Le gaz naturel est une énergie fossile qui se forme au fond des océans. C’est l’hydrocarbure qui renvoie le moins de gaz à effet de serre dans l’atmosphère au moment de sa consommation car, il contient peu de carbone par rapport aux autres combustibles fossiles. C’est un mélange gazeux d’hydrocarbures constitué principalement de méthane, mais comprenant généralement une certaine quantité d’autres alcanes supérieurs, et parfois un faible pourcentage de dioxyde de carbone, d’azote, de sulfure d’hydrogène ou d’hélium. Le gaz naturel constitue un sérieux atout et sa consommation est en croissance depuis 30 ans. On l’utilise pour des usages domestiques (chauffage, cuisson, la production d’eau chaude) mais également dans l’industrie, le secteur des transports et son fort pouvoir méthanogène est un atout pour la transition énergétique.
Composition du gaz naturel
I- Processus de production d’électricité à partir du gaz naturel
1- Exploration du gaz naturel
Il existe des gisements de gaz naturel aux quatre coins de la planète.
La première étape avant l’extraction du gaz naturel consiste évidemment à découvrir les gisements de gaz. Pour ce faire, les compagnies gazières procèdent à une inspection des sous-sols. Il s’agit alors de repérer les gisements possibles à l’aide du travail des cartographes et sismologues. Cette étude géophysique permet alors de juger si un gisement est suffisamment intéressant pour être exploité :
- Le gisement contient-il beaucoup de gaz naturel ?
- Son exploitation sera-t-elle rentable ?
- Comment sont disposées les couches sédimentaires pour extraire le gaz ?
- Quelle est la profondeur pour accéder au gisement ?
Si la prospection des sous-sols permet de mettre en avant des conditions favorables, il est possible de commencer l’extraction du gaz naturel. On peut exploiter les puits de gaz naturel sur du long terme, en moyenne de 15 à 30 ans. La fin de l’exploitation d’un gisement commence dès lors que le coût d’extraction est plus élevé que la vente du gaz naturel.
2- Exploitation du gaz naturel
Lorsque les conditions favorables sont réunies face à un gisement de gaz naturel, on procède à l’installation des éléments qui vont permettre son exploitation. On installe alors :
- un puit d’exploitation et une tour de forage ;
- des gazoducs ;
- des réseaux de tuyauterie pour collecter le gaz naturel.
Ensuite, le forage est réalisé, il peut atteindre jusqu’à 6000 mètres de profondeur. On utilise le forage horizontal ou forage vertical et la technique de la fracturation hydraulique. Dans la majorité des cas, le gaz naturel sort des puits par la pression mais il est possible que des équipements servant à pomper le gaz naturel soient installés en plus. Une fois que le gaz remonte à la surface, il est transporté vers une unité de traitement.
3- Traitement du gaz naturel
Les gisements contenant souvent d’autres substances, le gaz naturel brut, recueilli à la tête des puits, doit être traité. Lors de la phase de traitement, il s’agit d’éliminer les éléments corrosifs comme le soufre, les hydrocarbures ou l’hélium. Ensuite, il faut que le gaz soit complètement sec, sans aucune trace de liquide. C’est une étape essentielle pour intégrer le gaz naturel au réseau. C’est également à cette étape que l’on ajoute une odeur au gaz naturel ; En effet, naturellement, le gaz naturel est inodore mais pour des raisons de sécurité et pour permettre de prévenir les fuites de gaz, un processus chimique permet de donner une odeur au gaz.
4- Le transport du gaz naturel
Une fois l’extraction et le traitement effectués, c’est le moment de transporter le gaz naturel.
Cette étape débute par la compression du gaz naturel. Ainsi, le produit peut circuler sans danger à une vitesse convenable pour l’approvisionnement des particuliers et professionnels. Ensuite, le transport du gaz naturel est fait via des gazoducs terrestres, des sous-marins ou des méthaniers des zones d’extraction vers les zones de consommations. Pour que le transport soit possible par les gazoducs sur des longues distances, des stations de compression sont installées sur le réseau de tuyauterie. Lorsque le transport n’est pas possible via les gazoducs, le gaz naturel est alors acheminé dans des bateaux : les méthaniers. Pour ce faire, le gaz est refroidi à – 161°C. Il devient alors liquide et on parle du GNL (gaz naturel liquéfié).
