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    Revue abb 2 11 72dpi Revue abb 2 11 72dpi Document Transcript

    • ABBActualités technologiquesdu Groupe ABBL’or noir du désert 20Séparation huile/eau 33Le cuivre a bonne mine 56Modernisation de poste CEI 61850 67Pétrole et gaz2|11revue
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­2 revue ABB 2|11La Revue ABB met à la une le plusgrand terminal de gaz naturel liquéfiéd’Europe, exploité par Statoil àMelkoya, tout près du Cap Nord,qu’ABB a équipé d’une gamme­complète de matériels électriques etd’automatismes. Le gaz du gisement deSnøhvit est puisé de plates-formesancrées au fond de la mer, transportépar gazoduc jusqu’à la raffinerie où ilest liquéfié, puis exporté par bateau.Fluide glacial garanti au pays deBlanche-Neige (Snøhvit en norvégien) . . .
    • Sommaire615202529333945505663677174Or noir, or grisLa confusion des sentimentsTransitions énergétiquesRencontre avec Scott W. Tinker, professeur à l’universitédu Texas, géologue de l’État du Texas et directeur duBureau of Economic GeologyAu pays de l’or noirABB relève les défis de la construction d’infrastructurespétrolières et gazières en plein désert.Les fruits de l’intégrationDes solutions globales pour toute la chaînede production de gaz de charbonDistribution électrique offshoreABB met à profit son savoir-faire pour proposer dessolutions électriques et d’automatisation intégrées,clé en main.Clair comme de l’eau de rocheUne solution de séparation huile/eausouple, compacte et efficaceEssais concluantsABB met au banc d’essais ses systèmes d’entraînementà vitesse variable pour l’industrie pétrogazière.Intelligence précoceLes données de procédé, une mine d’informationspour l’entrepriseTélérobotique d’inspection et de maintenanceLes robots plongent dans le pétrole et le gaz.Gisement de productivitéABB dope et prolonge l’exploitationde la mine de cuivre d’Aitik.Cohabitation harmonieuseLes atouts de poids des nouveaux variateurs ABBModernisation de posteUne installation 380 kV se met à l’heure de la CEI 61850.Protection à grande vitesseLes parafoudres ABB en tête de trainStabilité opérationnelleLes variateurs ABB dopent les performances desbroyeurs (2epartie).. . . et ABBTechnologies . . .ProjetsTendances­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­3Sommaire
    • revue ABB 2|11­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­4Peter TerwieschDirecteur des technologiesABB Ltd.ingénierie et construction clé en main,contrôle-commande intégré, distributionélectrique offshore, déshuilage de l’eau, grosentraînements à vitesse variable, exploitationpoussée des données de procédé et incursiondes robots en terrain hostile.Au-delà du pétrole et du gaz, la Revue ABBévoque la contribution d’ABB à la mine decuivre suédoise d’Aitik, aux performancesdes broyeurs de minerai commandés envitesse variable, à l’aérodynamisme desparafoudres montés en toiture des trains àgrande vitesse et à la modernisation d’unposte électrique conforme CEI 61850.Ce numéro de la Revue ABB met en lumièrequelques-unes des avancées garantissant lacontinuité des approvisionnements énergé-tiques, si précieux pour notre économie.Autre mutation, cette fois plus personnelle :après six années passées à la tête de laDirection des technologies du Groupe ABB,j’aurai bientôt le privilège d’assumer la respon-sabilité d’ABB Europe centrale et d’ABBAllemagne. Je signe ici ma dernière contributionau comité éditorial de la Revue ABB, enremerciant tous les auteurs, rédacteurs etlecteurs pour leur fidèle soutien et attention.Souhaitons à notre publication de longuesannées de parution !Bonne lecture,Peter TerwieschDirecteur des technologiesABB Ltd.Chers lecteurs,Le pétrole et le gaz subviennent à bien plusde la moitié des besoins mondiaux en énergieprimaire. Parmi les facteurs expliquant laprépondérance du pétrole figurent sa sou-plesse et multiplicité d’emploi, tant commesource d’énergie que comme matièrepremière, de même que sa facilité de trans-port et de stockage qui lui confère unequasi-universalité. Plus qu’un banal produit,le pétrole est incontestablement LA marchan-dise de la planète. Son prix est scruté etcommenté plus que tout autre bien : que l’onfasse le plein à la pompe ou que l’on débattede prospective économique, impossibled’ignorer le cours du baril !Le gaz naturel n’est pas une marchandisemondialisée et omniprésente comme onl’entend pour le pétrole, mais les technologiesmises en œuvre pour l’acheminer jusqu’ànous (gazoducs, navires-méthaniers . . .)