Soutenance mémoire
Les pipelines destinés au transport d’hydrocarbures
On désigne par « pipelines », les oléoducs ou gazoducs qui sont des canalisations de diamètres pouvant aller de 1 à 42’’, voire plus. Celles-ci sont le plus souvent en acier, constituées d’éléments linéaires soudés bout en bout, et dans lesquelles transitent, sous des pressions relativement élevées, des produits pétroliers, liquides ou gazeux. Ces produits pétroliers sont propulsés par des installations de pompage ou de compression. Un pipeline est aussi une canalisation qui traverse les terrains les plus variés. Ses caractéristiques principales (diamètres, épaisseur, type d’acier, spécifications de construction, température et pression d’exploitation…) sont régies par tout un ensemble de règles et font l’objet de multiples calculs et de compromis économiques. Le diamètre d’une canalisation est déterminé en fonction du débit des produits à acheminer, de leur viscosité et de leur densité, de façon à réaliser un compromis économique entre la puissance des stations de pompage ou de compression à installer et l’importance de l’investissement total à réaliser. Lorsque les considérations technico-économiques ont ainsi permis de fixer le diamètre, et d’ailleurs également la pression de service, on calcule l’épaisseur en fonction de cette pression de service ou des conditions de pose lesquelles parfois imposent des caractéristiques dimensionnelles plus sévères. Les autorités administratives des différents pays responsables de la sécurité des populations dont le territoire est traversé par les pipelines, ne restent pas indifférentes à ces calculs qui déterminent le niveau de sûreté de l’installation. Dans la plupart des pays où l’on pose des pipelines, des règlements fixent les lois générales que doivent suivre les constructeurs et les installateurs. Ces réglementations reposent sur les notions de pression maximum de service, de coefficient de sécurité et d’autres conditions de construction comme le mode d’inspection des tubes. Les modalités des essais sous pression doivent être menées à bien avant la mise en service de toute canalisation ; des dispositions spéciales de protection sont à prendre contre les fuites dans les zones où celles-ci auraient des conséquences particulièrement dangereuses (par exemple, les zones de captage d’eau, etc.).
Fiabilité des structures et analyse des risques
La fiabilité des structures et l’analyse du risque sont deux disciplines voisines qui s’appuient chacune sur un ensemble spécifique de méthodes et outils. La première, comme son nom l’indique, se réfère au domaine de la construction alors que la deuxième a été essentiellement développée et utilisée dans le domaine des équipements. Ces deux disciplines correspondent à des cultures différentes et sont généralement mises en œuvre au sein des sociétés par des équipes différentes. L’idée même de l’analyse de risque est néanmoins incluse, par exemple, dans les Eurocodes d’après la phrase suivante:« En principe, le choix d’un niveau de fiabilité structurale vis-à-vis d’un ou plusieurs dangers potentiels prend en compte la probabilité Pf de défaillance structurale et la probabilité PC/f qu’il en résulte des conséquences dommageables C (dommages aux personnes, aux biens et à l’environnement évalués par une appréciation socio-économique). Le risque peut être défini comme ∑ Pf PC/f C. La gestion de l’ensemble des risques consiste alors à déterminer des niveaux de fiabilité qui représentent un optimum socio-économique entre les risques acceptés et le coût des mesures qui permettraient de les réduire, et à exprimer ces niveaux en termes de performances requises pour les structures» [28].
Principes de l’optimisation des décisions
Toute décision conduit à une action qui entraîne des conséquences. Le « meilleur » choix décisionnel se fait à partir d’une hiérarchisation des conséquences, et, si elle existe, la décision «la meilleure» est celle qui correspond à la plus grande espérance d’utilité socio-économique. Les fonctions d’utilité sont généralement normées afin de faciliter les comparaisons. La théorie de la décision statistique [47,48], sur laquelle se fonde cette démarche (RBI), a été proposée par Von Neumann et Morgenstern au cours de la Seconde Guerre mondiale. L’application de cette théorie aux problèmes de structure suppose que l’on optimise à la conception l’aspect dimensionnel en fonction d’un critère de sûreté et d’un modèle d’état limite. Ces deux derniers aspects interviennent pendant l’exploitation de la structure au cours de laquelle il faudra vérifier s’ils sont toujours respectés (grâce à l’inspection en service), et maintenus dans l’état spécifié à la conception (maintenance, réparation, remplacement). Ceci implique une évaluation des conséquences socio-économiques de la défaillance de la structure.