5- Stockage du gaz naturel
Avant d’être acheminé jusqu’au consommateur final, le gaz naturel transite par des sites de stockage installés près des gisements ou des zones de consommation. Le stockage du gaz permet de répondre aux attentes des producteurs et des consommateurs. En stockant une partie du gaz extrait, les producteurs garantissent de pouvoir livrer des volumes stables de gaz tout au long de l’année, garantissant ainsi un approvisionnement continu.
Le gaz naturel est stocké dans des réservoirs conçus à cet effet dans des sites de stockage dits
- Aériens : dans des réservoirs de stockage sont utilisés pour stocker le gaz à pression atmosphérique à l’état liquide ;
- Souterrains : dans des gisements épuisés, du gaz sous pression est injecté dans d’anciens gisements d’hydrocarbures naturellement imperméables, qui sont reconvertis pour le stockage ; dans les nappes aquifères : qui consiste à reconstituer l’équivalent géologique d’un gisement naturel en injectant le gaz dans une couche souterraine de roche poreuse contenant de l’eau et recouverte d’une couche imperméable formant une couverture étanche, le tout ayant une forme de dôme ; dans les cavités salines : cette technique consiste à créer par dissolution à l’eau douce (lessivage) une cavité souterraine artificielle de grande taille (entre 100 000 et 1 million de m3) dans une roche sédimentaire composée de sel gemme (des cristaux de chlorure de sodium).
Ainsi le gaz circulant vers les zones de consommation n’est pas forcément utilisé tout de suite. Il peut alors être stocké pour être réutilisé dès que la demande le justifie. Aujourd’hui, le stockage du gaz naturel constitue un maillon logistique incontournable pour assurer l’équilibre énergétique d’un pays.
6- Distribution du gaz naturel
Le gaz est ensuite acheminé dans les zones d’utilisations notamment les Chauffages résidentiel et commercial dans les systèmes de chauffage, la cuisson dans les cuisinières, les industries. Des gazoducs de distribution à haute pression sont utilisés pour transporter de grands volumes de gaz naturel vers des centrales électriques.
7- Réception du gaz naturel et production de l’électricité
Le gaz naturel est acheminé à la centrale électrique via des gazoducs, à l’arrivée, sa pression est ajustée et sa qualité est contrôlée. La production d’électricité à partir du gaz naturel est un processus thermodynamique efficace, largement utilisé dans les centrales électriques telle que la centrale à gaz de Kribi au Cameroun (KPDC) qui aujourd’hui produit 216MW et envisage atteindre 330MW. Pour la production de l’électricité à partir du gaz naturel, le processus est le suivant :
- Le gaz naturel est d’abord comprimé pour améliorer l’efficacité et optimiser sa combustion. La réaction exothermique qui s’ensuit génère des gaz à haute température et pression ;
- Ces gaz chauds de combustion actionnent une turbine à gaz connectée à un générateur électrique, convertissant l’énergie thermique en énergie mécanique, le générateur couplé à la turbine transforme ensuite cette énergie mécanique en électricité ;
- Dans les centrales à cycle combiné, les gaz d’échappement chauds de la turbine à gaz sont récupérés par une chaudière pour produire de la vapeur à haute pression. Cette vapeur alimente une turbine secondaire également connectée à un générateur, ce qui produira une électricité supplémentaire, augmentant significativement le rendement global du système. L’efficacité des centrales à gaz à cycle simple atteint 35-40%, tandis que les centrales à cycle combiné peuvent atteindre 60-64% ;
- L’électricité produite est transformée pour atteindre la tension du réseau. Elle est ensuite injectée dans le réseau de distribution.
Le Contrôle et la surveillance de ces procédés se fait par des systèmes informatiques sophistiqués qui contrôlent en permanence tous les aspects du processus en optimisant l’efficacité et assurant la sécurité de l’installation. Cependant, Les innovations récentes incluent l’intégration de l’intelligence artificielle pour l’optimisation des processus, le développement de turbines compatibles avec des mélanges gaz naturel-hydrogène, et l’amélioration des technologies de capture du carbone.
8- distribution de l’électricité après production
Une fois la production achevée, l’électricité produite est acheminée vers les zones de consommation au travers des réseaux de distribution, (lignes et câbles électriques, transformateurs…).
