Les cavités salines pour le stockage du gaz naturel

La technique du stockage de gaz naturel en cavités dans le sel est assez récente, les premières réalisations datant du début de la décennie 1960-1970 (Michigan/USA et Saskatchewan/Canada).

Aujourd’hui on compte plus d’une centaine de cavités de stockage de gaz naturel réparties sur environ 25 sites dans le monde. Le nombre cavités par site est généralement plus faible (1 à 4) dans les pays où les compagnies exploitantes sont nombreuses (USA, Allemagne) que dans ceux où l’exploitation est régie par le monopole d’une ou deux compagnies.

Pour des raisons technico-économiques et grâce à une meilleure connaissance du comportement mécanique du sel, le volume creusé par cavité en moyenne est passé de 100 000 m3 environ dans la décennie 1960/1970 à environ 400 000 m3 dans la décennie1990/2000. En 1990, le premier stockage en cavités par sa capacité était celui de NUTTERMOOR (Allemagne) avec un stock total de 700 106 m3 (n) en 12 cavités.

A la même année, il était suivi par celui d’ETREZ (France) avec un stock total de 600 106 m3 (n) également en 12 cavités. Les capacités des sites de cavités sont en générale notablement inférieures à celles des stockages en milieux poreux (nappes aquifères, gisements déplétés) qui dépassent souvent les 109 m3 (n) de stock total.

En revanche, les performances en débit d’émission des stockages en cavités très importantes en font des ouvrages bien adaptés à la couverture des besoins d’extrême pointe. En fait, un petit stockage de 3 ou 4 cavités (stock total d’environ seulement 300 106 m3 (n)) peut émettre sur le réseau de transport un débit de plus de 10 106 m3 (n)) /jour. Ce rythme est équivalent voire supérieur à celui des stockages en milieux poreux de capacités 5 à 6 fois supérieures.

En conséquence, l’idéal est de pouvoir disposer de stockages en milieux poreux pour les capacités et de stockages dans le sel pour les performances de pointe. Dans la pratique, ce sont les possibilités géologiques qui font la décision. Par exemple, dans le Bassin de Paris où il existe des structures anticlinales contenant des nappes aquifères de bonnes caractéristiques et où les couches de sel (à l’Est de la zone) sont rares, peu épaisses et chargées en insolubles, les stockages sont réalisés en aquifères. Au contraire, en Allemagne du Nord où les dômes de sel sont étendus et nombreux, les stockages sont creusés dans le sel.

- Son abondance en épaisseur suffisante (quelques centaines de mètres) pour y creuser des cavités de grandes dimensions.
- Sa bonne solubilité dans l’eau ; cette propriété est mise à profit pour le creusement des cavités par dissolution à l’eau, technique plus facile à mettre en œuvre, nécessitant beaucoup moins de main d’œuvre et d’équipements lourds, et par là même, nettement moins onéreuse que les techniques de creusement minier.

- Sa porosité très petite (de l’ordre du %) et fermée (il ne s’agit pas de pores mais de lacunes entre cristaux) et sa perméabilité très faible (inférieure à 10-17 m2, soit 10-2 milliDarcy) lorsqu’il est confiné (sous étreinte isotrope correspondant à la pression géostatique due au poids de terrains sus-jacents, soit environ 0,023 MPa par mètre de profondeur). Ces deux propriétés (petite porosité et faible perméabilité), et les phénomènes capillaires qui leur sont liés garantissent l’étanchéité des cavités de stockage de fluides non mouillants tels que le gaz et les hydrocarbures.

- Sa bonne tenue mécanique, résistance à la compression en particulier. Néanmoins, les cavités se referment par écoulement du sel (ou fluage) et ce, d’autant plus vite qu’elles sont profondes (plus de 1000 mètres). Toutes choses égales par ailleurs, la vitesse de fluage du sel gemme varie dans un facteur de 1 à 20 selon la cristallisation du sel et selon sa teneur en impuretés (argiles, anhydrite, calcite, …). Ces dernières sont souvent appelées « insolubles » car elles sont très peu ou pas solubles dans l’eau. Les autres sels solubles, de potassium ou de magnésium, fluent en général beaucoup plus que le sel gemme, et il est donc déconseillé d’y creuser des cavités de stockage.

Dépenses spécifiques au creusement d’une cavité

Le creusement de chaque cavité nécessite les investissements fixes suivants :

- Une plate forme pour le puits ainsi que son accès.
- Une plate forme pour le puits ainsi que son accès.
- Les canalisations eau et saumure reliant la station centrale au puits.
- L’équipement sur plate forme relatif au contrôle du développement du toit.
- L’équipement sur plate forme relatif à l’essai d’étanchéité.

A ces frais fixes s’ajoutent des investissements sensiblement proportionnels au volume creusé :

- L’énergie de pompage (électricité en général).
- Manœuvres des tubes de lessivage.
- Des mesures de forme de la cavité.
- Les dépenses de personnel et d’entretien relatives au creusement sont comptabilisées en équipement pour un stockage et en fonctionnement pour une exploitation minière.

Dépenses d’équipement gaz

L’équipement gaz comprend une station centrale regroupant :
- La compression.
- Le traitement du gaz (filtrage, séchage).
- Le traitement du gaz (filtrage, séchage).
Par ailleurs il faut compter :
- Les collectes reliant les têtes de puits à la station centrale.
- Les complétions gaz de puits.
- Le stock minimal ou gaz coussin proportionnel au volume des cavités.

Indicateur économique d’investissement

L’indicateur économique d’investissement de stockage est le prix du mètre cube normal utile disponible crée actualisé. Il est égal au rapport de la somme des dépenses d’investissements actualisées, à celle des incréments de stock utile créés actualisés.
Pour un site donné, ce prix est d’autant plus faible que le nombre de cavités et le volume de chaque cavité sont importants, et que les cavités sont réalisées rapidement.