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RÉSUMÉ
Cet article démontre la possibilité de détecter des hydrates obstruant les pipelines sous-marins, in situ et sans contact, en utilisant des techniques à base de neutrons. Des expériences de radiographie de neutrons réalisées au réacteur de neutrons de Munich ont montré la possibilité de faire des observations à travers la structure épaisse des pipelines sous-marins. Des analyses d’activation avec des neutrons de matériaux semblables en composition aux hydrocarbures et aux hydrates ont démontré qu’il est tout à fait possible de détecter le début de formation de l’hydrate dans le pipeline. La voie est tracée pour fabriquer un équipement embarqué dans un véhicule commandé à distance pour les explorations sous-marines.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Sophie BOUAT : CEO de Science-SAVED, Grenoble, France
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Ludovic PINIER : Ingénieur, TechnipFMC, Paris La Défense, France
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Xavier SÉBASTIAN : Ingénieur, TechnipFMC, Paris La Défense, France
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Adrian LOSKO : Instrument Scientist, Heinz Maier-Leibnitz Zentrum, Garching, Germany
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Rudolf SCHÜTZ : Instrument Engineer, Heinz Maier-Leibnitz Zentrum, Garching, Germany
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Michael SCHULZ : Group Leader Neutron Imaging, Heinz Maier-Leibnitz Zentrum, Garching, Germany
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Zsolt REVAY : PGAA Group Leader, Heinz Maier-Leibnitz Zentrum, Garching, Germany
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Zeljko ILIC : PhD student, Heinz Maier-Leibnitz Zentrum, Garching, Germany
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Eric MAUERHOFER : Instrument Scientist, Jülich Centre for Neutron Science (Jcns-2), Peter Grünberg Institut (Pgi-4) Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich, Germany
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Thomas BRÜCKEL : Institute Director JCNS-2 and PGI-4, Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich, Germany
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Ralph GILLES : Senior Scientist, Heinz Maier-Leibnitz Zentrum, Garching, Germany
INTRODUCTION
Malgré le besoin, pour le bien de la planète, de se tourner vers les énergies vertes, quelques générations vont encore avoir à dépendre des énergies non renouvelables. Le pétrole et le gaz font partie de ces dernières et pour les distribuer depuis les sites d’extraction jusqu’aux sites d’exploitation et d’utilisation, le pipeline est la méthode de transport la plus communément utilisée. Parmi tous les gazoducs et oléoducs, les pipelines sous-marins sont indispensables car ils sont la ligne de vie de l’exploitation pétrolière maritime. Ils sont donc largement étudiés pour prévenir des défauts et dommages qu’ils subissent tout au long de leur cycle de vie. Parmi les incidents recensés, la formation d’hydrates dans les pipelines sous-marins reste l’un des phénomènes qui défie encore de nos jours l’industrie du pétrole. Localiser ces bouchons d’hydrates est donc de première importance pour pouvoir agir et s’en débarrasser. Cette localisation des hydrates qui obstruent les pipelines sous-marins doit se faire sans avoir à démonter les pipelines, c’est-à-dire à travers leurs parois très épaisses par 1 000 ou 2 000 mètres de fond. Les techniques habituellement utilisées par l’industrie du pétrole pour détecter la présence d’hydrate à l’intérieur de pipelines sont inefficaces en milieu sous-marin. Pour effectuer la localisation de ces bouchons d’hydrates in situ et sans contact direct avec les pipelines sous-marins, il est nécessaire d’utiliser une technique non destructive à base de neutrons qui, eux, sont sensibles à la différence de composition qui existe entre les hydrocarbures et les hydrates. L’efficacité de cette technique a été démontrée par cette étude et cela permet d’ouvrir les portes au développement d’un équipement transportable qui pourrait être embarqué à bord d’un véhicule sous-marin commandé à distance pour « survoler » les pipelines sous-marins afin d’y localiser les bouchons d’hydrates et permettre leur élimination.
Points clés
Domaine : Techniques d'analyse de la composition des matériaux, à base de neutrons
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Radiographie de neutrons – NAA (Neutron Activation Analysis)
Domaines d'application : Industrie du pétrole
Principaux acteurs français : Science-SAVED
– Industriels : TechnipFMC
Autres acteurs dans le monde : Research Neutron Source Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) à Garching près de Munich en Allemagne
Contact : [email protected] & https://science-saved.com/en/
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Conclusion
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3. Efficacité de la technique à base de neutrons
3.1 Transmission des neutrons
3.1.1 Simulation théorique initiale
Pour évaluer les capacités de transmission à travers le pipeline, les sections efficaces de collision avec les neutrons pour chacun des éléments composant le pipeline doivent être calculées. En première approximation, la couche isolante est du polypropylène (C2H6) avec une densité réduite et le tuyau d’acier est composé principalement de fer (Fe). Les sections efficaces (σ) ont donc été calculées pour l’hydrogène (1H), le carbone (12C) et le fer (56Fe) en fonction de l’énergie des neutrons en utilisant la base de données « Evaluated Nuclear Data File » (figure 17). Pour quelques énergies de neutrons d’intérêt, ces sections efficaces sont utilisées pour calculer les sections efficaces microscopiques (σ mic) du polypropylène (PP) et de l’acier (tableau 1, il est à noter que 1 barn est égal à 10−24 cm2). Pour rappel, la section efficace microscopique du
se calcule comme suit :
L’intensité I des neutrons transmis à travers une couche d’épaisseur d est donnée par la formule :
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Efficacité de la technique à base de neutrons
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TRAVERS (C.), TOCQUÉ (E.) - Pétrole. - Techniques de l’Ingénieur, Rubriques : Énergies/Ressources énergétiques et stockage, réf. : [BE 8 520] (2016).
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(2) - HANSEN (M.E.), DURSTELER (E.) - Economic, environmental and safety impacts of transporting oil and gas in the U.S. - The Heartland Institute, Pipelines, rails, and trucks. Strata, https://www.heartland.org/_template-assets/documents/pipelines.pdf (2017).
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(3) - HARRIS (P.T.), ALO (B.), BERA (A.), BRADSHAW (M.), COAKLEY (B.J.), GROSVIK (B.E.), LOURENÇO (N.), RENYA MORENO (J.), SHRIMPTON (M.), SIMCOCK (A.), SINGH (A.) - Chapter 21. Offshore hydrocarbon industries. - Publisher : Oxford University Press (https://www.researchgate.net/publication/284032481_Chapter_21_Offshore_hydrocarbon_industries) (2015).
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(4) - * - https://www.gazprom.com/projects/nord-stream/.
-
(5) - FANG (H.), DUAN (M.) - Chapter 6 – Submarine Pipelines and Pipeline Cable Engineering. - Book : Offshore Operation...
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