Le stockage du gaz naturel

Le gaz naturel peut être stocké sur des périodes de temps très importante. 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, qui sont ensuite déstockés sur les mois d’hiver.

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

Les différentes techniques pour stocker le gaz naturel

Le gaz naturel peut être stocké :

  •    En aérien, sous sa forme liquide dans des réservoirs GNL situés sur les sites des terminaux méthaniers, ou gazeuse, dans des réservoirs généralement sphériques ;
  •     Dans le sous-sol, sous forme gazeuse par injection 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. Ces formations sont coiffées d’une couverture étanche de roche imperméable ayant une forme empêchant tout échappement vertical du gaz. Les injections et les soutirages de ce type d’installation sont réalisées par « campagne », c’est à dire selon de longues périodes au cours desquels les inversions de sens sont rares (injection l’été, soutirage l’hiver) et  les débits 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 son utilisation en temps que 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 :

  • Avantages : Permet le développement de stockage de gaz dans des endroits où les réservoirs d’hydrocarbures ne sont pas facilement accessibles ou adaptés au stockage de gaz naturel
  • Inconvénients : Maintenir l’intégrité de l’interface gaz / eau impose des limites à la souplesse de fonctionnement. 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 pour partie de cristaux de chlorure de sodium (sel gemme) dont les 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 utilisés principalement 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, avec des cavernes de sel ne nécessitant que 33% environ du volume totale de gaz pour être utilisé comme gaz coussin.

Les volumes des stockages en cavité saline sont généralement plus faibles que ceux des réservoirs épuisés et en nappe aquifère, et sont par ailleurs exploités à des pression plus élevées. De fait, les stockages en cavité saline assurent essentiellement une fonction de couverture de « pointe », grâce à des débits de soutirage très élevés. Le stock est également reconstitué beaucoup plus rapidement.

Avantages et inconvénients du stockage en cavité saline :

  • Avantages : Débits d’injection et de soutirage élevés.
  • Inconvénients : 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, qui sont 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 aux stockages en nappes aquifères. Il existe en France une installation exploitant cette technique (site de Trois Fontaines), actuellement en cours de développement.

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

Avantages et inconvénients du stockage en gisement épuisé :

    Avantages : 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, de part la connaissance de l’historique du réservoir.
    Inconvénients : les caractéristiques du réservoir (par exemple faible porosité et faible perméabilité) peuvent limiter les performances.

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 (à titre d’exemple, en hiver, la demande de gaz en France est 5 fois plus importante qu’en été) se heurte à un approvisionnement généralement 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 période courtes de l’ordre de quelques jours, ou cours d’une même journée.

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

Journée : la demande de gaz n’est pas non plus 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 lorsque ce dernier est plus élevé.

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.