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LA DISTRIBUTION DE GAZ NATUREL INSA 2008/2009 Didier JOST.

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1 LA DISTRIBUTION DE GAZ NATUREL INSA 2008/2009 Didier JOST

2 1. GENERALITES Historique –grisou –gaz manufacturé de 1797 jusquau milieu 20ième siècle –gaz naturel à partir de 1956.

3 Le gaz naturel dans le monde –taux de croissance le plus élevé parmi les énergies fossiles –part de marché de 23.7% en –Réserves abondantes et diversifiées –les gisements connus sont de milliards de m3 soit 66 années de consommation au rythme actuel

4 Le gaz naturel en France –consommations annuelles

5 Le gaz naturel en France –répartition de la consommation par secteur 44% 37% 19%

6 Le gaz naturel en France –répartition des volumes fournis par pays en 2006

7 Le gaz naturel en France –il y a près de communes raccordées en France

8 Caractéristiques physique du gaz naturel –Selon sa provenance les caractéristiques physiques changent légèrement. Pour du gaz dorigine russe : il est composé à 98% de méthane ( CH4 ) la combustion du méthane CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + énergie l usage du gaz naturel contribue à la réduction de l effet de serre les émissions d oxydes d azote et de gaz carbonique sont, à énergie produite équivalente, les plus faibles des énergies fossiles.

9 Caractéristiques physique du gaz naturel –émission de CO2 en kg CO2/GJ lors de la combustion

10 Caractéristiques physique du gaz naturel PCS = 11.1 kWh/nm3 ( à 0°C et bars ) PCI = 10 kWh/nm3 ( à 0°C et bars ) Densité = 0.57 par rapport à lair. –Masse Molaire CH4 = 12+4 = 16 –Masse Molaire de l air = 0.8 N O2 = 0.8* *32 = 28.8 Ce point est important, le gaz naturel monte une fois quil séchappe à lair. A noter que lunité de vente dénergie en France est le kWh PCS pour le gaz naturel ( 1 kWh = 3.6 MJ )

11 2. LA CHAINE GAZIERE On appelle couramment « chaîne gazière » l ensemble des phases techniques qui vont depuis la prospection du gaz naturel jusqu à la distribution.

12 Les origines

13 –le gaz naturel est une énergie fossile: il provient de la décomposition, depuis des millénaires, dorganismes vivants microscopiques, le plancton, qui sont déposés au fond des océans, en bordure des continents. Les couches sans cesse renouvelées de ces organismes, mêlées à des particules rocheuses, ont fini par constituer une masse solide qui, peu à peu, laisse suinter du pétrole et du gaz naturel

14 La prospection

15 –La prospection consiste à repérer les structures souterraines susceptibles dêtre des pièges à hydrocarbures. Pour cela on entreprend une recherche sismique, par camion ou bateau qui émettent des ondes vers le sous sol. Lécho de ces ondes diffère selon la nature géologique du sol. On repère ainsi les structures géologiques favorables à la présence dun gisement de gaz naturel. Pour confirmer ensuite cette présence, on procède à un forage.

16 Le forage

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18 –Après analyse des terrains, on réalise un forage pour vérifier la présence dun gisement de gaz naturel. Toute campagne de prospection nest pas couronnée de succès. Seul un forage sur six est susceptible de fournir des hydrocarbures. –En mer, les derrick sont installés sur des plates- formes métalliques ou en béton. En béton, une plate-forme peut peser tonnes ( la tour Eiffel ne pèse que tonnes ). A partir dune tour de forage on attaque la roche en sous sol grâce à un trépan. On délimite les réserves du gisement en procédant à dautres forages.

19 Le forage

20 Le forage

21 Le forage

22 La production

23 –A la sortie du puit dextraction, le gaz brut est conduit, lorsque cest nécessaire, à une usine de traitement. –Lune des phases du traitement consiste à lodoriser : le gaz naturel est en effet naturellement inodore mais par adjonction dun produit chimique, on le rend odorant afin quil puisse être détecté en cas de fuite. –Une fois traité, il est envoyé dans le réseau.

