Le transport du gaz par méthaniers : bateaux et terminaux

Le méthanier est un navire permettant le transport de gaz naturel sous forme de gaz naturel liquéfié (GNL) entre deux ports équipés de terminaux méthaniers. Le gaz naturel liquéfié et son transport par méthanier occupent une place de plus en plus importante dans le transport du gaz naturel, face aux gazoducs, qui constituent l'autre moyen de transport du gaz naturel sur longue distance.

Qu'est-ce qu'un méthanier ?

Un méthanier est un navire dédié au transport de gaz naturel liquéfié. Ils permettent de transporter du gaz naturel sur de très longues distances et avec une meilleure flexibilité que le gaz transitant via Gazoduc.

Caractéristiques des bateaux méthaniers

La faible densité du méthane (442 kilogramme par mètre cubes) explique que, pour un même tonnage, un méthanier soit équipé de cuves nettement plus volumineuses qu'un pétrolier. Le méthanier est ainsi typiquement équipé de quatre à cinq cuves et ses dimensions peuvent être gigantesques.

Un méthanier se déplace à une vitesse moyenne assez rapide de 19 nœuds, contre 13-14 nœuds pour les pétroliers traditionnels. La différence de vitesse s'explique par la légèreté du méthanier, qui profite de la faible densité du gaz naturel liquéfié (GNL, ou LNG en anglais pour Liquefied natural gas).

Les méthaniers présentent différents types de propulsion. Si la majorité des méthaniers sont propulsés à la vapeur, les méthaniers sont de plus en plus propulsés au diesel, avec possibilité de récupérer le gaz naturel évaporé des cubes pour contribuer à la propulsion du méthanier. Certains méthaniers son propulsés par un système hybride électricité-diesel qui offre des rendements particulièrement intéressants.

Le plus grand méthanier du monde est le modèle Q-Max. Son nom provient de la taille maximale autorisée dans le port Qatari. Il permet en effet de transporter près de 266 000 m³ de gaz naturel liquéfié en un seul trajet. Un seul chargement de ce méthanier répond à la demande de gaz naturel annuelle d'une ville comme Lyon. Pour atteindre de telles performances, les dimensions sont impressionnantes : 345 mètres de longueur pour 54 mètres de largeur, soit plus grand que le porte avion nucléaire Français Charles de Gaulle. Il a été construit par les chantiers navals Sud-Coréens et sert exclusivement la compagnie Qatargas.

Types de méthaniers

Les méthaniers peuvent être répartis en trois catégories différentes :

• les méthaniers à membrane comprennent une cuve intégrée à la coque du navire et représentent plus de la moitié de la capacité de transport mondiale de gaz naturel liquéfié. Ce type de méthanier devrait continuer à voir sa part de marché croître, notamment parce qu'il permet la construction de méthanier de très grande dimension.
• les méthaniers à sphères comprennent quatre à cinq cuves de forme sphérique, construites en aluminium recouvert d'un matériau isolant. Ils sont reconnaissables à leurs grandes sphères qui dépassent largement sur le dessus de la coque du navire. L'inconvénient des méthaniers à sphères réside dans leur volume et leur poids supérieurs aux méthaniers à membranes pour une même capacité de gaz naturel liquéfié (GNL) transporté.
• les méthaniers prismatiques transportent du gaz naturel liquéfié à -163°C dans des conteneurs en aluminium indépendants de la coque du méthanier. Les méthaniers prismatiques ont l'avantage de réduire le besoin en matériaux isolants et sont issus de technologies japonaises et coréennes.

Marché de la construction des méthaniers

La Corée du Sud est le plus grand producteur de méthaniers, en concentrant trois géants du secteur : Daewoo, Samsung et Hyundai. Ce sont eux qui ont réalisé les Q-Max.

Le Japon est le second producteur mondial de méthaniers. Le Japon est le plus gros importateur mondial de GNL : 29 % des importations de Gaz Naturel Liquéfié vont au Japon. Leur économie repose donc grandement sur leur capacité à importer efficacement. du gaz naturel depuis l'étranger, disposant de peu de ressources localement.

La France produit également des méthaniers avec ses Chantiers de l'Atlantique à Saint-Nazaire, d'où sont sortis deux des plus grands méthaniers du monde : le Provalys, livré à GDF Suez en novembre 2006 et le Gaselys, sister-ship du Provalys, livré en mars 2007. Ces navires sont les premiers à intégrer la technologie de la membrane CS1, conçue par Gaz Transport et Technigaz (GTT). Cette technologie avait auparavant connu des problèmes d'étanchéité sur le méthanier Gaz de France Energy, qui avait dû faire l'objet d'importants travaux complémentaires.

