Un guide pour la surveillance et la quantification des émissions de méthane du secteur pétrolier et gazier

Plus d'un an après la signature par 110 pays de l'Engagement mondial sur le méthane lors de la COP26 à Glasgow, les nations commencent à progresser dans la mise en œuvre de réglementations visant à réduire les émissions de méthane.

Il est temps d'agir 

Le méthane a un pouvoir de réchauffement plus de 80 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone sur une période de 20 ans et est responsable de 0,5°C du réchauffement que la Terre a connu depuis l'ère préindustrielle. En raison de sa puissance et de sa courte durée de vie par rapport au dioxyde de carbone - le méthane ne reste dans l'atmosphère que 12 ans -, la réduction de la pollution par le méthane est le moyen le plus rapide de ralentir l'accélération du réchauffement de la planète. Nous ne pouvons pas limiter le réchauffement climatique à 1,5 ou 2 degrés sans réduire radicalement les émissions anthropiques de méthane. 

Pourtant, selon la National Oceanic and Atmospheric Administration des États-Unis, la concentration de méthane dans l'atmosphère augmente, et ce de plus en plus rapidement, avec la plus forte hausse jamais enregistrée en 2021. Les émissions anthropiques sont l'un des principaux facteurs de cette augmentation. Au cours de cette décennie, nous devons réaliser des progrès significatifs en matière de réduction des émissions dans les trois principaux secteurs émetteurs de méthane - l'énergie, l'agriculture et les déchets - mais certaines des plus grandes opportunités se trouvent dans le secteur de l'énergie, en particulier le pétrole et le gaz. 

L'industrie pétrolière et gazière est l'un des principaux pollueurs de méthane, responsable de 21 % de toutes les émissions anthropiques. Le méthane, qui est le principal composant du gaz fossile, est libéré à tous les stades de la chaîne de production du pétrole et du gaz, de l'extraction et du traitement aux phases de transport. Certains de ces rejets sont intentionnels. C'est le cas dans certaines opérations d'extraction pétrolière, où le gaz extrait en même temps que le pétrole est considéré comme un déchet et est soit rejeté dans l'atmosphère (évent), soit brûlé (torche). Le gaz est également rejeté intentionnellement au cours des procédures de maintenance ou par des équipements qui émettent du gaz de par leur conception, comme les contrôleurs automatiques de vannes pneumatiques qui sont actionnés par du gaz fossile sous pression. Les autres types de rejets sont des émissions involontaires omniprésentes. Le méthane s'échappe de vannes qui fuient, de trappes ouvertes, de réservoirs de stockage mal entretenus, etc. Au total, l'élimination des évents, des torchères et des fuites représente une énorme opportunité pour la réduction des émissions de méthane. Dans de nombreux cas, le gaz économisé peut être vendu, ce qui rend les efforts de réduction des émissions rentables.

Il y a quelques années encore, la détection des fuites et la quantification des émissions étaient une tâche lente et coûteuse. Heureusement, cela a changé. Nous avons fait l'expérience de ce changement en direct. Depuis deux ans, nous documentons les émissions de méthane dans les installations pétrolières et gazières du monde entier à l'aide d'une FLIR GF320, l'une des nombreuses caméras optiques d'imagerie gazeuse disponibles sur le marché, pour trouver et identifier les fuites de méthane. Depuis février 2021, nous avons visité plus de 500 sites dans 15 pays, principalement en Europe. Nous avons trouvé des émissions provenant de torchères, de dysfonctionnements des équipements et de fuites sur près de 70 % des sites que nous avons visités. Sur la base de ces résultats, nous avons lancé une campagne en Europe, #CutMethaneEU, pour sensibiliser au problème de la pollution au méthane dans l'industrie pétrolière et gazière. Nous sommes désormais convaincus que l'ensemble croissant d'outils peut étayer une politique intelligente qui nous aidera à éliminer efficacement la pollution par le méthane. 