II- le CABEF dans la production d’électricité à partir du gaz naturel
Le CABEF – Central Africa Business Energy Forum : Stimulant du développement économique et des investissements dans le secteur de l’énergie en Afrique centrale.
L’Afrique joue un rôle important dans l’exploration, l’exportation et la fourniture de gaz naturel au niveau mondial. Pour l’alimentation énergétique de l’Afrique, divers projets voient le jour pour augmenter le taux d’accès à l’énergie ; nous avons entre autres :
- Le projet de gazoduc, Le West African Gas Pipeline “WAGP” (Gazoduc de l’Afrique de l’Ouest) porté par la société internationale West African Gas Pipeline Company Limited (WAPCo); D’une longueur de 678 km, Ce gazoduc a été construit de 2005 à 2006, il transporte du gaz naturel depuis la région d’Escravos au Nigeria jusqu’au Ghana en passant par le Bénin et le Togo avec un embranchement au Maroc, où il est utilisé pour la production d’électricité à 85 %.
- Le projet énergétique, Le Central African Pipeline System (CAPS) porté par le Central Africa Business Energy Forum (CABEF). Il s’étendra sur 6 500 kilomètres à travers les 11 pays de la CEEAC qui possèdent chacun des réserves définis en gaz naturel.
Les réserves en gaz naturel étant inégalement réparties et les taux d’accès à l’électricité étant très faibles, le CABEF au travers de ses forums de faciliter les échanges et les partenariats ainsi que les signatures de contrats pour permettre les importations et les exportations de gaz des pays possédant le plus de ressources vers les pays nécessiteux d’utiliser les réserves de gaz naturel inégalement réparties en Afrique centrale pour alimenter en électricité tous les pays, des villes vers les zones rurales.
III- les avantages de la production d’électricité à partir du gaz naturel
Du fait de son fort pouvoir méthanogène et d’une faible émission de pollutions parmi les autres combustibles fossiles, le gaz naturel possède plusieurs avantages à être utilisé pour produire de l’électricité en Afrique centrale particulièrement.
- Efficacité énergétique élevée
Le gaz naturel se distingue par son efficacité énergétique élevée, particulièrement dans les centrales à cycle combiné. Ces installations pouvant atteindre des rendements supérieur à 60% telle que la centrale à cycle combiné au gaz naturel de Bouchain en France, mise en service en 2016, a atteint un rendement record de 62,22%.
- Émissions de CO2 réduites par rapport au charbon et au pétrole
Le gaz naturel émet significativement moins de CO2 que le charbon ou le pétrole lors de sa combustion pour la production d’électricité. Selon l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE), les centrales au gaz naturel émettent en moyenne 50% moins de CO2 que les centrales au charbon pour la même quantité d’électricité produite. De plus, les centrales au gaz naturel émettent considérablement moins de polluants atmosphériques tels que les oxydes d’azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO2) et les particules fines, contribuant ainsi à une meilleure qualité de l’air.
- Flexibilité opérationnelle
Les centrales électriques au gaz naturel offrent une flexibilité opérationnelle supérieure à celle de nombreuses autres sources d’énergie. Elles peuvent être démarrées et arrêtées rapidement, et leur production peut être ajustée en fonction de la demande ce qui serait un atout dans le contexte de l’intégration croissante des énergies renouvelables intermittentes comme l’éolien et le solaire. Les centrales au gaz peuvent rapidement compenser les fluctuations de production de ces sources renouvelables, assurant ainsi la stabilité du réseau électrique.
- Coûts d’investissement relativement faibles
Comparées à d’autres technologies de production d’électricité, les centrales au gaz naturel nécessitent des investissements initiaux relativement faibles. Selon l’analyse des coûts nivelés de l’énergie (LCOE) de Lazard en 2020, les centrales à cycle combiné au gaz naturel présentent des coûts d’investissement parmi les plus bas des technologies de production d’électricité conventionnelles.