La société française Gaz Transport et Technigaz (GTT) est spécialisée dans la conception et l'ingénierie des cuves cryogéniques à membranes. Les 70 % des méthaniers en circulation en 2018 sont conçus avec des cuves à membrane, dont une majorité sous licence de Gaz Transport et Technigaz. L'ingénierie française est donc particulièrement reconnue pour la conception des méthaniers. Cette technologie est notamment la seule compatible avec des bâtiments de la taille des Q-Max.

Comment fonctionne le transport du gaz naturel liquéfié par méthanier ?

Fonctions du terminal méthanier

Un terminal méthanier a quatre fonctions :

1. Réceptionner les navires méthaniers et assurer le déchargement/rechargement des cargaisons de gaz naturel liquéfié. Un bras articulé doté d'une canalisation se branche sur les cuves isothemes du méthanier, et l'acheminent jusqu'au réservoir.
2. Stocker le gaz naturel liquéfié dans des réservoirs de stockage cryogéniques capables de résister à de très basses températures pour le conserver à l'état liquide. Des évaporations peuvent se produire par échange de chaleur, qui sont alors recaptées et réinjectées dans les cuves. La forte contenance des réservoirs permet d'assurer la continuité de l'alimentation du réseau entre deux livraisons de GNL.
3. Regazéifier le gaz (c'est-à-dire transformer le GNL, un liquéfié, en un gaz) afin de le rendre propre à l'injection sur le réseau. Dans une unité de regazéification, le GNL est mis sous pression puis réchauffé grâce à des échangeurs thermiques. Les échangeurs thermiques en France utilisent l'eau de mer.
4. Injecter le gaz dans le réseau de transport national. Ce processus comprend un comptage et une analyse qualitative du gaz injecté et l'odorisation de ce gaz (un composant est ajouté afin de lui donner une odeur particulière qui le rend reconnaissable en cas de fuite).

Le terminal méthanier est généralement connecté à un ou plusieurs gazoducs de grande taille, permettant l’injection directe du gaz naturel sur le réseau de transport.

Le transport du GNL par méthanier

Le gaz naturel se caractérise à pression et température ambiante par une masse volumique très faible. Autrement dit, le gaz naturel occupe trop d'espace dans des conditions normales pour pouvoir être transporté par bateau dans des conditions économiques satisfaisantes. Il faut donc augmenter la masse volumique du gaz naturel, c'est à dire augmenter la quantité de gaz pour un volume donné, donc le comprimer, pour transporter le gaz naturel par méthanier.

La chaîne du gaz naturel liquéfié augmente la masse volumique du gaz naturel en faisant baisser sa température à -162°C. Les méthaniers sont équipés de citernes spécialement équipées d'isolants thermiques permettant le maintien du gaz naturel à cette température. Toutefois, l'isolation est insuffisante pour empêcher qu'une part du volume de gaz naturel ne se réchauffe et s'évapore lors du trajet. On estime que le méthanier perd ainsi 0,15% du volume de gaz transporté chaque jour, en raison de cette évaporation.

Les méthaniers sont différemment équipés pour tirer profit de cette évaporation du gaz naturel. Certains méthaniers sont capables d'utiliser la combustion du gaz évaporé pour la propulsion du navire. D'autres méthaniers récents peuvent reliquéfier le gaz naturel évaporé, et réduisent ainsi les pertes sur le trajet. Les méthaniers les moins aboutis laissent s'échapper le gaz naturel évaporé dans l'atmosphère.

Avantages des méthaniers par rapport aux gazoducs

La chaîne du gaz naturel liquéfié comprend la liquéfaction du gaz naturel dans le terminal méthanier d'un port, son transport par méthanier sous forme de gaz naturel liquéfié et sa regazéification au terminal méthanier d'arrivée. Elle représente aujourd'hui un peu moins de 34,7 % des volumes de gaz transportés. Plus les champs d'extraction de gaz naturel sont éloignés des lieux de consommation, et plus la chaîne du gaz naturel liquéfié gagne en compétitivité face aux gazoducs. Lorsqu'il s'agit de traverser un océan, la chaîne du GNL devient la seule solution pour transporter le gaz naturel. C'est par exemple le cas pour le Japon, relativement distant de la plupart des pays producteurs.

