore.

On peut tout d'abord souligner l'évolution des ouvrages côtiers qui dépassent les travaux portuaires traditionnels, s'éloignent de la côte et atteignent des profondeurs d'eau importantes. La construction de docks flottants et de ports en eau profonde, des réalisations comme le terminal d'Antifer, près du Havre, ou la barrière de protection du littoral hollandais à l'embouchure de l'Escaut peuvent, d'une certaine manière, être assimilés à des travaux offshore, et marquent des progrès considérables dans les techniques de génie civil. Certains émissaires de rejets urbains sont de grands ouvrages en mer, tel celui de Nice, qui mesure 2 mètres de diamètre et se prolonge jusqu'à 150 mètres de profondeur. Tout laisse à penser que des infrastructures de ce type sont appelées à croître en taille et en nombre.

Par analogie avec les techniques de pose des canalisations sous-marines d'hydrocarbures, il faut signaler les opérations d'installation, d'ensouillage et d'entretien de câbles de télécommunications et de lignes électriques intercontinentales. Ces opérations sont menées à partir de navires hautement spécialisés et l'atterrage de ces liaisons s'apparente à celui des conduites pétrolières.

Pour les ressources minérales, il n'y a aucune difficulté à prolonger en mer l'exploitation de sables et graviers ou de produits miniers au fur et à mesure qu'ils risquent de manquer à terre. Dans le même ordre d'idées, on peut même imaginer l'exploitation des nodules polymétalliques qui reposent par plus de 4 000 mètres de profondeur, principalement dans l'océan Pacifique. Les études d'avant-projet, qui ont été menées depuis les années 1960, permettent d'envisager des systèmes à l'échelle industrielle comprenant schématiquement : des engins de ramassage sur le fond, des conduites de remontée hydraulique, des supports de production flottants et des navettes d'évacuation des produits par bateau. Toutefois, le cours actuel des matières premières (minerais de manganèse et autres métaux) est encore loin de justifier de tels investissements.

Cependant, en dehors de la pêche et de l'aquaculture, c'est surtout dans le domaine de l'énergie que l'océan ouvre de nouvelles perspectives.

– L'énergie des marées est connue depuis longtemps, avec l'exemple de l'usine marémotrice de la Rance (Ille-et-Vilaine). Cet ouvrage est une validation à échelle réduite de ce que pourrait être le vaste projet imaginé, dès les années 1960, par Albert Caquot (1881-1976) et qui consisterait à relier les îles Chausey et le continent par deux grands barrages orientés Nord-Sud et Est-Ouest.

– L'utilisation de l'énergie des vagues connaît en revanche des débuts prometteurs, avec la conception d'appareils originaux opérationnels au large de la côte ouest de l'Écosse, qui est caractérisée par la présence de grosses vagues déferlantes. Mais on voit mal comment transposer cette technique à la houle régulière en haute mer.

– La filière de l'énergie thermique des mers (ETM), conçue par Georges Claude (1870-1960), consiste, quant à elle, à utiliser comme source d'énergie la différence de température entre les eaux de surface et les eaux profondes (qui peuvent atteindre jusqu'à — 4 ⁰C). Elle a fait l'objet d'études de faisabilité (Brésil, Tahiti) orientées vers la construction à proximité d'une mer chaude d'une usine à terre associée avec la pose d'une conduite d'amenée d'eau froide des grands fonds, analogue à un émissaire géant. La technologie de l'offshore pétrolier permettrait aujourd'hui de concevoir une usine flottante montée sur une plate-forme en haute mer, solidaire d'un tuyau vertical de grand diamètre suspendu au-dessous d'elle. Mais à supposer que le coût de production des autres formes d'énergie atteigne un niveau aussi élevé, le principal facteur limitant pour de tels projets reste la difficulté majeure du stockage et du transport de l'énergie ainsi produite.

– C'est surtout aux éoliennes, source d'énergie renouvelable par excellence, que l'on peut penser pour l'avenir à moyen terme. Il n'y aurait pas de difficultés majeures pour en installer sur des plates-formes pétrolières désaffectées ou sur de nouvelles structures dans des zones très éventées comme la mer du Nord. Mais le développement de cette filière suppose des conditions de proximité entre le site de production d'énergie et une zone urbaine ou industrielle forte consommatrice. Ainsi, les Britanniques se sont-ils lancés dans un programme ambitieux visant à assurer, d'ici à 2010, par cette filière, environ 10 p. 100 de la production énergétique du Royaume-Uni. Afin de rentabiliser le vent dont bénéficie le littoral des îles britanniques, le projet prévoit 3 000 turbines, réparties sur différents sites en un chapelet d'alignements d'éoliennes appelés windfarms et situés à une distance de 10 à 100 kilomètres des côtes.

Les réussites du secteur pétrolier et parapétrolier ont été rendues possibles par un effort important d'études et de recherches, principalement dans le domaine du génie civil. Y ont pris part, notamment en Europe, aussi bien les compagnies pétrolières que les bureaux d'études, les constructeurs, les sociétés de services et les organismes de recherche spécialisés. L'expérience ainsi acquise ouvre la porte à la conception de toutes sortes d'ouvrages en mer : usines flottantes, aérodromes, îles artificielles, etc., même dans des zones d'accès très difficile.