écourtent de plus en plus les distances entreproduction et consommation.Maintenir la sécurité et la fiabilité de cesapprovisionnements est donc primordial.Il faut pour cela relever les multiples défis queposent l’exploration, la récupération, letraitement et le transport de ces sourcesd’énergie vitales de manière sûre, propre etefficace, à un prix raisonnable, malgré desécueils géographiques et géologiquestoujours plus nombreux.La Revue ABB a fait appel à un éminentgéologue texan, le professeur Scott W. ­Tinker,pour esquisser les nouveaux contours del’industrie pétrolière et gazière. Suivent desarticles qui, au fil d’exemples glanés dans lemonde entier, illustrent les technologies etservices ABB œuvrant au progrès de la filière :ÉditoPétrole, gaz,quand tu nous tiens . . .
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­5Éditorial
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­6 revue ABB 2|11par jour (bep/j), dont près de 20 % sont­puisés de champs offshore en mer peuprofonde.Ce secteur en croissance rapide devientvite le principal débouché pétrogazierd’ABB qui multiplie les projets de réfé-rence en mer du Nord et dans les gigan-tesques champs du golfe Persique.L’époque est aux imposantes installa-tions de production gravitaires et fixesqui s’accompagnent de nouvelles exi-gences en matière de détection d’incen-die et de fuite de gaz, de contrôle-­commande des procédés et d’intégrationdes systèmes de sécurité, de mesure, desurveillance et de conduite jusqu’alorsHåvard Devold, Sandy Taylor – Le pétrole et le gaz fournissent plus de la moitiéde l’énergie primaire consommée dans le monde. Pour autant, les entreprises etactivités du secteur suscitent dans l’opinion des réactions mitigées, différentsaspects, comme la pollution, le réchauffement climatique et les fluctuations ducours du baril ayant des répercussions multiples sur les populations et l’économie.La part du pétrole et du gaz dans le bouquet énergétique est telle que ces combus­tibles continueront d’étancher largement la soif d’énergie mondiale, à un horizonprévisible. La fiabilité et la sécurité des approvisionnements reposent sur lestechnologies utilisées pour l’extraction. L’exploitation de champs toujours pluscomplexes exige des techniques de pointe pour optimiser, sécuriser et rentabiliserl’extraction. ABB y contribue avec une offre complète de solutions couvrant aussibien l’automatisation intégrée, le matériel électrique et l’instrumentation que lessystèmes d’analyse et de télécommunications, l’ingénierie et la maintenanceglobale.Entre haine et passion,la confusion des sentimentsPétroleet gazABB est au service de l’indus-trie pétrolière mondiale depuisplus de 100 ans. Les années1970 marquent un tournantdans l’histoire de l’or noir : le premierchoc pétrolier de 1973 et la raréfactionprogressive des hydrocarbures obligentà mettre en production des champs deplus en plus difficiles d’accès, à l’aide detechnologies collant à l’évolution de lademande. ABB mise alors sur les automa-tismes électroniques pour remplacer peuà peu les commandes mécaniques etpneumatiques câblées, tout en étoffant eten diversifiant son offre. En 1973, la pro-duction pétrolière et gazière se chiffre à76 millions de barils équivalent pétrole
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­7Pétrole et gaz
