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Production de pétrole en merArticle de référence | Réf : BE8561 v1
Auteur(s) : Roland VIALLY
Date de publication : 10 janv. 2016
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L’hydrate de méthane est constitué de molécules de méthane (CH4), entourées par un solide réseau de molécules d’eau (H2O) disposées en cage d’où le nom de clathrate (du grec klathron, fermeture), aussi donné aux hydrates. La force des liaisons de van der Waals qui unissent les molécules d’eau autour de la molécule « encapsulée » ne permet de maintenir ces structures cristallines que dans certaines conditions de pression (forte pression) et de température (basse température).
On classe généralement les hydrates en trois familles qui dépendent de la géométrie des cages formées par les molécules d’eau. En fonction du type de cristallisation, la taille de la « cavité » dans laquelle est piégée la molécule « hôte » diffère et peut ainsi varier entre 0,4 et 0,9 nm.
Structures cubiques I (sI). C’est ce type d’hydrates que l’on rencontre le plus fréquemment dans la nature. Elles ne peuvent recevoir que des molécules de faible diamètre comme le méthane et l’éthane. Dans cette configuration, la cage est formée par 46 molécules d’eau agencées en 2 petites cages et 6 cages plus grandes (figure 5).
Structures cubiques II (sII) et hexagonales H (sH). Elles peuvent accueillir des molécules plus grosses comme le propane ou l’isobutane mais sont moins fréquentes dans la nature.
À pression normale et à température ambiante, la cage de molécules d’eau se dissocie et libère une quantité considérable de méthane : lorsque l’hydrate « fond », 1 m3 d’hydrate de méthane produit 164 m3 de méthane mais aussi 810 litres d’eau.
La thermodynamique et la cinétique de formation des hydrates de méthane ont été particulièrement étudiées par l’industrie pétrolière et gazière du fait du danger que représente la formation de « bouchons » d’hydrates dans les installations de production notamment dans l’offshore profond (encadré 1). Les études, rendues très complexes par la multitude des paramètres affectant les équilibres de phase et les cinétiques de formation/dissolution des hydrates reposent sur des modélisations thermodynamiques ...
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(1) - World Energy Outlook - * - Agence Internationale de l’Énergie (2014) http://www.iea.org/bookshop/477-World_ Energy_Outlook_2014
(2) - HUREAU (G.), VIALLY (R.) - Nouvelles découvertes de pétrole et de gaz. - Fiche Panorama (2014) http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/ Publications/Etudes-disponibles/Notes- de-synthese-Panorama/Panorama-2014
(3) - HUREAU (G.), VIALLY (R.) - Nouvelles découvertes de pétrole et de gaz conventionnels. - Fiche Panorama (2015) http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/ Publications/Etudes-disponibles/Notes-de- synthese-Panorama/Panorama-2015
(4) - VIALLY (R.) - Hydrocarbures de roche-mère. - [BE 8 559] Revue Techniques de l’Ingénieur, oct. 2014 http://www.techniques-ingenieur.fr/res/pdf/ encyclopedia/42215210-be8559.pdf
(5) - HARRISON (S.E.) - Natural gas hydrates - (2010) http://large.stanford.edu/courses/2010 /ph240/harrison1/
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Organismes d’études sur les hydrates de gaz
Sugar Project (GEOMAR), Allemagne http://www.geomar.de/en/research/fb2/fb2-mg/projects/ sugar-2-phase/
Recorder, Canada https://csegrecorder.com/
IFREMER, les hydrates de gaz naturel, France http://wwz.ifremer.fr/grands_fonds/Les-enjeux/ Les-applications/Ressources-energetiques/Les-hydrates-de-gaz
École Nationale supérieure des Mines de Saint-Étienne, GAS HYDRATES DYNAMICS CENTER, France http://www.emse.fr/fr/transfert/spin/depscientifiques/ GENERIC/hydrates/
MH21 Research consortium, Japon http://www.mh21japan.gr.jp/english/
Arctic Gas Hydrate, environment and Climate, Norvège https://cage.uit.no/
GNS Science, Nouvelle-Zélande http://www.gns.cri.nz/Home/Our-Science/Energy-Resources/ Gas-Hydrates
Center for gas hydrate research (Heriot Watt Institute of Petroleum Engineering), UK http://www.pet.hw.ac.uk/research/hydrate/
Center for Hydrates Research (Colorado School of Mines), États-Unis http://hydrates.mines.edu/CHR/Home.html
U.S. Geological survey Gas hydrates Project, États-Unis http://woodshole.er.usgs.gov/project-pages/hydrates/...
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