Dossier : Énergie et digital

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Décryptages

Le digital dans l’exploitation pétrolière et le raffinage

Le digital est utilisé depuis de nombreuses années dans l’exploration et la production des hydrocarbures et dans le raffinage. Mais la masse de données récoltées croît de façon exponentielle et modifie profondément les processus industriels et les façons de travailler.

La modélisation digitale des installations industrielles bouleverse les conditions du travail et permet des interventions à distance. © THINKSTOCK

Les capteurs

L’exploration des gisementsUn gisement est une accumulation de matière première (pétrole, gaz, charbon, uranium, minerai métallique, substance utile…)... d’hydrocarburesLes hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène..., notamment par la sismique de réflexionLa sismique de réflexion est une sorte d’échographie du sous-sol... (Voir le décryptage : « La localisation d’un possible gisement d’hydrocarbures »), utilise depuis de nombreuses années les techniques d’analyse digitale. Elles ont permis notamment d’établir des images des gisements potentiels, d’abord en 2D, puis en 3D, et maintenant en 4D, c’est-à-dire avec une évolution dans le temps. Après le forageUn forage consiste à creuser un trou dans le sous-sol grâce à une machine adaptée..., on enregistre des mesures complémentaires grâce à des capteurs descendus dans les puitsDésigne la cavité cylindrique creusée dans le sous-sol par un forage... pour évaluer la pression, les températures, les propriétés des roches. Ces méthodes constituent la diagraphieLes diagraphies sont des mesures physiques effectuées dans les puits de forage....

La tendance aujourd’hui est à la multiplication de ces capteurs. Des recherches sont menées pour qu’ils soient aussi de plus en plus petits, de plus en plus autonomes. Les grandes compagnies pétrolières se sont regroupées au sein d’un consortiumUn consortium est un groupement de personnes physiques ou morales, publiques ou privées... international, Advanced Energy Consortium1, qui travaille notamment à la miniaturisation des capteurs, pour aller vers des éléments de quelques millimètres carrés grâce à l’utilisation des nanotechnologies.  L’objectif est de pouvoir laisser ces capteurs en permanence au fond des puits, ce qui pose le problème de leur résistance à la pression et à la chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière..., mais aussi de leur autonomie de fonctionnement, qui suppose un système de batteries et de transmission.

Ce big data collecté est transporté vers des centres d’analyse spécialisés, dotés de supercalculateurs. Il va fournir des indications multiples et très fines sur une série de facteurs (l’écoulement des hydrocarbures, la présence d’eau, etc) qui vont permettre d’améliorer l’extraction et de rationaliser la gestion du gisement.

L’analyse des données digitales du fonctionnement d’une machine permet de prévoir la survenue d’une panne.

La maintenance prédictive

Les capteurs sont de plus en plus utilisés dans l’industrie en général, et notamment le raffinageEnsemble des opérations industrielles permettant d'élaborer divers produits pétroliers (gaz, essences, fiouls, bitumes…) à partir de pétroles bruts. . Connectés aux machines, ils enregistrent en continu les données du fonctionnement en régime normal. On pourra alors, en les analysant, détecter les signaux faibles qui s’écartent de cette normale et donc anticiper des problèmes avant qu’ils n’aboutissent à des pannes. C’est ce qu’on appelle la maintenance prédictive.

Les progrès considérables réalisés en matière de transport de ces données ont permis de centraliser leur traitement. Il s’effectue dans des centres de contrôle, les smart rooms, qui permettent un pilotage à distance. Cette méthode est très utile par exemple sur les raffineries, qui s’étendent sur des kilomètres carrés.

La robotique

L’usine du futur s’appuie également sur l’essor de la robotique, c’est-à-dire des appareils qui puissent travailler, sur terre ou au fond de la mer, de façon autonome2. Ils sont particulièrement utiles pour effectuer des inspections de routine sur des sites d’exploitation isolés.

Les drones commencent à être largement utilisés. Dans l’exploration pétrolièreEnsemble des méthodes mises en œuvre pour découvrir de nouveaux gisements d'hydrocarbures. , ils font de l’imagerie 3D qui permet aux géologues d’utiliser depuis leur bureau toute l’information récoltée sur le terrain. Ils contrôlent les pipelines sur de longues distances. Dans les raffineries, ils peuvent vérifier le haut d’une colonne de distillation sans qu’il soit nécessaire de dresser un échafaudage, ou encore prélever des gaz pour vérifier un risque de pollution.

Le travail en mobilité

La digitalisation est susceptible de bouleverser dans les années à venir les conditions mêmes du travail. Peu à peu, toutes les installations sont modélisées en 3D, avec les documentations techniques afférentes. Quand un opérateur intervient sur une pièce, il peut travailler sur le modèle numérique, consulter à distance la salle de contrôle, avant d’intervenir. Une limitation, dans le secteur des hydrocarbures, est que les matériels utilisés doivent répondre à des normes d’« anti-explosivité », ce qui les rend quelquefois en retard sur les outils de la vie quotidienne.

Les vêtements eux-mêmes (combinaisons, casques, gants, chaussures, etc) seront dans un avenir proche de plus en plus connectés. Des laboratoires travaillent sur des visières de casque à réalité augmentée qui projettent des informations dans le champ visuel de l’opérateur et lui permettent d’avoir les mains libres pour travailler. Les vêtements connectés peuvent aussi fournir des indications médicales qui assurent une meilleure sécurité.

 

Sources :

(1) Consortium