Présence de bactéries sulfato-réductrices
En milieu anaérobique, ce qui est le cas de certaines eaux stagnantes, ou de terrains argileux, vaseux imperméables et riches en sulfates, certaines bactéries consomment l’hydrogène produit au niveau des microcathodes, permettant ainsi à la corrosion de se poursuivre, et transformant les sulfates en sulfure de fer. Ces bactéries peuvent détruire certains revêtements protecteurs des conduites, entraînant des piqûres locales de corrosion. Les sols argileux favorisent la croissance des bactéries sulfato-réductrices à cause de la présence de conditions anaérobies nécessaires pour leur croissance [59].
Evaluation des risques liés au transport du gaz par canalisations
Les pipelines sont des composants passifs qui connaissent un faible nombre de mécanismes de vieillissement, généralement bien identifiés, avec des cinétiques de dégradation lentes et progressives. Les défaillances sont rares, mais leurs conséquences sont généralement graves pour la sûreté, la disponibilité et les coûts. Par conséquent, il est très important d’évaluer les risques liés au transport du gaz par canalisations. L’objectif essentiel de l’analyse des risques liés aux pipelines est donc de trouver une réponse aux questions suivantes :
– l’identification des dangers : quels événements, quels scénarios peuvent se produire ?
– l’évaluation probabiliste : quelle est la probabilité de défaillance d’un pipeline ?
– l’évaluation déterministe : quel est l’impact de la défaillance sur la sécurité-sûreté, l’environnement, la compétitivité et les coûts ?
– la mise en œuvre de parades : quels moyens, quelles mesures de surveillance peuvent être recommandés pour la surveillance des pipelines?
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Table des matières
Introduction générale
CHAPITRE I: Etat de l’art sur la Planification des Inspections basées sur l’Analyse des Risques
I.1. Préambule
I.2. Les pipelines destinés au transport d’hydrocarbures
I.3.Fiabilité des structures et analyse des risques
I.3.1. Analyse de la fiabilité des structures
I.3.2. Objectifs de l’inspection basée sur le risque «Risk Based Inspection»
I.3.3. Analyse de décision
I.3.4. Optimisation d’inspection et de maintenance
CHAPITRE II: Etude des modes de dégradation des pipelines et des modèles prédictifs de corrosion
II.1. Dégradation par corrosion dans les pipelines
II.1.1. Comprendre le processus
II.1.2. Pertes de métal dues à la corrosion interne
II.1.3. Pertes de métal dues à la corrosion externe
II.1.4. Description géométrique de défauts de corrosion
II.1.5. La corrosion uniforme
II.1.6. La corrosion localisée
II.1.7. Facteurs agissant sur la corrosion des ouvrages métalliques enterrés
II.2. Revue des Modèles prédictifs de corrosion existants
II.2.1. Modèles empiriques
II.2.2. Modèles physico-chimiques
II.2.3. Modèles phénoménologiques
II.3. Modes de défaillance
II.3.1. Rupture dans les systèmes sous pression
II.3.2. Fuite des systèmes non-pressurisés
II.3.3. Défaillance d’une structure due à la perte de métal dans le sens circonférentiel
CHAPITRE III: Evaluation de la performance des inspections et des surcoûts dus aux erreurs d’inspection
III.1. Introduction
III.2. Impact de l’inspection sur les coûts
III.3. Cas de l’inspection imparfaite
III.3.1. Concepts de base et approche par contrôle non destructif (CND)
III.3.2. Nouveaux concepts pour l’aide à la décision
III.3.3. Combinaison de multiples techniques d’inspection
III.3.4. Systèmes à grande longévité
III.4. Programme d’inspection
III.5. Critères de choix d’une politique de maintenance
CHAPITRE IV: Optimisation de la maintenance des pipelines corrodés sous les incertitudes d’inspection
IV.1. Introduction
IV.2. Evaluation des risques liés au transport du gaz par canalisations
IV.2.1. Définition du terme « risque»
IV.2.2. Principe pour la gestion des risques
IV.2.3. Méthodes et techniques d’évaluation des risques
IV.2.4. Application
IV.3. Optimisation des inspections imparfaites des pipelines soumis à la corrosion
IV.3.1. Modèle de dégradation
IV.3.2. Modèle de maintenance
IV.2.3. Application
IV.4. Effet des contraintes résiduelles sur l’optimisation des inspections imparfaites des tuyaux enterrés soumis à la corrosion active
IV.4.1 Application
IV.5. Conclusion
Conclusion générale
Perspectives
Références
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