Le transport du gaz par méthaniers : bateaux et terminaux

Par Florian Tostivint

Responsable éditorial - énergie

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Le méthanier est un navire permettant le transport de gaz naturel sous forme liquéfiée entre deux ports équipés de terminaux méthaniers. Le gaz naturel liquéfié (GNL) 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.

Le transport du GNL par méthanier

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.

Gaz naturel liquéfié

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. 

La liquéfaction du gaz naturel s'obtient en faisant baisser sa température à -162°C, afin d'obtenir du gaz naturel liquéfié (GNL) et augmenter sa masse volumique.

Le gaz naturel se caractérise à pression et température ambiante par une masse volumique très faible. À pression atmosphérique (1 bar) et température ambiante (environ 20 °C), la masse volumique du gaz naturel est d'environ 0,8 kg/m³, ce qui est très faible comparé aux liquides ou aux solides. Cependant, lorsqu'il est liquéfié (rendu à l'état liquide), sa masse volumique augmente considérablement, atteignant environ 450 kg/m³ à une température de -162 °C. Cela permet de réduire son volume de près de 600 fois, facilitant ainsi son transport et son stockage.

Avantages par rapport aux gazoducs

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 transport de gaz par méthanier permet la flexibilité de l'approvisionnement qui vient améliorer la sécurité énergétique du pays destinataire du gaz naturel. Généralement, les pays peuvent faire marcher la concurrence parmi les pays exportateurs de GNL pour signer des contrats de long terme ou faire venir des méthaniers en urgence pour palier à la demande.

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, la dépendance est forte et toute rupture dans l'acheminement 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 en 2013 puis lors de la guerre d'agression russe. 

Qu'est-ce qu'un méthanier ?

Un méthanier est un navire gazier, dédié au transport de gaz naturel liquéfié sur de longues distances. Il relie les terminaux méthaniers des pays exportateurs à ceux des pays importateurs.

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.

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 de transporter près de 267 000 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.

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.

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.

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 bateaux gaziers 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.

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 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. Leur inconvénient 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 sont faits conteneurs en aluminium indépendants de la coque du méthanier. Ils 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. Plus de la moitié des méthaniers en circulation 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 marche un terminal méthanier ?

Un terminal méthanier sert à recevoir, stocker, regazéifier et expédier du gaz naturel liquéfié (GNL), qu'il soit terrestre pour une installation fixe ou flottant (FSRU) pour répondre à des besoins temporaires ou à des contraintes d'espace.

A l'export

Chaque étape permet de transformer le gaz naturel brut en une forme transportable, tout en garantissant sa pureté et en minimisant les pertes énergétiques au cours de son trajet vers les marchés mondiaux.

1. Extraction du gaz naturel : Le gaz naturel est extrait des gisements souterrains ou sous-marins à l'aide de puits de forage. Ces gisements peuvent être conventionnels (dans des réservoirs de roche perméable) ou non conventionnels (comme le gaz de schiste, récupéré par fracturation hydraulique).
2. Traitement sur site : Une fois extrait, le gaz brut contient des impuretés comme du dioxyde de carbone (CO₂), de l'eau, du sulfure d'hydrogène (H₂S) et parfois des liquides associés (condensats ou GPL, gaz de pétrole liquéfié). Ces éléments sont séparés dans des usines de traitement situées à proximité des gisements pour purifier le gaz naturel.
3. Acheminement par gazoduc : Une fois traité, le gaz naturel est acheminé via des gazoducs vers des centres de traitement ou directement vers des terminaux méthaniers. Les gazoducs peuvent parcourir des centaines, voire des milliers de kilomètres, et nécessitent des stations de compression pour maintenir une pression suffisante.
4. Liquéfaction dans l'usine de GNL : Le gaz naturel est ensuite dirigé vers une usine de liquéfaction située au sein ou à proximité du terminal méthanier d'exportation.
5. Stockage temporaire : Une fois liquéfié, le GNL est stocké dans des réservoirs cryogéniques au terminal méthanier d'exportation, en attendant son transfert vers des méthaniers.
6. Chargement sur des méthaniers : À partir des cuves de stockage, le GNL est pompé vers les navires méthaniers via des bras de chargement spéciaux. Ces navires transportent ensuite le GNL vers des terminaux méthaniers d'importation situés dans les pays consommateurs.

A l'import

Chaque étape étape permet de décharger le gaz naturel liquéfié (GNL), de le stocker, de le regazéifier et de l’injecter dans les réseaux de distribution, tout en garantissant un approvisionnement continu et adapté aux besoins des marchés locaux.

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 état gazeux) 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.

Des terminaux fixes ou flottants (FSRU)

Les terminaux méthaniers se déclinent en deux types : fixes et flottants.