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­8 revue ABB 2|11­aujourd’hui et annoncé pour demain. Orces combustibles subviennent à 81,3 %des besoins mondiaux, la part du pétroleet du gaz totalisant plus de 54 %, relayéspar le charbon 1(27 %)  ➔ 1b. En dépit desconséquences désastreuses de cettesuprématie, il n’existe à ce jour aucunvecteur ou source d’énergie exploitablesusceptible de suppléer massivement lepétrole et le gaz dans les transports oul’industrie. Si les batteries des véhiculesélectriques ont un beau potentiel entermes de technologie et d’autonomie,elles ne contribuent pour l’heure qu’à unepart infime de la consommation. Quandbien même une nouvelle source révolu-tionnaire serait découverte, il faudrait­nettement plus d’une décennie pour­déployer des véhicules et leurs infras-tructures de recharge. Aujourd’hui, laautonomes. Riche d’une longue traditionde la construction navale, c’est tout natu-rellement qu’ABB élargit son périmètred’action aux plates-formes flottantes et àla production par grand fond. Ces struc-tures détrônent progressivement bonnombre des grandes constructions fixes.À l’heure actuelle, l’offshore assure plusde 40 % de la production totale de ­pétroleet de gaz, et les nouveaux gisementssont exploités à plus de 500 m de pro-fondeur. Dernièrement, les champs deCascade et Chinook, au large de la Loui-siane (Golfe du Mexique) ont accueilli unenouvelle unité flottante de production, destockage et de déchargement « FPSO »(Floating Production Storage and Off­loading) : ancrée à une profondeur recordde 2 500 m, la BW Offshore Pioneer­embarque des automatismes et équipe-ments électriques ABB.Demain se construit aujourd’huiDe l’avis général, la combustion des res-sources fossiles (charbon, pétrole et gaznaturel) est la première cause directedu réchauffement climatique observé­Note1 Statistiques de l’Agence internationale del’Énergie, 2010 (www.iea.org)Illustration p. 6–7FPSO reliée à un réseau de têtes de puitssous-marines.Grâce aux techni­ques EOR, les­réserves récupé-rables de nombreuxchamps en produc-tion ont plus quedoublé, et cettecroissance devraits’accentuer.1 Évolution de l’approvisionnement en énergie primaire dans le monde2008* Dont géothermie, solaire, éolien, chaleur, etc.Note : 1 bep ≈ 0,146 tep1971 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 20101971 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 1971 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010Approvisionnementenénergie(Mtep/an)Production(Mt)Production(milliardsm3)15 00010 0005 00004 0003 0002 0001 00003 5003 0002 5002 0001 5001 00050001a Approvisionnements et mix énergétiques mondiaux1c Production de pétrole brut par région1b Le pétrole et le gaz représentaient, en 2008, plus de la moitié des approvisionnements énergétiques mondiaux.1d Production de gaz par régionCharbon/TourbePétroleAutres*GazÉlectro-nucléaireHydroélectricitéRenouvelableset déchetsOCDEMoyen-OrientEx-URSSOCDEMoyen-OrientEx-URSSEurope (hors OCDE)ChineAsieEurope (hors OCDE)ChineAsieAmérique latineAfriqueAmérique latineAfrique 27,0 % Charbon/Tourbe 33,2 % Pétrole 21,1 % Gaz 5,8 % Électronucléaire 2,2 % Hydroélectricité 10,0 % Renouvelables et déchets 0,7 % Autres*Total : 12 267 Mtep
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­9Pétrole et gaz­représentera 70 % de la consommation­totale   ➔ 2b. D’ici là, il faudra développerde nouveaux gisements, optimiser l’exis-tant ou exploiter les ressources nonconventionnelles. Ce déficit, à peine infé-rieur à la production totale actuelle, faitpeser de lourdes contraintes sur les tech-niques d’exploration et de production.Le temps où l’or noir coulait à flot est­révolu. De nos jours, une grande partiedes opérations d’extraction a pour théâtredes gisements arctiques, profonds etfroids renfermant des huiles lourdes, àforte teneur en eau ou en soufre, etc. Destechniques de récupération améliorée« IOR » (Improved Oil Recovery) per-mettent d’extraire davantage d’huile desréservoirs en exploitation. Bien souvent,elles incluent une assistance à l’écoule-ment (pompage, par