Gaz Naturel Liquéfié (GNL) : procédés, transport et avantages
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Le sigle GNL désigne le Gaz Naturel Liquéfié, soit le nom donné à la forme liquide du gaz naturel, obtenue en abaissant sa température à -162°C. Ce liquide, transparent, inodore, de couleur claire, est non corrosif et non toxique. Sa liquéfaction permet d'être transporté par voie maritime, avant d'être regazéifié pour être consommé.
La liquéfaction : de l'extraction au passage à l'état liquide
Le gaz naturel extrait des gisements est transporté par gazoduc jusqu’à l’usine de liquéfaction située sur un terminal portuaire.
Dans un premier temps, il est traité pour éliminer ses impuretés, telles que l’oxygène, le dioxyde de carbone et les éléments sulfurés, afin de ne conserver qu’un méthane pur. A cette fin, il est envoyé dans un slug catcher, équipement composé de lignes parallèles permettant la séparation du gaz et des liquides. Les condensats extraits sont stabilisés, stockés et commercialisés séparément. La section de fractionnement permet notamment de séparer des quantités de propane et de butane qu'il contient encore.
Ensuite, le gaz est refroidi à une température de -162°C, à pression atmosphérique, en utilisant des cycles frigorifiques complexes fonctionnant sur le principe des réfrigérateurs. Ce processus condense le gaz sous forme liquide, réduisant son volume d’environ 600 à 650 fois, ce qui facilite grandement son transport et son stockage sur de longues distances.
Le gaz naturel liquéfié (GNL) est ensuite stocké dans des réservoirs cryogéniques cylindriques proches de l’usine de liquéfaction, qui constituent des infrastructures emblématiques des terminaux méthaniers. Ces installations comprennent des unités de liquéfaction intégrant des compresseurs, des échangeurs et des systèmes de chargement. Une fois liquéfié, le GNL est chargé dans des méthaniers spécialement équipés pour maintenir sa température cryogénique durant son transport vers les terminaux GNL des pays importateurs, où il subira un processus de regazéification pour être injecté dans les réseaux de distribution.
Le gaz naturel liquéfié ainsi obtenu est stocké à proximité de l'usine de liquéfaction dans des réservoirs cylindriques qui rendent ces installations facilement reconnaissables. Le gaz naturel liquéfié est ensuite chargé dans des méthaniers, qui le transporteront vers le terminal GNL du pays destinataire pour regazéification.
La liquéfaction est un processus complexe et coûteux. On estime qu'une usine de liquéfaction consomme entre 8 et 10% du gaz qu'elle reçoit pour son propre fonctionnement. Par ailleurs, on estime les coûts d'exploitation de ces centrales à près de 60% du cycle du gaz naturel liquéfié (GNL), contre 20% pour la regazéification et autant pour le transport. Ce coût reste toutefois raisonnable par rapport au coût du gaz lorsqu'il est transporté par gazoducs.Notons que si le site de liquéfaction consomme près de 10% du gaz qu'il traite, ce problème se pose également pour le transport par gazoduc : l'autoconsommation des stations de recompression situées le long des gazoducs peut atteindre 20% pour un transport de 5 000 km.
L'acheminement du GNL
Les navires utilisés pour transporter le gaz naturel liquéfié (GNL) sont appelés méthaniers. Concrètement, ce sont ces bateaux qui garantissent la flexibilité et la fiabilité du transport de GNL sur des distances intercontinentales.
Ils possèdent généralement une capacité d'environ 140 000 mètres cubes de GNL, ce qui correspond à environ 87 millions de mètres cubes de gaz naturel à l'état gazeux, après regazéification, soit une réduction de volume d'environ 600 fois grâce au processus de liquéfaction.
Le GNL transporté par un méthanier contient une quantité d'énergie considérable : 1 mètre cube de gaz naturel produisant environ 11,2 kWh, un navire chargé peut ainsi permettre la production d'environ 1 TWh d'énergie. Cette capacité énergétique fait naturellement des méthaniers des éléments stratégiques pour les échanges internationaux de gaz.