IV- Défis et solutions pour l’utilisation du gaz naturel
Les centrales à gaz pour produire l’électricité bien qu’ayant des avantages alléchants, pourraient rencontrer des défis pour leur implantation multiple en Afrique à savoir :
- Défis liés au financement et à la profitabilité
A l’instar de la plupart des projets d’infrastructures, les projets d’énergie renouvelable nécessitent d’importantes ressources financières, une longue période de construction et de retour sur investissement. Mobiliser des fonds pouvant être investis dans de tels projets demeure un défi de taille pour l’Afrique. Pour atténuer ce défi, il faudrait la mise en place de mesures et de politiques publiques adéquates, afin de permettre aux gouvernements de traduire efficacement les objectifs nationaux en mises en œuvre locales et faire intervenir les banques de développement pour fournir des garanties.
- Défis liés aux procédures administratives, à la réglementation et aux politiques publiques
Le manque de rapidité et de clarté dans les procédures et les processus décisionnels, qui sont essentiels à la création d’un bon environnement d’investissement, peuvent freiner les financements des projets énergétiques. D’une part, les parties prenantes, en particulier les décideurs, les financiers et les banquiers seraient réticents à financer ces projets, vu leur manque d’expérience et de familiarité avec ces derniers. D’autre part, les retards dans les délais de développement de projets, qui sont déterminants pour la viabilité d’un projet d’infrastructure en général, et à fortiori pour un projet d’énergie renouvelable, ont tendance à décourager les investisseurs. Pour contourner ce défi, il serait pertinent d’établir une entité publique capable d’assister les investisseurs dans la coordination administrative et les exigences de permis pour, justement, promouvoir de nouveaux investissements, mettre en place un système de réglementation solide, et un cadre juridique efficace, primordial pour établir des politiques saines en matière d’énergie. De ce fait, les décideurs et les régulateurs devraient envisager une stratégie énergétique axée sur quatre principes fondamentaux : la disponibilité de la ressource, la durabilité environnementale, la sécurité d’approvisionnement et l’accessibilité économique.
En conclusion, le gaz naturel occupe une position complexe et parfois controversée dans le paysage énergétique mondial, en particulier dans le contexte de la production d’électricité. Ses avantages indéniables en font une option attrayante pour de nombreux pays, y compris en Afrique centrale. Cependant, les défis associés au gaz naturel ne peuvent être ignorés. Les émissions de méthane, la volatilité des prix, la dépendance aux importations pour certains pays et les risques environnementaux liés à l’extraction soulèvent des questions importantes sur son rôle à long terme dans un avenir énergétique durable.
Le gaz naturel joue actuellement un rôle crucial de « pont » dans la transition énergétique, permettant une réduction rapide des émissions en remplaçant le charbon, tout en offrant la flexibilité nécessaire pour intégrer des parts croissantes d’énergies renouvelables intermittentes. Néanmoins, son utilisation doit être soigneusement évaluée et gérée pour s’aligner sur les objectifs climatiques mondiaux. Les innovations technologiques, telles que la capture et le stockage du carbone, l’utilisation de biogaz et de gaz de synthèse, et l’intégration potentielle de l’hydrogène, offrent des perspectives prometteuses pour réduire l’empreinte carbone du gaz naturel. Ces développements pourraient prolonger son rôle dans le mix énergétique tout en respectant les contraintes environnementales.
En fin de compte, l’avenir du gaz naturel dans la production d’électricité dépendra de multiples facteurs : les progrès technologiques, les politiques climatiques, les dynamiques de marché et les choix sociétaux. Son utilisation devra être adaptée aux contextes locaux et régionaux, tout en s’inscrivant dans une stratégie globale de décarbonation.
Pour les pays d’Afrique centrale et d’autres régions en développement, le gaz naturel peut offrir une opportunité de développement économique et d’amélioration de l’accès à l’électricité. Cependant, ces pays devront soigneusement équilibrer ces avantages avec les engagements climatiques à long terme et explorer des voies de développement durable.
En définitive, bien que le gaz naturel puisse jouer un rôle important dans la transition énergétique à court et moyen terme, son utilisation devra être fortement décarbonée pour atteindre les objectifs climatiques mondiaux. L’avenir énergétique durable reposera sur un mix diversifié, dominé par les énergies renouvelables, et le gaz naturel.
REFERENCES
https://www.opec.org/opec_web/static_files_project/media/downloads/publications/ASB_2022.pdf
https://donnees.banquemondiale.org/indicateur/EG.ELC.ACCS.ZS?locations=ZG
https://africa24tv.com/le-caps-prevoit-setendre-sur-6-500-kilometres-dans-11-pays
https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics.html
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