exemple), des fonc-tions de chauffage, de traitement etd’épuration de l’eau, des modèles logi-ciels et autres technologies semblables.Les résultats sont là : si un taux de récupé­-ration de 20 à 30 % était jugé acceptableil y a 50 ans, de nombreux champs visentdésormais 50 % tandis que les méthodesles plus efficaces dépassent 70 %. Ainsi,nombre de gisements ont vu leurs ­réservesrécupérables plus que doubler au coursde leur exploitation. Ces gains sont­amplifiés avec la sophistication croissantedes méthodes de récupération assistée« EOR » (Enhanced Oil Recovery) qui alliententre autres la modélisation sismiqueen 3D et 4D, la fracturation et la stimula-tion du réservoir, la modélisation avancée,etc.La fracturation et la stimulation ouvrentdes canaux dans la roche-réservoir pourfaciliter l’écoulement des hydrocarburesproduction cumulée de pétrole et de gazs’établit à 142 millions bep/j, pratique-ment deux fois plus qu’en 1973. Malgrél’amélioration des rendements énergé-tiques et l’introduction de sources renou-velables comme les biocarburants, cettehausse devrait s’accentuer pour atteindre180 millions bep/j à l’horizon 2030. Dansquelques années, la consommationhors OCDE dépassera celle des paysmembres  ➔ 2a ; elle devrait progresser de120 % d’ici à 2030 pour atteindre ledouble de celle de l’OCDE. Dans le mêmetemps, cette dernière déclinera lente-ment, d’environ 12 %, sous l’effet desprogrès de l’efficacité énergétique et dutassement démographique.Dans un champ d’hydrocarbures clas-sique, la production grimpe rapidementjusqu’à une valeur maximale (« plateau »),avant de décliner lentement (« fin de­production »). Faute d’améliorations, laproduction moyenne mondiale reculed’environ 6 % par an. À ce rythme, l’écart,en 2030, entre la demande prévue etla capacité des champs en fin de viede la structure poreuse. La fracturationconsiste à injecter dans la roche un liquideà haute pression (fracturation hydraulique),des charges explosives (fracturation parexplosion), des substances chimiques(fracturation à l’acide, par exemple), etc.D’autres solutions sont utilisées pour­empêcher les canaux de se refermer(agents de soutènement, par exemple) etmaintenir la perméabilité de la roche.Équipements électriques et automa-tismes jouent un rôle crucial dans la miseen œuvre des technologies IOR/EOR etl’exploitation des récentes découvertesplus profondes, plus froides et comple­xes. C’est le cas, par exemple, du pom-page polyphasique, généralement prati-qué sur les réservoirs peu profonds del’Angola.À l’heure où le cours du brut dépasse100 dollars le baril  ➔ 3 et les prix dugaz se redressent durablement, les res-sources non conventionnelles connaissentLa production cumu­lée de pétrole et degaz, de 142 Mbep/j(presque deux foisplus qu’en 1973),devrait ­encore­progresser pour­atteindre 180 Mbep/jen 2030.2 Un défi de taille : répondre à la demande future par l’optimisation et de nouvelles découvertes2a Consommation des pays membres et nonmembres de l’OCDE2c Production par type de structure2b Capacités actuelles et futures des champs d’hydrocarburesHors OCDEÉcart à combler par améliorationset nouvelles découvertesOCDECapacité deschamps en productionAujourd’hui 2030Pétroleetgaz(Mbep/j)Source : Rystad Energy UCube200150100500Aujourd’hui 2030Consommationdepétroleetdegaz(Mbep/j)200150100500Productionmondialed’hydrocarbures(milliersdebep/j)200 000150 000100 00050 0000200020052010201520202025203020352040Sous-marineFlottanteFixeÀ terreInconnueInstallations avec raccordementet acheminement jusqu’à la côteFPSO, semi-submersibles,SPAR, plates-formes à lignestenduesPlates-formes, installationsde têtes de puits, structuresgravitaires en bétonLa production des puits sous-marins passera de 13 millions debep/j en 2010 à 40 millions debep/j en 2030, soit de 10 % à23 % de la production mondiale.