IV. ENVIRONNEMENT
2. POLLUTION : TRAITEMENT DES EAUX DE REJET EN PRODUCTION
o Les eaux de production o Les eaux de purges
o Les eaux de pluie et de lavages
o Les eaux contenant des produits chimiques o Les eaux domestiques
Les produits contenus dans les effluents sont :
o En suspension dans l’eau : hydrocarbures (HC) et matières en suspension (MES)
o Ou dissous : sels, matières organiques (additifs, sulfures solubles, alcools, hydrocarbures dissous).
En production pétrolière, nous retrouvons principalement des hydrocarbures en suspension qui peuvent être présents dans les eaux, soit à l’état libre ou faiblement émulsionnés (cas des eaux pluviales), soit à l’état d’émulsions (cas des eaux de production et de procédé). La dispersion et la taille des gouttelettes d’huile émulsionnée, dépendent de la « vie de l’eau » depuis la formation productrice.
Deux principaux types d’émulsions existent :
o Les émulsions purement mécaniques : lies aux accidents de conduites, duses, pompes qui créent des émulsions plus ou moins fines.
o Les émulsions stabilisées chimiquement : liées à la présence de produits tensio-actifs (inhibiteurs de corrosion, bactéricides, désémulsifiants) qui créent des émulsions plus fines et plus stabilisées par polarisation des interfaces entre goutte d’HC et le milieux aqueux.
Les hydrocarbures peuvent être également présents à l’état dissous, la solubilité étant fonction de la nature des hydrocarbures, de la température et de la pression.
A titre d’exemple :
o Pour un brut classique, la teneur en HC dissous à pression atmosphérique et à température ambiante, est inférieure à 15/20 mg/l,
o Pour une gazoline, 20/40 mg/l d’HC peuvent être dissous, pour les HC aromatiques (Styrène, Benzène) la quantité dissoute est de plusieurs centaines de mg/l.
Les matières en suspension sont en général minérales (sables, silts, argiles…) mais on peut trouver des colloïdes (silice colloïdale). Elles proviennent du gisement, des entraînements par les réseaux pluviaux de surface ou du déséquilibre de l’eau dans les conditions de surface (exemple : précipitations de carbones).
Les autres polluants de l’eau en production sont en général présents sous forme dissoute, plus rarement sous forme de précipités ou de floculats. Citons :
o Les composés soufrés sous forme de mercaptans,
o Les sels dissous qui peuvent être considérés à terre comme des polluants, o Les additifs (bactéricides, inhibiteurs de corrosion) souvent à l’état de traces, o Les alcools utilisés comme inhibiteurs d’hydrateurs sur les champs à gaz o Certains composés polaires du brut,
o Etc…
2.1 Rejets, élimination et environnement
Rejets :L’élimination des effluents s’effectuera :
o Soit par déversement dans le milieu naturel, o Soit par réinjection dans la formation productrice, o Soit par injection dans une couche profonde,
o Soit par évacuation vers un centre spécialisé (centre urbain, usine…)
Environnement :
Lorsque l’on parle de pollution dans le cadre d’activités d’exploration, de production/exploitation, on fait principalement référence aux HC.
2.2 Réglementation sur les rejets
La réglementation en la matière étant évolutive et incomplète dans nombre de pays ou interviennent les compagnies pétrolières, il est toujours nécessaire de la faire préciser par l’autorité spécialisée.
En mer :
Au-delà des eaux territoriales (12 miles nautiques), à défaut de réglementation nationale en vigueur concernant le plateau continental, on appliquera les recommandations régionales et/ou internationales :
o Convention MARPOL (convention internationale),
o Convention de Paris (PARCOM) pour la mer du Nord et adjacente, o Convention de Barcelone pour la Méditerranée.
o Convention d’Abidjan pour le Golfe de Guinée (les conventions régionales se réfèrent toutes à la convention MARPOL).
Il faut distinguer deux types de rejets d’eau :
o Les eaux usées des réseaux de drainages ouverts, qui relèvent de la convention de MARPOL, ne doivent pas contenir plus de 15 ppm d’hydrocarbures.
o Les eaux liées à la production du pétrole auxquelles on associe les eaux de déplacement de stockage sous-marins relèvent de la réglementation locale si elle existe, si non de la convention régionale.