24 La production

25 Le transport du gaz –par gazoduc pression du gaz comprise entre 60 et 100 bars. Diamètre de la conduite jusquà 1200 mm vitesse du gaz allant jusquà 30 km/h km de gazoducs en France conduite enterrée à 1 m de profondeur stations de compression tous les 100 km.

26 Le transport du gaz –par gazoduc

27 Le transport du gaz –par gazoduc

28 Le transport du gaz

29 –par méthanier liquéfaction du gaz naturel par abaissement de la température à -160°C diminution du volume de 600 fois cuves isolées thermiquement pour limiter l évaporation les vapeurs sont récupérées pour le fonctionnement des chaudières du navire

30 Le transport du gaz –par méthanier un méthanier transporte en un voyage la consommation annuelle dune ville de hab. 2 ports français sont équipés pour accueillir des méthaniers: Fos sur Mer et Montoir de Bretagne. plus de 20 % des échanges internationaux seffectuent sous cette forme dans le Monde.

31 –Le transport du gaz par méthanier

32 Le stockage

33 –assure la régulation saisonnière –assure les débits de pointe d hiver –en France il existe 15 stockages souterrains –le stock utile de 120 TWh assure la consommation française pendant plus de 3 mois –pendant les périodes de faible consommation les quantités excédentaires sont mises en réserve.

34 Le stockage

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36 –le stockage en nappe aquifère consiste à réaliser à plusieurs centaines de mètres de profondeur un gisement artificiel dans des couches poreuses et imprégnées deau. Le gaz naturel piégé dans une structure anticlinale prend la place de leau quil chasse. de 100 à plus de 500 M selon le volume développé.

37 Le stockage –le stockage en nappe aquifère 1Réservoir 2Couverture 3Aquifère supérieur 4Station centrale 5Puits dexploitation 6Puits de contrôle de laquifère supérieur 7Puits de contrôle 8Gaz naturel Volume utile important Faible débit de pointe Mouvements de gaz limités par la structure géologique

38 Le stockage –Le stockage en cavité saline consiste à créer des cavités par circulation deau dans un gisement de sel. entre 150 et 300 M pour 5 à 8 cavités

39 Le stockage –le stockage en cavité saline 1 Couche de sel 2 Cavité 3 Station centrale Volume utile faible Fort débit de pointe Gestion des mouvements de gaz plus souple

40 Le stockage Aquifères Cavités salines Izaute Lussagnet

41 Le poste de détente transport –abaisse la pression de gaz de 60 bar à 16 bars voir 4 bars. –la limite du réseau de transport se situe à la sortie du poste de détente transport.

42 3. LA DISTRIBUTION GAZIERE Après avoir transité par le réseau de transport à une pression denviron 60 bars, séjourné éventuellement dans un stockage souterrain, le gaz arrive par le biais dun poste de livraison transport au réseau de distribution.

43 Les différents types de réseaux –les réseaux primaires ou réseaux de répartitions un rôle dalimentation générale et, de ce fait, assurent des transits importants –les réseaux secondaires une double fonction de transit de gaz et de distribution avec la desserte locale des clients sont alimentés par un ou plusieurs postes sources ces réseaux sont majoritairement maillés.

44 Les différents types de réseaux –les réseaux tertiaires ont uniquement une fonction de distribution assurent exclusivement la desserte locale des clients ces réseaux sont majoritairement en antenne.

45 Les plages de pression –les plages de pression par type de réseaux

46 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en acier peuvent être exploitées à toutes les pressions de la distribution et du transport, néanmoins ce matériau est prioritairement celui des réseaux HP et MPc du fait dun coût élevé au mètre linéaire ( 75 à plus de 150 /ml ). les assemblages des barres de 6 ou 12 m se font par soudure à larc pour les diamètres supérieurs à 60 mm et soudures oxygène acétylène pour les diamètres plus petits. la durée de vie estimée pour une conduite en acier protégée cathodiquement est de 50 ans.

47 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en acier toujours protégées par un revêtement à base de brai de houille, de bande adhésive ou de polyéthylène et sont soumises à une protection cathodique pour lutter contre la corrosion.