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­10 revue ABB 2|11dispositifs de traitement rem­plaçant lesfameux « arbres de Noël en atmosphèresèche » embarqués sur des installationsde surface ou des navires, reposent­désormais sur le fond marin. Souvent,une FPSO n’est autre qu’une coque depétrolier équipée, sur le pont, de modulesde traitement du gaz et de l’huile. Cettereconversion des tankers en FPSO estencouragée par la disponibilité de coquesqui ne sont plus habilitées pour le trans-port en haute mer mais peuvent encoreservir à demeure, pendant 10 ans ouplus. Déjà solidement ancré sur le mar-ché maritime, ABB s’est hissé parmi lesgrands noms du secteur, en équipantplus de 50 FPSO. De conception généra-lement modulaire, ces installations ontégalement donné à ABB l’occasiond’étendre ses activités dans le domainedu matériel électrique à la conception debâtiments pour accueillir l’équipementélectrotechnique d’une plate-forme off­shore (cf. p. 29). En outre, ces projetssont généralement rapides à mettre enœuvre et répondent au souhait de limiterle nombre d’interfaces et d’accroître lastandardisation des équipements debord. Un choix qui s’inscrit dans l’optiqued’ABB de regrouper les fonctions élec-triques, l’instrumentation et les télécoms,câblées ou non, en un seul système. Lesavantages de cette intégration sont mul-tiples : réduction des coûts d’exploita-tion, économie prouvée de 15 à 20 % surle budget total d’investissement dans cesystème et l’ingénierie, raccourcissementde plusieurs mois des délais de livraison.Si les premières installations sous-­marines s’étendaient sur quelques kilo-mètres tout au plus, raccordant desgrappes satellites de quatre à six puits àune FPSO, elles se sont érigées au fil desans en systèmes de production à partentière, totalement immergés, avec des« prolongements » essaimant à plusieursdizaines de kilomètres. L’ultime objectifest de s’affranchir de toutes les installa-tions de surface pour relier directementce système de production sous-marin aurivage, en faisant transiter sous l’eau­hydrocarbures, signaux électriques etcommunications, sur au moins 100 kmde distance.À plus de 2 000 m de profondeur, le mer-cure peut descendre à 0 °C, même sousles tropiques ; dans ces conditions debasse température et haute pression, lerisque est de voir les hydrocarbures plusun regain d’intérêt. Ainsi, le gaz deschiste, le gaz de charbon (méthane) demême que les sables asphaltiques et­bitumeux sont en plein boom. Hélas, leurextraction, autrement plus difficile,consomme davantage d’énergie et aug-mente la pollution, tant directe qu’indi-recte, notamment de l’eau de produc-tion. L’avenir obligera donc à creuserdavantage les problématiques de rejets,de pollution accidentelle et de fuites. Lesdépenses d’investissement relatives tri-pleront au cours des prochaines décen-nies et les fournisseurs devront proposerdes technologies novatrices, à des prixacceptables  ➔ 4.Vingt mille lieux sous les mersLe début des années 1990 marquel’abandon des imposantes structuresgravitaires, dont la plate-forme Troll A,lourde de 656 000 t et haute de 472 m(369 m immergés), est le summum (leGolfe du Mexique en compte certes deplus hautes mais moins volumineuses). Sice type de construction garde l’avantagedans certains champs arctiques de faibleou moyenne profondeur, comme Hebronau Canada, en mer de Kara et sur l’île deSakhaline en Russie, en raison de la pré-sence de glace et d’icebergs, leur coûtet la découverte de gisements presquetous situés sous plus de 500  m d’eaules ont progressivement remis en cause.Ces plates-formes fixes cèdent la placeà des structures flottantes (les plusconnues étant les FPSO) et des installa-tions de production sous-marines dontles têtes de puits, tout comme certainsL’extraction dansdes réservoirs tou-jours plus profondset éloignés descôtes accroît lesbesoins en énergieet de facto l’impor-tance de l’efficacitéénergétique.3 Historique des cours du pétrole brut14013012011010090807060504030201001940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010Moyenne USSource : BP, Total et aliiReconstruction del’après-guerreChoc pétrolier/conflitisraélo-arabeRévolution iranienneContre-chocpétrolierInvasion duKoweïtPoint basde janvier 2009Pic de juillet 2008DollarsUS/barilArabian Light BrentEn dollars US de 2004 corrigés de l’inflation En dollars US courantsInvasion de l’IrakHausse de la pro-duction de l’OPEP