Les terminaux fixes sont des installations terrestres permanentes, équipées de larges réservoirs cryogéniques pour le stockage, ainsi que de systèmes de regazéification permettant d’injecter le gaz dans les réseaux de distribution. Ces terminaux offrent de grandes capacités de stockage et sont adaptés aux régions ayant une demande énergétique stable et élevée.

Les terminaux flottants, aussi appelés FSRU (Floating Storage and Regasification Units), sont des unités mobiles intégrant à la fois les fonctions de stockage et de regazéification. Installés généralement près des côtes, ils peuvent être rapidement déployés pour répondre à des besoins temporaires ou pallier des infrastructures terrestres insuffisantes. Leur flexibilité et leur coût inférieur à celui des terminaux fixes en font une solution privilégiée pour des projets urgents ou dans des régions où l'espace pour des installations terrestres est limité.

Prestations de services

Les terminaux GNL 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 en France et dans le monde

Les terminaux méthaniers en France

Environ le moitié du gaz consommé en France a été importé via des terminaux méthaniers, qui reçoivent plus de 300 bateaux par an.

Source : Ministère de la Transition Écologique - Graphique : Selectra

Le GNL arrive en France par ces terminaux méthaniers fixes :

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.

Le Cape Ann est le terminal méthanier flottant (FSRU) déployé en France par TotalEnergies au port du Havre. Mis en service en octobre 2024, il vise à renforcer la sécurité d'approvisionnement en gaz naturel liquéfié du pays. Cependant, l'installation du Cape Ann intervient dans un contexte de surcapacité des infrastructures de GNL en France et en Europe. Depuis 2022, l'Europe a augmenté de 23 % sa capacité d'importation de GNL, mais le taux d'utilisation de ces infrastructures a chuté à environ 47,2 % au premier semestre 2024, contre 62,8 % en 2023. 

Cette situation soulève des questions quant à la pertinence de nouveaux projets méthaniers, alors que les capacités préexistantes sont sous-utilisées. Le FSRU français n'aurait reçu que dix cargaisons lors de sa première année. L'Institute for Energy Economics and Financial Analysis (IEEFA) souligne que l'Europe pourrait se retrouver avec une capacité d'importation de GNL excédant largement la demande prévue, entraînant des investissements potentiellement redondants et coûteux. Mais l'UE semble préférer être en surcapacités que de mettre son économie de nouveau en position délicate comme lors de la guerre en Ukraine, où l'approvisionnement en gaz a longtemps été incertain, ce qui avait provoqué une explosion des prix sur les marchés.

Les terminaux méthaniers dans le monde

On comptait plus de 550 méthaniers à travers le monde, pour une capacité moyenne de 160 000 mètres cubes de gaz naturel liquéfié. 200 seraient en construction.

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).

En 2024, le monde comptait 48 pays importateurs de GNL. Près de la moitié du marché international du gaz naturel transite sous forme de GNL via des terminaux méthaniers ; un véritable boom ayant été opéré en 2022 avec la baisse des flux venus des gazoducs russes en Europe.

En 2023, la capacité mondiale de regazéification atteint 1 143 millions de tonnes par an (MTPA), contre 481 MTPA pour la liquéfaction, soulignant l'importance croissante des infrastructures de traitement du GNL.

Une vingtaine de pays disposent de capacités de liquéfaction du gaz naturel, au niveau desquelles s'effectue le chargement des méthaniers : Algérie, Angola, Australie, Azerbaïdjan, 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. Les principaux exportateurs mondiaux de GNL sont les États-Unis, l'Australie, le Qatar, la Russie et la Malaisie, qui représentent ensemble plus de 75 % des exportations mondiales.

En seulement quelques années, les États-Unis ont bouleversé l'équilibre international en devenant un acteur dominant, profitant de la demande accrue de l'Europe cherchant à diversifier ses sources d'approvisionnement et à réduire sa dépendance au gaz russe depuis 2022.

L'Asie-Pacifique reste la principale région importatrice, absorbant environ les deux tiers du GNL mondial. La Chine domine le marché en 2023 avec 17,8 % de la demande mondiale, doublant ses importations en sept ans. Le Japon suit avec 16,5 %, bien que sa demande ait été presque divisée par deux sur la même période, tandis que la Corée du Sud se classe troisième avec 11,3 %. La reprise économique de cette région après la pandémie de COVID a fortement contribué à la hausse des prix du gaz, confirmant l'Asie comme moteur clé de la consommation mondiale de GNL.

Tarifs d'utilisation des terminaux GNL en France

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 : Elengy. Il 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 d'acheminement, dont l'évolution est contrôlée par la puissance publique.

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.

C'est la Commission de Régulation de l'Energie (CRE) qui propose au gouvernement ces tarifs ATTM (Accès des Tiers aux 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 CRE 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.

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. 

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.

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.