48 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en acier

49 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en acier

50 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en acier

51 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en acier

52 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en fonte plus mis en œuvre que sur des conduites à fort diamètre ( 200 mm et plus ) et ceci exclusivement sur des réseaux BP et MPa. la fonte datant davant 1967 est une fonte dite grise qui présente le risque dêtre un matériel cassant.

53 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en polyéthylène Il sagit du matériau le plus utilisé dans la distribution du gaz sur les 30 dernières années. Ce matériau est prioritairement celui des réseaux MPb et BP. La pression maximale de service est de 4 bars Un coût de pose de 50 à 75 /ml Ces conduites sont livrées soit par couronnes pour les petits diamètres, soit sur des tourets pour les diamètres les plus importants ( plus de ml dun seul tenant ). Les jonctions sont faites par raccord électrosoudable

54 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en polyéthylène Les essais de vieillissement réalisés sur ce matériau sont sans effet, de ce fait il ny a pas de durée de vie indiquée actuellement pour ces conduites. Les seules restrictions connues sont la chaleur ( proximité dun réseau de chaleur ) et les UV ( ne pas laisser de morceau apparent hors sol ). Ainsi les pièces de raccordement ( type manchon ou prise de branchement ) ne peuvent être utilisées au delà de 4 années après la date de fabrication ( du fait de la sensibilité au UV ).

55 Les conduites du réseau de distribution –les conduites en polyéthylène

56 Les conduites du réseau de distribution les conduites en polyéthylène

57 Les conduites du réseau de distribution les conduites en polyéthylène

58 Les postes de détente distribution

59 –pour fonction de détendre un gaz dune pression amont variable à une pression aval réglée à une valeur de consigne, par exemple de 16 à 4 bars. –lemplacement est: à lair libre, en local ou en enceinte au dessous du niveau du sol.

60 Les branchements

61 –La jonction du branchement avec la conduite est assurée par un Té appelé « prise de branchement ». Cette prise de branchement permet la réalisation de branchements sur une conduite en fonctionnement sans échappement de gaz ( technique dite en charge ). –La tuyauterie de branchement est en acier revêtu ou en polyéthylène. –La prise de branchement est équipée dun obturateur automatique qui coupe l alimentation en gaz naturel en cas de débit anormalement important ( conduite arrachée).

62 Les branchements –Chaque branchement comporte en outre un organe de coupure général placé habituellement dans un coffret hors sol à lextérieur des bâtiments à desservir. –Majoritairement les compteurs de gaz se situent dans les coffrets. –En cas de réseau MPb il y a lieu d équiper le branchement d un détendeur de pression placé dans un coffret hors sol. –Les branchements sont réalisés généralement de façon perpendiculaire à la conduite de distribution.

63 Les branchements

64 4. LA REALISATION DES TRAVAUX Les travaux de pose de canalisations sont réalisés dans le cadre de chantiers quil convient de préparer par : –la visite des lieux –les sondages –les opérations administratives ( DR, DICT et permissions de voirie ) –linstallation de la zone de travail

65 Lentreprise matérialise par marquage sur le sol : –le tracé du nouvel ouvrage aussi rectiligne que possible –les canalisations et branchements situés à proximité immédiate ou transversaux Largeur et profondeur des tranchées –Les fouilles sont descendues verticalement jusquà la profondeur choisie –La largeur doit être au minimum admissible pour permettre la descente en fouille des canalisations sans risque de détérioration.

66 Largeur et profondeur des tranchées –En moyenne pour des canalisations de diamètre inférieur ou égal à 100mm la largeur de fouille ne doit pas excéder 50 cm. –La charge minimale: 0.80 m au dessus de la canalisation Sur profondeur pour les canalisations HP et certaines canalisations MPc. –Les fouilles dont la largeur est inférieure au 2/3 de la profondeur et dont la profondeur est supérieure à 1.30 m doivent être étayées ou blindées.