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­11Pétrole et gazdérable des besoins d’énergie néces-saires à la remontée de l’huile, à sonpompage, à l’injection de gaz sous pres-sion, à la liquéfaction du gaz, etc. Si,dans les années 1980, une plate-formeclassique nécessitait quelque 200 kWpour produire 1 000 barils par jour, cer-taines installations modernes englou-tissent pas moins de 1 MW, voire bienplus dans le cas des ressources nonconventionnelles, avec jusqu’à un barilconsommé pour cinq barils transportés !On l’aura compris, l’extraction est gour-mande en énergie : en moyenne, 11 % dela production d’un puits sont engloutis,avant même d’être commercialisés, prin-cipalement dans le chauffage, le pom-page et la compression, et le traitementdes hydrocarbures. L’énergie est sou-vent produite sur place par des généra-teurs thermiques au rendement médiocre(entre 20 et 40 % en général, autour de25 % en moyenne). De nombreusesétudes de cas ont prouvé que d’impor-tantes économies pouvaient être réali-sées au moyen d’entraînements à vitessevariable, tant pour les faibles charges(pompes, par exemple) que pour leséquipements plus voraces (compres-seurs, canalisations et pompes de char-gement). Dans ce dernier cas, ils peuventmême se substituer aux turbines à gazpour les applications à entraînement­direct, abaissant considérablement lapollution, la consommation de fioul (derée. Il faut rappeler que, dans la secondemoitié de la décennie 1990, le cours dubaril plongeait à 8,70 dollars et nombrede conférences se focalisaient alors surl’optimisation des techniques de récupé-ration pour un baril à 10 dollars. Il s’agis-sait avant tout de comprimer les coûtsde développement des nouveauxchamps pétrolifères en misant sur l’effi-cacité de l’ingénierie, la standardisationet la simplification, mais aussi de rentabi-liser davantage les gisements en amélio-rant l’extraction. C’est en 1997 qu’ABBse lance dans les technologies de récu-pération assistée, baptisées EnhancedOil Production. La décennie suivante voitson offre évoluer pour devenir ce quenous appelons aujourd’hui « Intégrationdes opérations »qui vise à accroîtreles rendements,réduire la consom-mation d’énergie etabaisser les coûtsd’exploitation grâceà une utilisationplus poussée desdonnées disponibles, comme les don-nées process temps réel et le suivi d’étatdes équipements.Cette intégration des opérations a ins-tauré un environnement collaboratif entreles installations sur site, les centres d’ex-ploitation et les spécialistes du procédé,tant au sein de la compagnie pétrolièrequ’avec les grands fournisseurs de pro-duits et services.Cap sur l’efficacité énergétiqueLe développement de réservoirs offshoretoujours plus difficiles à atteindre et àexploiter (éloignement, profondeur, froid,etc.) a fait de l’efficacité énergétique unepriorité pour pallier l’augmentation consi-légers, comme le propane et le butane,cristalliser. Des additifs sont souvent­nécessaires pour empêcher le gel descanalisations si la production vient à­ralentir ou si les écoulements du puits nesuffisent plus à les chauffer. Pour le brutlourd (de densité inférieure à 20° API 2), lefroid peut entraîner une visco­sité exces-sive. De même, les longues colonnesmontantes qui relient le plancher océa-nique à la production en surface doiventêtre chauffées et équipées de pompesde fond de puits et d’autres appareilspolyphasiques d’assistance à l’écoule-ment (pompes ou compresseurs). Tousces équipements consomment beau-coup d’électricité et doivent être com-mandés avec précision : alimenter despostes aussi éloignés avec des pertesacceptables est un défi en soi. ABB a puconcevoir des systèmes qui optimisentces