Le principal avantage de la chaîne du gaz naturel liquéfié est la flexibilité de l'approvisionnement qui vient améliorer la sécurité énergétique du pays destinataire du gaz naturel. Par exemple, si des troubles politiques viennent stopper la production de gaz naturel d'un pays approvisionneur, le pays destinataire pourra toujours renforcer ses approvisionnements en gaz naturel via l'importation de gaz naturel liquéfié en provenance d'autres pays, dans le cas où il n'aurait pas stocké assez de gaz en période de faibles consommations. Au contraire, avec un gazoduc, toute rupture dans la production de gaz naturel est susceptible d'entraîner l'arrêt de l'approvisionnement en gaz naturel du pays destinataire. Cela s'est par exemple observé lors des tensions entre l'Ukraine et la Russie suite à la guerre civile Ukrainienne et aux nombreux incidents qui l'ont émaillée.

Les terminaux méthaniers en France et dans le monde

Les terminaux méthaniers en France

En 2018, environ un tiers du gaz consommé en France a été importé via des terminaux méthaniers, qui reçoivent plus de 200 bateaux par an. Le GNL arrive actuellement par ces terminaux méthaniers :

La mise en service à l'automne 2015 du terminal méthanier de Dunkerque, situé à Loon-Plage, à 10km de Dunkerque, s'inscrit dans la logique du développement de la part du GNL dans les importations de gaz, dans un contexte où d'une part, la consommation de gaz naturel continuera d'augmenter, et d'autre part, les zones de productions sont de plus en plus éloignées du territoire. En effet, l'extinction sur les prochaines décennies de gisements de gaz naturel de la mer du Nord et les tensions sur les importations d'origine russe incitent la France à sécuriser ses importations depuis des pays plus lointains, tels que le Qatar, le Yémen ou l'Egypte.

Les terminaux GNL (gaz naturel liquéfié) sont susceptibles d'offrir trois types de prestation de services, en fonction de la régularité de la réception du gaz qui leur est destiné.

• Le service d'émission continu permet au client d'avoir une émission de gaz naturel continue sur le réseau de transport de gaz, avec des volumes le plus régulier possible, en fonction du calendrier de déchargement du terminal GNL dans son ensemble. Le service d'émission continue ne peut être proposé qu'aux utilisateurs réguliers du terminal (plus de dix méthaniers reçus par an).
• Le service d'émission en bandeau de 30 jours - service bandeau : à réception d'une cargaison, le terminal GNL injecte sur les réseaux un bandeau constant de gaz naturel pendant une durée de 30 jours. Le service d'émission en bandeau de 30 jours est un service adapté aux utilisateurs ne déchargeant qu'au plus 12 méthaniers dans l'année.
• Le service d'émission en bandeau de 30 jours - service spot : à réception de chaque cargaison, le terminal GNL injecte sur les réseaux un bandeau constant de gaz naturel pendant une durée de 30 jours. Toutefois, ce service n'est destiné qu'aux cargaisons programmées tardivement (après le 20ème jour du mois M-1 pour un déchargement en mois M) et le déchargement ne peut rentrer que dans les créneaux vacants du terminal GNL.

Les terminaux méthaniers dans le monde

En 2017, on comptait 511 méthaniers à travers le monde, pour une capacité moyenne de 160 000 mètres cubes de gaz naturel liquéfié. Les plus grands méthaniers, desservant essentiellement le Qatar, atteignent une capacité de 215 000 mètres cubes (Q-Flex) à 260 000 mètres cubes (Q-Max).

Tous les pays gros consommateurs de gaz naturel disposent de terminaux méthaniers. En 2017, le monde comptait 41 pays importateurs de GNL. Plus d'un tiers du marché international du gaz naturel transite sous forme de GNL via des terminaux méthaniers, et cette part devrait dépasser 40% en 2035, selon Engie. La part du gaz naturel dans le mix énergétique mondial sera en progression sur les décennies à venir, ce qui induira de nouvelles constructions de ports méthaniers.

En 2017, il existait :

• soixante terminaux GNL réceptionnant le gaz naturel dans 40 pays (Inlcuant entre autres France, Belgique, Chine, République dominicaine, Inde, Japon, Corée du Sud, Taïwan, Turquie, Etats-Unis).
• 21 pays disposant de capacités de liquéfaction du gaz naturel, au niveau desquelles s'effectue le chargement des méthaniers : Algérie, Angola, Australie, Brunei, Egypte, Emirats Arabes unis, Etats-Unis, Guinée équatoriale, Indonésie, Lybie, Malaisie, Nigéria, Norvège, Oman, Papouaisie-Nouvelle Guinée, Pérou, Qatar, Russie, Trinidad et Tobago, Yemen.

Le développement de la filière du gaz naturel liquéfié (GNL) est illustré par les chiffres des projets de construction de ce type de terminaux. 

Dans le monde, le Qatar est de loin le plus grand producteur de GNL. Il échange ainsi plus de 26 % du GNL exporté dans le monde en 2017, soit 103,4 milliards de m³. À titre de comparaison, le second acteur est l'Australie, avec 20 % de part du marché, et le troisième la Malaisie, avec seulement 9 %. À eux trois, ils fournissent plus de la moitié du GNL dans le monde.