Surveillance et quantification des émissions 

Grâce aux récentes avancées technologiques, l'industrie pétrolière et gazière, les scientifiques et les autorités peuvent désormais exploiter un ensemble croissant d'outils qui peuvent les aider à détecter et à quantifier les émissions de méthane. Qu'il s'agisse de caméras portatives spécialisées qui aident les techniciens à localiser les fuites ou d'instruments spatiaux capables de quantifier les émissions régionales, ces outils modifient notre compréhension des émissions de méthane et élargissent les approches disponibles en matière de fixation d'objectifs, de surveillance et de conformité. 

La première tâche que ces technologies facilitent est le dépistage rentable des fuites de méthane dans les installations pétrolières et gazières et la localisation exacte de la fuite pour permettre sa réparation. La surveillance fréquente des fuites de méthane fait partie intégrante des opérations de sécurité et des normes environnementales. Les régulateurs et les opérateurs cherchent donc des moyens de rendre les programmes de détection et de réparation des fuites (LDAR) utilisant ces technologies aussi efficaces et rentables que possible. La fréquence et l'efficacité de ces travaux sont cruciales, car même une petite fuite non détectée pendant une longue période peut libérer une quantité importante de méthane dans l'atmosphère. 

La deuxième tâche cruciale réalisée par les nouvelles technologies est la quantification des émissions de méthane à différentes échelles, de l'équipement au niveau national, qui peut servir à de nombreux objectifs. Par exemple, la quantification des émissions au sein d'une installation peut aider les décideurs à comprendre l'importance relative des sources d'émissions et à hiérarchiser les mesures d'atténuation en conséquence. Des informations fiables sur l'intensité totale des émissions d'une entreprise (c'est-à-dire la quantité d'émissions de méthane rejetée lors de la production d'un baril de pétrole ou d'un mètre cube de gaz) peuvent aider les acheteurs à se procurer du pétrole et du gaz qui répondent à leurs normes environnementales et qui leur permettront de réduire leurs émissions indirectes. Aux niveaux régional et national, la quantification et le suivi des émissions de méthane sont nécessaires pour se conformer à la réglementation, pour fixer des objectifs de réduction du méthane et en assurer le suivi, et pour rendre compte des émissions de méthane aux organismes internationaux.

Jusqu'à présent, les émissions de l'entreprise au niveau national sont calculées selon une approche "ascendante", c'est-à-dire en se basant sur la quantité des différents types d'équipements utilisés par chaque site ou entreprise (nombre de réservoirs, kilomètres de canalisations, etc.) et sur les informations relatives aux émissions typiques de chacun de ces types d'équipements (également appelées "facteur d'émission" de l'équipement). ) et des informations sur les émissions typiques de chacun de ces équipements (également appelées "facteur d'émission" de l'équipement). Malheureusement, ces facteurs d'émission sont souvent obsolètes, ne reflètent pas les conditions dans lesquelles chaque équipement fonctionne et, très généralement, ne tiennent pas compte des conditions de fonctionnement anormales telles que les dysfonctionnements ou la maintenance. 

Heureusement, le nombre croissant de nouvelles solutions de surveillance disponibles favorise à la fois la détection et la quantification des émissions de méthane tout au long de la chaîne de valeur du pétrole et du gaz. Fondées sur l'essor de technologies clés, telles que l'électronique miniaturisée, les algorithmes avancés et l'accès peu coûteux à l'espace, et alimentées par une sensibilisation internationale accrue aux impacts du méthane, ces nouvelles solutions ont le potentiel d'améliorer considérablement notre capacité à identifier et à traiter les sources de pollution par le méthane. La variété des solutions est vaste et comprend des instruments exploités depuis le sol, l'air et l'espace.

Instruments au sol

Les instruments au sol comprennent des instruments mobiles ou fixes qui utilisent des techniques spectroscopiques, optiques, acoustiques et de bilan massique. Ils comprennent des caméras infrarouges portatives d'imagerie des gaz, comme celles utilisées par CATF comme décrit ci-dessus, qui visualisent les émissions au fur et à mesure qu'elles se produisent à partir d'une source de fuite ou de ventilation individuelle, et des capteurs fixes qui surveillent en permanence une zone pour détecter la présence accrue de méthane dans l'air. Certains dispositifs au sol peuvent quantifier les fuites, tandis que d'autres sont utilisés principalement pour la détection.