A l’exception de quelques pays qui ont fixés des teneurs en hydrocarbures : France 20 ppm, riverains de la mer Baltique 15 ppm, Norvège variable…il semble se créer un consensus autour de la valeur de 40 ppm moyenne mensuelle. La tendance Golfe de Guinée est de suivre les recommandations des Conventions de Paris et de Barcelone.
On retiendra donc pour le moment comme cibles en mer :
o Eaux issues de réseaux de drainages ouverts : 15 ppm d’hydrocarbures o Eaux liées à la production du pétrole : 40 ppm d’hydrocarbures
A terre :
A défaut de réglementation nationale en vigueur, on appliquera les réglementations : régionales plus contraignantes.
o Eaux liées à la production du pétrole : 20 ppm d’hydrocarbures (teneur déterminée par analyse aux infrarouges)
o Réglementation sur :
- La salinité (doit être <10 ou 15 g/l), - Les matières en suspension (MES),
- La teneur en matières organiques biodégradables ou non, - Les toxiques,…
D’autres contraintes réglementaires peuvent exister sur les limitations de bruit et d’odeurs. Dans les activités d’exploration/production, les compagnies pétrolières sont souvent contraints de limiter les pollutions physiques par HC et les pollutions chimiques salines ou toxiques. Les contraintes étant en général, plus sévères en onshore qu’en offshore.
2.3 Les principaux procédés de traitements des eaux
Les procédés de traitements qui s’adresse à l’élimination des polluants en suspension sont fondés le plus souvent sur les principes de la séparation gravitaire avec ou sans additif (procédés physiques ou physico-chimiques). Pour l’élimination des polluants dissous, des procédés physiques ou biologiques peuvent être utilisés.
Elimination des polluants en suspension :
Le principal polluant étant les hydrocarbures, les techniques de déshuilage seront, en général, basées sur les principes de séparation gravitaire et notamment sur l’accroissement de la vitesse de décantation des gouttes d’HC pour qu’elles soient interceptées le plus rapidement possible. Cette vitesse est fonction de plusieurs paramètres et s’exprime par la loi de Stokes qui permet de dimensionner les ouvrages de séparation gravitaire simple. On peut aussi accroître cette vitesse ascensionnelle par l’intermédiaire de procédés de traitement qui modifient préférentiellement certains paramètres tels que :
- Centrifugation et cyclonage sont des séparations par force centrifuges : procédé dynamique pour la centrifugation et statique pour les hydrocyclones.
- La flottation : procédé qui consiste à disperser des microbulles d’air ou de gaz dans le milieu liquide, de façon à générer des turbulences qui font « coalescer » les
particules d’huiles entre elles. Les bulles de gaz peuvent s’accrocher aux gouttelettes HC pour en diminuer la densité apparente. Ces effets sont accrus par l’addition d’additifs de flottation, qui sont nécessaires pour déstabiliser les émulsions chimiques.
- La coagulation-floculation : procédé qui consiste à permettre le rassemblement des particules en suspension, pour les faire décanter, par l’intermédiaire d’additifs, minéraux, du type chlorure ferrique ou du type organique polyelectrolyte.
- La coalescence : procédé qui consiste à faire fusionner des gouttes de petit diamètre pour en générer de plus grosses, souvent par l’intermédiaire d’un matériau fibreux ou granulaire.
Elimination des polluants dissous :
Il s’agit de produits solubilisés dans l’eau (hydrocarbures dissous) ou « solubilisables » après transformation (sulfures transformés en H2S par acidification). Les techniques utilisables de traitement font souvent appel au « stripping » ou à d’autres procédés d’extraction.
Pour les matières organiques à l’état de traces (produits chimiques de production), les techniques d’adsorption sur charbon actif peuvent être utilisées (techniques très coûteuses). Pour les eaux glycolées des champs à gaz, l’élimination des alcools peut être réalisée par voie biologique, les bactéries adaptées au milieu en aérobiose transforment le carbone présent en produits de dégradation, dont le stade ultime est le gaz carbonique (CO2) et de l’eau (H2O).