Il existe plusieurs types de méthaniers, classés principalement selon leur système de stockage.
- Les méthaniers à membranes, qui représentent une grande partie de la flotte mondiale, utilisent des cuves intégrées au navire avec des parois en acier inoxydable isolées pour maintenir le GNL à une température de -162°C.
- Les méthaniers à sphères (type Moss), moins répandus, sont reconnaissables à leurs cuves sphériques placées au-dessus du pont. Certains méthaniers modernes disposent aussi de systèmes de propulsion utilisant directement le GNL comme carburant, ce qui réduit leur empreinte environnementale.
En outre, des méthaniers de plus grande capacité, tels que les navires de type Q-Max, peuvent transporter jusqu’à 267 000 mètres cubes de GNL, augmentant leur efficacité pour les longs trajets entre producteurs et importateurs.
La regazéification : le retour à l'état gazeux pour la consommation
La regazéification est le processus par lequel le GNL est transformé à nouveau en gaz pour être consommé ou injecté dans les réseaux de distribution.
Après avoir été déchargé des navires et stocké dans les terminaux méthaniers à une température de -162°C, le gaz est donc transféré vers des unités de regazéification. Ce processus commence par un réchauffement progressif du gaz liquéfié à travers des échangeurs thermiques utilisant soit de l'eau de mer, soit des brûleurs pour élever sa température au-dessus de 0°C. En regagnant son état gazeux, le volume du gaz augmente d’environ 600 fois, le rendant prêt pour le transport via les réseaux de gazoducs vers les consommateurs finaux, qu’il s’agisse de particuliers, d’entreprises ou d’industries. Le gaz est également stocké pour être consommé ultérieurement.
Un terminal méthanier de réception peut être fixe, installé de façon permanente sur la côte, avec des infrastructures importantes comme des réservoirs cryogéniques et des unités de regazéification pour gérer de grandes quantités de GNL. Il peut également être flottant, sous la forme d’une unité mobile également désignée par le sigle FSRU pour « Floating Storage and Regasification Unit », qui combine les fonctions de stockage et de regazéification directement à bord, offrant une solution flexible et rapide pour répondre à des besoins temporaires ou pallier un manque d'infrastructures terrestres - qui mettent bien plus de temps à être construites.
Le processus de regazéification peut inclure une étape supplémentaire appelée odorisation, où une substance odorante est ajoutée au gaz (généralement du tétrahydrothiophène) pour permettre la détection d’éventuelles fuites. Les terminaux de regazéification peuvent également servir de points de chargement pour des camions-citernes, permettant de distribuer le gaz aux régions non connectées aux réseaux de gazoducs.
Ces terminaux de réception jouent un rôle crucial pour assurer un approvisionnement constant et flexible en gaz naturel dans les marchés locaux, et s’adaptent aux besoins saisonniers ou à des variations imprévues de la demande.
Le GNL en France : données et chiffres clés
En France, c'est Elengy qui gère les terminaux méthaniers, et GRTgaz et Teréga qui gèrent le réseau de transport et Sotrengy qui gère le gaz. Chaque acteur remplit sa mission propre de service public et est contrôlé par la Commission de Régulation de l'Energie, qui fixe également leur rémunération.
Les terminaux en service
La France compte actuellement cinq terminaux méthaniers situés sur son territoire, et participent à la sécurité d'approvisionnement en gaz naturel pour la France et l'Europe.
Le terminal de Montoir-de-Bretagne (Saint-Nazaire) dispose d'une capacité de stockage de 360 000 m³ et peut regazéifier jusqu'à 10 milliards de m³ de gaz par an.
À Dunkerque, le terminal de Loon-Plage possède une capacité de 600 000 m³, soit la plus importante en France, et peut regazéifier 13 milliards de m³ annuellement.
Les deux terminaux de Fos-sur-Mer, Fos-Cavaou et Fos-Tonkin, ont des capacités respectives de 330 000 m³ et 80 000 m³, avec une regazéification annuelle de 8,5 et 5,5 milliards de m³.