Instruments aéroportés

Les instruments aéroportés sont des appareils de mesure mobiles fixés aux avions et, de plus en plus, aux drones. Les mesures effectuées par ces instruments comprennent des caméras spectroscopiques avancées pour détecter les panaches de méthane sous un avion et des instruments utilisés pour quantifier les concentrations de méthane dans l'air traversé par un avion. Ces données sont combinées avec des informations sur le vent et des algorithmes avancés pour détecter les émissions et quantifier leur ampleur. Les campagnes de mesures aériennes sont gourmandes en ressources mais se sont avérées très efficaces pour cartographier les émissions de sources ponctuelles et le flux total de méthane de régions de production entières, comme le bassin permien aux États-Unis. 

Instruments spatiaux

Les instruments spatiaux comprennent une gamme de caméras multispectrales et hyperspectrales avancées montées sur des satellites. Certains instruments sont conçus pour caractériser les concentrations de méthane dans l'atmosphère sur de grandes étendues, telles que les bassins de production et les zones humides tropicales, tandis que d'autres instruments sont conçus pour détecter les grandes sources d'émissions (appelées "super-émetteurs" et "ultra-émetteurs" en fonction de leur taille), provenant d'installations situées dans le monde entier.

Les caméras aéroportées et spatiales sont les technologies qui ont suscité le plus d'enthousiasme ces dernières années. Ces instruments peuvent être utilisés pour cartographier les émissions de méthane sur de vastes zones et ont déjà modifié notre compréhension des émissions, en mettant en évidence que de très gros émetteurs, auparavant inattendus, sont en fait omniprésents. Combinées à des techniques de modélisation avancées, ces mesures permettent d'estimer les émissions totales de grandes zones de production de pétrole et de gaz, démontrant à plusieurs reprises que les estimations actuelles des émissions selon la méthode ascendante sont sous-estimées. Une nouvelle génération d'instruments satellitaires à haute résolution, tels que le satellite canadien GHGSat, promet de détecter et de quantifier les émissions au niveau des installations individuelles, ce qui contribuera directement à la comptabilisation du méthane total et à l'orientation des programmes d'atténuation. Il est important de noter que ces instruments ne nécessitent pas d'accès à l'installation, de sorte qu'ils peuvent être utilisés par les régulateurs, les investisseurs et d'autres parties prenantes pour vérifier de manière indépendante les émissions déclarées par les entreprises.

Malgré ces progrès rapides, la technologie satellitaire actuelle et prévue présente certaines limites. Les limites minimales de détection sont actuellement élevées (environ 500 kg par heure pour les ensembles de données disponibles gratuitement et 100 kg par heure pour les ensembles de données commerciales), ce qui signifie qu'ils ne sont pas en mesure de "voir" de nombreuses sources d'émissions plus petites mais potentiellement répandues qui se situent en dessous de ce seuil. Bien que ces limites de détection devraient être ramenées à 50-100 kg par heure pour certains ensembles de données disponibles gratuitement (par exemple, Carbon Mapper) en 2023, elles seront toujours bien supérieures aux limites de détection des instruments aéroportés et terrestres. En outre, les instruments spatiaux ne peuvent pas encore détecter le méthane la nuit, ne peuvent pas voir à travers les nuages et rencontrent des difficultés sur des terrains très hétérogènes (par exemple, les régions montagneuses). Certaines de ces limitations peuvent être surmontées par de nouvelles conceptions d'instruments et de meilleurs algorithmes. Par exemple, ce n'est que récemment que les chercheurs ont prouvé que les satellites pouvaient être utilisés pour surveiller les émissions des plates-formes offshore, un exploit qui était considéré comme irréalisable auparavant. D'ici 2025, certaines estimations suggèrent que les satellites seront en mesure d'imager environ 50 % des émissions de sources ponctuelles dans le monde.