Sécurité des terminaux GNL

Comme toute utilisation d'hydrocarbures, la production et le transport de GNL n'est pas sans risques. Toutefois, toutes les mesures nécessaires sont prises pour garantir la sécurité des citernes et éviter le moindre incident. En France, seuls trois incidents ont été relevés par la base de données Aria, et ce sur plusieurs dizaines d'années. Aucun des trois n'a fait de victimes.

Risques d'incendies de méthaniers

De multiples mesurent de sécurité permettent de réduire les risques de transport de gaz naturel liquéfié par méthaniers : contrôles de température, de pression, vérification d'absence d'oxygène, inspection des cuves, etc. Néanmoins, il existe un risque important d'incendie. Si le gaz naturel liquéfié s'échappe d'une coque et rencontre la moindre étincelle, un gigantesque incendie est susceptible de se produire. C'est pourquoi les méthaniers disposent d'une double coque, permettant de réduire le risque que le GNL ne s'échappe de la cuve en cas d'accident du méthanier. Les cuves du méthanier sont également conçues pour limiter le risque d'accident en comprenant une barrière d'azote gazeux, permettant d'éviter toute réactive du gaz naturel liquéfié avec l'oxygène de l'air.

De nombreux pays incluent une réglementation de sécurité spécifique concernant l'accès des méthaniers au niveau des chenaux. Lorsqu'un méthanier est engagé dans un chenal, l'accès du chenal est interdit pour éviter toute collision dans le chenal entre le méthanier et d'autres navires.

Exemples d'accidents de méthaniers

Les caractéristiques du gaz naturel liquéfié (GNL) ainsi que les mesures de sécurité prises rendent les accidents dans les terminaux GNL particulièrement rares. Seuls deux incidents d'ampleur sont à comptabiliser, dont un remonte à 1944, à Cleveland, aux Etats-Unis. Une réaction en chaîne causa la mort de plus de 130 personnes. Le second date de 2004, à Skikda, en Algérie. Des défaillances sur une installation ancienne a causé la mort de 27 personnes. Les normes de sécurité aujourd'hui en place évitent toute reproduction de ces incidents.

Terminaux GNL et ouverture à la concurrence

Au même titre que les réseaux de transport de gaz naturel (gazoducs), les terminaux GNL (gaz naturel liquéfié) sont confiés au monopole d'un gestionnaire, qui doit permettre l'utilisation des infrastructures qu'il gère par des tiers, sans discrimination. L'accès aux services des terminaux GNL est soumis à un tarif dont l'évolution est contrôlée par la puissance publique.

C'est la Commission de Régulation de l'Energie (CRE) qui propose au gouvernement ces tarifs d'utilisation des terminaux méthaniers (tarifs ATTM : Accès des Tiers aux Terminaux Méthaniers). La Commission de Régulation de l'Energie doit aussi veiller à ce que ces tarifs soient appliqués de matière transparente et non discriminatoire. L'idée est qu'Elengy, filiale d'Engie gérant les terminaux GNL français, ne doit pas favoriser sa maison-mère au détriment de ses concurrents dans ses activités de prestation de service.

Tarifs d'utilisation des terminaux GNL en France

En France, les terminaux méthaniers se financent notamment grâce aux tarifs ATTM, facturés aux propriétaires des navires méthaniers. Les tarifs fixés par la Commission de Régulation de l'Energie sont calculés en fonction de termes, qui varient selon le terminal considéré. La Commission de Régulation de l'Energie (CRE) définit les tarifs d'utilisation des terminaux méthaniers en fonction des coûts d'investissement et d'exploitation supportés par leur gestionnaire et en fonction des hypothèses d'utilisation des terminaux. La tarification actuelle applicable aux terminaux GNL (gaz naturel liquéfié) est entrée en vigueur en avril 2017 pour une durée de trois ans. Le terminal GNL de Montoir est ainsi le moins cher de France. Les termes des tarifs d'utilisation des terminaux GNL incluent :

• un terme fixe à payer par bateau, fixé actuellement à 100 000 € par accostage ;
• un terme variable, proportionnel à la quantité de gaz naturel liquéfié déchargée du méthanier ;
• un terme permettant de tenir compte de la régularité avec laquelle les déchargements sont effectuées (entre l'hiver et l'été) ;
• un terme d'utilisation des capacités de regazéification, qui tient compte du temps entre deux arrivées de méthaniers ;
• un prélèvement d'une partie de la cargaison de gaz naturel (entre 0,3% et 0,5%) utilisée, pour les besoins du terminal méthanier.