67 Largeur et profondeur des tranchées

68 Les moyens de terrassement –pelle mécanique c est la technique traditionnelle –la trancheuse Cette machine permet de réaliser des tranchées de faible largeur ( parfois moins de 20 cm ) grâce à une chaîne équipée de dents en tungstène. Le rythme journalier peut atteindre 1000 m. –fonçage horizontal La technique du fonçage horizontal permet de ne pas ouvrir de tranchée sauf aux 2 extrémités. Pour réaliser ces fonçages, il existe deux techniques : la fusée pneumatique et les pousse tubes hydrauliques.

69 Les moyens de terrassement –le terrassement par aspiration A laide dun camion aspirateur les déblais sont aspirés à laide dun flexible ( technique comparable aux camions des égoutiers ).

70 Manutention des tubes et descente en fouille –Prendre toutes les dispositions nécessaires pour éviter la détérioration des tubes ou du revêtement. –Raccordement en tronçon aussi long que possible avant descente en fouille. –La position de la canalisation en fond de fouille doit permettre toutes opérations ultérieures de maintenance.

71 Manutention des tubes et descente en fouille –Une distance minimale de 20 cm doit être maintenue avec les autres réseaux. –Dans le cas particulier de réseaux en Pe et de réseaux de chaleur linter distance devra être fortement augmentée.

72 Manutention des tubes et descente en fouille

73 Remblayage des tranchées. –Le remblai est réparti en plusieurs couches successives. –Un premier remblai en sable jusquà 0.30 m au- dessus de la génératrice supérieure de la conduite. –Après compactage, pose dun grillage avertisseur. –Le remblai ( Gravier TV ou GRH ): par couches de 0.20 m soigneusement compacté.

74 Remblayage des tranchées. –La pose de conduite Pe se fait également sous fourreau TPC ce qui évite le lit de sable. – La mise en œuvre de fourreau permet la fermeture des fouilles quasiment au fil de leau. Le Pe est glissé dans le fourreau après le remblaiement complet de la fouille ( sauf aux 2 extrémités ).

75 Remblayage des tranchées.

76 Relevé de plans. –Il est indispensable détablir et de maintenir à jour des plans comportant notamment les indications suivantes : position des canalisations et organes annexes, repérée en plan et en profil, type de matériaux utilisés paramètres de soudage Pe

77 Essais –Il y a un premier essai de résistance mécanique à 1.5 fois la pression de service maximale ( avec un minimum de 6 bars ) sur 2 heures. permet de vérifier quaucune soudure na été oubliée que la conduite na pas été percée au moment de la mise en fouille. –Puis il y un essai dit détanchéité à 1 bars pendant 48 heures. –La mise en gaz de louvrage ne se fait quaprès des résultats positifs sur ces 2 essais.

78 Réfection des surfaces de chaussées. –Les réfections sont effectuées selon les indications fournies par le gestionnaire de voirie. En voirie communale généralement 4 cm denrobés sous trottoir et 7 cm denrobés sous chaussée.

79 5. LE DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES A partir des équations de la mécanique des fluides, on aboutit à une formule dite de Renouard simplifiée qui établie la perte de charge entre 2 points.

80 Les pertes de charge dans les conduites circulaires entre 2 points a et b. Pa² – Pb² = 48.6 * do * L * Q 1.82 /D Avec Pa et Pb en bars absolu do = 0.62 L exprimé en m Q exprimé en nm3/h D exprimé en mm.

81 Exemple 1 –Un séchoir à maïs nécessite un débit 150 nm3/h. –La conduite qui alimentera le séchoir est un Pe cal 50 ( dia extérieur 63 mm, dia intérieur 50mm ) dune longueur de 350 m. –la pression au début du réseau= 4 bars relatif Calculer la pression disponible au séchoir à maïs

82 Exemple 1 –Un séchoir à maïs nécessite un débit 150 nm3/h. –La conduite qui alimentera le séchoir est un Pe cal 50 ( dia extérieur 63 mm, dia intérieur 50mm ) dune longueur de 350 m. –la pression au début du réseau= 4 bars relatif Réponse :Pb = 3.94 bars relatif

83 Exemple 2 –Un séchoir à maïs nécessite un débit 1000 nm3/h. –La pression minimale nécessaire aux brûleurs du séchoir est de 1 bars relatif –La distance au réseau MPb ( 4 bars relatif ) le plus proche est de 800 m. Calculer le diamètre de la conduite à poser.