Au-delà des développements purement technologiques, le prochain grand défi consiste à transformer l'ensemble actuel de technologies prometteuses en un système de surveillance utile qui permettra de prendre des mesures pour réduire les émissions de méthane. Cela doit se faire dans au moins trois directions. Premièrement, il est nécessaire de développer des normes et des installations d'essai reconnues au niveau mondial qui seront utilisées pour évaluer l'efficacité de chaque technique de mesure proposée. L'élaboration de ces normes permettra d'instaurer la confiance dans les données fournies, de réduire les obstacles à l'entrée de nouveaux acteurs sur le marché et de permettre une diffusion rapide des nouvelles technologies dans le monde entier. Deuxièmement, les différentes technologies doivent être intégrées dans un système d'observation à plusieurs niveaux qui combinera leurs forces pour surveiller de manière adaptative les émissions à différentes échelles. Les efforts visant à mettre en place un tel système sont dirigés par l'Observatoire international des émissions de méthane, qui fait partie du Programme des Nations unies pour l'environnement et qui combinera les observations de différentes plates-formes satellitaires pour assurer une surveillance mondiale des événements à forte émission. Troisièmement, l'industrie doit adopter des protocoles de mesure et de rapport détaillés qui l'aideront à effectuer des mesures de manière robuste et fiable. De tels protocoles sont déjà en cours d'élaboration, par exemple dans le cadre du Partenariat pour le méthane du pétrole et du gaz (OGMP) 2.0, dirigé par le Programme des Nations unies pour l'environnement et la Coalition pour le climat et l'air pur, et dans l'initiative Veritas dirigée par la société américaine GTI Energy. Toutefois, la convergence et l'adoption plus large de ces protocoles sont nécessaires pour permettre des résultats rapides en matière d'atténuation. Les développements dans ces directions constituent le fondement sur lequel une politique intelligente et fondée sur les données peut être élaborée et mise en œuvre.

Encadrer les arguments en faveur de l'atténuation des émissions de méthane 

Les arguments en faveur d'une réglementation stricte du méthane issu du pétrole et du gaz dans le monde entier sont clairs. La réglementation des émissions de méthane de ce secteur est l'une des mesures les plus rapides, les plus rentables et les plus efficaces que les gouvernements puissent prendre pour atteindre leurs objectifs climatiques. L'Agence internationale de l'énergie (AIE) estime que l'industrie pétrolière et gazière peut éliminer près de 75 % des émissions de méthane dans le monde en utilisant les technologies disponibles aujourd'hui, à un coût faible, voire nul. Cette estimation se fonde sur le prix moyen du gaz entre 2017 et 2021, qui était bien inférieur au prix moyen du gaz pour 2022. Des prix du gaz plus élevés, comme ceux observés au cours de l'année dernière, signifient qu'il est possible de réduire encore plus les émissions à coût nul, voire de manière rentable. 

Les gouvernements n'ont pas non plus besoin de partir de zéro : un certain nombre de réglementations et de meilleures pratiques efficaces peuvent les guider dans leur travail. À l'adresse Clean Air Task Force, nous avons compilé et publié un Compendium of Leading North American Regulations and Emission Standards, qui contient les meilleures réglementations de leur catégorie pour chaque grande source d'émissions spécifiques, y compris les exigences de contrôle, la surveillance, la tenue de registres et les règles de déclaration pour chacune. Nous avons également conçu le Country Methane Abatement Tool (CoMAT), un logiciel qui guide les ministères de l'environnement et du climat dans la conception de stratégies réglementaires appropriées pour réduire le méthane provenant du ministère du pétrole et du gaz dans un pays donné.

De nombreuses autres ressources sont disponibles. Par exemple, l'AIE dispose d'une vaste liste de ressources techniques visant à comprendre et à quantifier les émissions de méthane à l'échelle nationale et régionale, ainsi que d'un guide destiné aux gouvernements et aux décideurs politiques sur la manière de concevoir et de mettre en œuvre des réglementations spécifiques au méthane. Une autre ressource clé est le guide des meilleures pratiques du Partenariat pour les principes directeurs relatifs au méthane, qui contient une liste détaillée des technologies et protocoles disponibles pour atténuer les émissions de méthane tout au long de la chaîne de valeur du pétrole et du gaz. Ces lignes directrices prennent en compte même les étapes initiales d'un projet, de l'ingénierie à la construction en passant par la conception. 