Enfin, le Cape Ann est un terminal méthanier flottant (FSRU) amarré au Havre, mis en service en septembre 2023. Construit par TotalEnergies, il s'agit du premier terminal méthanier flottant en France. Il est relié au réseau de distribution français grâce à une canalisation de 3,5 km. Avec une capacité de stockage de 142 500 m³ de GNL, il peut couvrir jusqu'à 10 % de la consommation annuelle de gaz en France.
Histoire : la découverte, l'essor, et maintenant la retombée ?
Le gaz naturel liquéfié (GNL) a été découvert et utilisé pour la première fois au début du XXe siècle, avec la première liquéfaction expérimentale réalisée en 1910 aux États-Unis. Il était d'abord utilisé afin de séparer l'hélium qui devait ensuite être vendu. Dans les années 1940, les premières installations industrielles ont vu le jour pour permettre le stockage et le transport du gaz sous forme liquide. Le premier méthanier, le Methane Pioneer, a été lancé en 1959, marquant le début du transport maritime de gaz naturel. Ces premières étapes ont ouvert la voie à un développement commercial international dans les décennies suivantes.
Le GNL a connu un essor rapide à partir des années 1970 grâce à ses nombreux avantages, notamment sa flexibilité logistique et sa capacité à diversifier les sources d'approvisionnement en gaz naturel. En permettant le transport maritime sur de longues distances, il a offert une alternative aux gazoducs, souvent contraints par les frontières géopolitiques. Les pays importateurs ont ainsi pu sécuriser leur approvisionnement énergétique, tandis que les pays exportateurs ont élargi leurs marchés.
Le Japon s'est montré particulièrement intéressé par une technologie qui permet à ce territoire insulaire et disposant de peu de ressources naturelles, d'importer du gaz naturel pour ses besoins de consommation domestique. C'est d'ailleurs au Japon qu'il y a le plus de terminaux méthaniers.
Grâce à leurs importantes réserves de gaz de schiste, les États-Unis ont rapidement augmenté leur capacité de liquéfaction et sont devenus le premier exportateur mondial de GNL, représentant plus de 20 % des volumes globaux en 2023 alors qu'ils n'ont commencé à exporter qu'en 2016. La guerre en Ukraine a accéléré cette dynamique en perturbant les approvisionnements en gaz russe, traditionnellement dominants en Europe. Cherchant à réduire leur dépendance énergétique vis-à-vis de la Russie, les pays européens ont massivement importé du GNL, faisant des terminaux méthaniers et des méthaniers les infrastructures clés pour sécuriser leurs besoins énergétiques. Cette combinaison de production accrue et de changements géopolitiques a redéfini les équilibres du marché mondial du gaz.
Aujourd'hui, plus de 500 méthaniers connectent la centaine de terminaux à travers le globe, de la vingtaine de pays producteurs aux 48 disposant des infrastructures portuaires nécessaires à l'importatation de GNL.
En milliards de mètres cubes de gaz naturel produit - Source : Enerdata - World Energy and Climate Statistics - Graphique : Selectra
Par ailleurs, sa combustion propre, avec des émissions de CO2 inférieures à celles du charbon ou du pétrole, a renforcé son attrait dans un contexte de transition énergétique.
Aujourd’hui, malgré son rôle crucial dans la diversification énergétique et d'adaptation à une demande énergétique plus fluctuante, le GNL connaît une forme de retombée générant des craintes de surcapacité mondiale des infrastructures. L’Europe, par exemple, a considérablement renforcé ses terminaux méthaniers en réponse à la crise énergétique de 2022, mais une baisse des importations a suivi dès 2024, laissant des capacités sous-utilisées. De plus, les investissements massifs dans les énergies renouvelables et l'électrification de l'économie mondiale posent des questions sur l’avenir à long terme du GNL, dont la dépendance aux énergies fossiles pourrait limiter son rôle dans un monde en quête de décarbonation.