84 Exemple 2 –Un séchoir à maïs nécessite un débit 1000 nm3/h. –La pression minimale nécessaire aux brûleurs du séchoir est de 1 bars relatif –La distance au réseau MPb ( 4 bars relatif ) le plus proche est de 800 m. Réponse :D = 59 mm

85 6. LES TEXTES REGLEMENTAIRES La chaîne gazière est soumise soit à des textes réglementaires ( en évolution grâce à l action de l union européenne ) soit, par défaut de texte, à des règles de l art.

86 Les textes réglementaires -arrêté du 11 mai 1970 portant règlement de sécurité des ouvrages de transport ( pour les conduites dont Pression ( en bars ) * D ( en mm ) > 1500 ). -arrêté du 13 juillet 2000 portant règlement de sécurité de la distribution de gaz combustible par canalisations ( pour toute les conduites dont Pression ( en bars ) * D ( en mm ) < 1500 ).

87 Les textes réglementaires -arrêté du 11 août 1977 et DTU pour les règles de sécurité relatives à lutilisation des gaz combustibles dans les habitations ( à laval de la limite des réseaux de distribution à savoir après lorgane général de coupure de branchement).

88 7. LE CONTRAT DE CONCESSION Le service public de la distribution du gaz sexerce sous le régime de la concession qui consiste, pour une commune - dite autorité concédante - à confier à une entreprise publique ou privée – dite concessionnaire- la mission dassurer à ses frais, risques et périls la gestion de cette distribution. Un contrat de concession est conclu à cet effet entre la commune et le distributeur.

89 Ce contrat de concession est établi sur le modèle dun texte type approuvé par décret. Une concession doit être signée sur le territoire de toutes communes concernées par la distribution du gaz. Ce contrat comporte une convention et des annexes qui précisent les droits et obligations des partis en présence ( autorité concédante, concessionnaire, usagers ).

90 Exemple de droits et obligations : –La durée des contrats de concession est de 30 ou 40 ans. –A la fin de la concession l autorité concédante peut acheter au concessionnaire ses ouvrages à la valeur destimation à dire dexperts ( le cas ne sest jamais rencontré en France ). –Le concessionnaire sengage à fournir un gaz dont le PCS est compris entre 10.7 et 12.8 kWh/nm3( à 0°C et bars ). –Le concessionnaire réalise à ses frais les extensions de réseaux dans les différentes voiries de la commune.

91 Exemple de droits et obligations : –Un des points essentiel des contrats de concession est de fixé la limite de responsabilité du distributeur. A travers le temps les limites de concessions ont évolué, on trouve généralement les points frontières suivants : le nu intérieur du mur de limmeuble ( en voie de disparition ) le compteur à gaz lorgane général de coupure

92 8. MARCHE EUROPEEN DU GAZ Le marché européen du gaz a comme principe fondateur le droit pour chaque client de choisir librement son fournisseur.

93 Louverture du marché de lénergie impose de dissocier les activités dacheminement et de fourniture dénergie. Ces activités, précédemment totalement intégrées, sont depuis le 1er juillet 2004 du ressort respectivement dun gestionnaire de réseau et dun fournisseur.

94 Le gestionnaire de réseau exploite, entretien et développe les réseaux et branchements de gaz. Cette ouverture du marché ne conduit pas à la pose en parallèle de nouveaux réseaux de gaz mais permet laccès du gaz dun tiers au réseaux. Le gestionnaire de réseau aura obligation de faire transiter à travers ses conduites des quantités de gaz nécessaires à un tiers moyennant paiement.

95 Lactivité du gestionnaire de réseau étant monopolistique, sa rémunération est fixée par décret sur avis de la Commission de Régulation de lEnergie. Le barème couvre les charges dexploitation et rémunère les actifs immobilisés.

96 Le fournisseur est le vendeur de la molécule de méthane. Depuis le 1er juillet 2007, lensemble des clients (industrie tertiaire et domestique) peuvent librement choisir leur fournisseur dénergie Il existe 2 marchés : -un marché concurrentiel -un marché réglementé


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