Si toutes les directives précédentes couvrent la majeure partie de la chaîne de valeur du pétrole et du gaz et certaines parties du cycle de vie des puits de production, aucune ne comprend de directives d'atténuation pour les puits abandonnés. Jusqu'à ces dernières années, les émissions des puits abandonnés étaient mal analysées et mal comprises. Nous savons maintenant que les émissions des puits abandonnés peuvent varier de plusieurs ordres de grandeur et plus tôt nous commencerons à exiger des pratiques pour empêcher que les puits soient abandonnés sans être correctement bouchés, mieux nous nous attaquerons à cette source d'émissions.

Faire avancer les politiques dans le monde entier

Une dynamique en faveur d'une réglementation plus forte et plus intelligente commence à se mettre en place dans le monde, les pays se fixant des objectifs ambitieux de réduction du méthane issu du pétrole et du gaz. En 2022, le Nigeria est devenu le premier pays subsaharien à réglementer les émissions de méthane provenant de son secteur pétrolier et gazier, tandis que la Colombie a été la première à le faire en Amérique du Sud. La même année, le Mexique s'est engagé à élaborer un plan d'investissement et de mise en œuvre afin d'éliminer la ventilation et le torchage de routine. En Amérique du Nord, les États-Unis ont récemment annoncé un objectif de réduction de 87 % des émissions de méthane provenant de sources couvertes d'ici 2030 par rapport aux niveaux de 2005, par le biais de réglementations récemment proposées, qui comprennent également la création d'un nouveau "programme de réponse aux superémetteurs". Le Canada élabore actuellement un cadre réglementaire qui permettra de réduire d'ici à 2030 les émissions de méthane provenant du pétrole et du gaz de 75 % par rapport aux niveaux de 2012. L'Union européenne est à un stade avancé de la préparation d'une réglementation sur le méthane, intégrant des aspects du cadre de mesure OGMP 2.0, qui vise à réduire, quantifier et déclarer les émissions de méthane de cette industrie.

Parallèlement à l'élaboration et à la mise en œuvre de ces approches réglementaires, les nouveaux développements technologiques sous-tendent les efforts récents visant à coordonner les importateurs et les exportateurs d'énergie pour réduire les émissions de méthane tout au long de la chaîne de valeur. Par exemple, les États-Unis, l'Union européenne, le Japon, le Canada, la Norvège, Singapour et le Royaume-Uni ont publié une déclaration commune des importateurs et exportateurs d'énergie sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre provenant des combustibles fossiles, dans laquelle ils s'engagent à réduire les émissions de gaz à effet de serre tout au long de la chaîne de valeur de l'énergie fossile, sur la base d'une mesure et d'une déclaration solides et transparentes des émissions mondiales de méthane. L'Union européenne, qui est le plus grand importateur de gaz au monde, envisage dans le règlement sur le méthane actuellement en discussion l'utilisation de technologies descendantes pour surveiller les émissions de méthane en dehors de ses frontières. L'Union européenne devra explorer les voies permettant de fixer des normes d'émission de méthane pour le gaz importé si elle veut faire preuve de leadership international sur ce front. 

En bref, le secteur pétrolier et gazier est l'un des principaux moteurs de l'augmentation des concentrations de méthane dans l'atmosphère mondiale. Les fuites de méthane de cette industrie sont imprévisibles et se produisent tout au long de la chaîne de valeur du pétrole et du gaz. Afin d'améliorer les estimations des émissions de méthane et de faciliter leur réduction, nous devons passer des méthodes traditionnelles d'estimation des fuites de méthane qui traitent les taux d'émission comme des facteurs constants, à de nouvelles approches descendantes qui quantifient les émissions en temps réel à l'échelle locale, régionale et mondiale. Il est donc essentiel que les politiques d'atténuation dans le monde entier utilisent les nombreuses avancées récentes des technologies de détection des fuites de méthane pour façonner et cibler les efforts d'atténuation.

Cet article a été initialement publié dans l'édition de février 2023 du magazine AWE.