transits sur de longues distances.La tendance va vraisemblablement sepoursuivre, surtout en Arctique et dansles écosystèmes vulnérables où des­distances allant jusqu’à 500 km sontenvisageables.Améliorer le taux de récupérationÀ la fin des années 1990, les systèmesde contrôle-commande ne se démarquentplus de la concurrence par des caracté-ristiques de base comme le systèmed’exploitation, la résolution d’écran, lafréquence d’horloge, etc., mais par desapplications dédiées pétrole et gaz, etdes technologies émergentes comme lesbus de terrain et la récupération amélio-Note2 Mesure de la densité d’un liquide, en particulierdu pétrole, conçue par l’American PetroleumInstitute. Plus l’indice est élevé, plus la densitéest faible. L’eau a une densité de 10° API(1 kg/l) ; au-delà, un liquide reste en surface,en deçà, il coule.5 La plate-forme Troll A pèse 656 000 t, mesure 472 m de haut etrepose dans 369 m d’eau.Par 2 000 m de fond, le froidprovoque le gel de nombreuxhydrocarbures, même sousles tropiques.4 Impact des techniques d’amélioration de la récupération deshuiles dans les réservoirs exploitésCoursmoyendupétroleetdugaz(dollarsUS/baril)Réserves récupérables au prix dumarché en vigueur (milliards de TEP)Source : Technip, AIE2001801601401201008060402000 200 400 600 800 1000 1200 1400Huile récupérableProduction ExplorationRécupération amélioréeHuile non récupérable
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­12 revue ABB 2|11Dans ce domaine, les derniers grandssuccès d’ABB sont les avancées de sessolutions de contrôle et d’optimisationdes mélanges RBC/ABC (RegulatoryBlend Control/Advanced Blend Control),dont le déploiement et la mise en ser-vice, en 2010, ont permis de considéra-blement gonfler les marges des raffi-neurs.Des solutions clé en mainABB jouit de nombreuses années d’ex-périence dans la maîtrise d’œuvre degrands projets pétrogaziers, tant autitre de constructeur que d’ensemblier.À l’aube des années 2000, le Groupeconsolida son offre sur ce segment en luiconsacrant un centre d’excellence baséen Italie, héritant de la longue tradition etdes savoir-faire d’une ancienne entre-prise locale.Conscient des nouvelles exigences dusecteur, ABB ouvre ses grands systèmesà la gestion de projets pluridisciplinairesen intégrant des activités d’ingénierie,d’approvisionnement et de gestion de laconstruction (IAGC) à ses métiers tradi-tionnels de l’automatisation et du génieélectrique. ABB fournit à l’industrie pétro-gazière des solutions clé en main com-plètes (en mer et à terre) pour les activi-tout en optimisant les coûts de l’énergie,dans le respect des exigences envi­ronnementales et réglementaires dumarché (essenceaux normes Euro 3et Euro 4, gazole àtrès basse teneuren soufre).Depuis de nom-breuses années,ABB met au ser-vice de l’industriedu raffinage touteune gamme de produits d’instrumenta-tion, d’analyse, de contrôle-commandeet de sécurité. Bien implantée sur cemarché, son offre est gage de stabilitépour des applications évoluées :1) Prédiagnostic et détection précocedes anomalies de fonctionnement pourprévenir ou réduire les arrêts ­inopinés ;2) Conduite avancée multivariable pouroptimiser la production ;3) Gestion de l’énergie pour rationaliserles usages et coûts d’exploitation dela raffinerie ;4) Gestion des actifs pour surveiller­l’intégrité du site ;5) Bouquet de prestations de conseilcomplètes pour des solutions éprou-vées de sécurité totale de l’usine.l’ordre de 40 à 70 %) et les coûts demaintenance, tout en augmentant la fia-bilité et la disponibilité. Leader sur lemarché de la vitesse variable, ABBéquipe des stations de compression,des trains de liquéfaction de gaz des ins-tallations de récupération des liquides degaz naturel (LGN) et des usines de traite-ment du gaz.Optimiser l’avalLe secteur du raffinage est en perma-nence soumis à diverses pressions : lesvariations des cours du brut, la cherté del’énergie, la réglementation environne-mentale et les besoins des consomma-teurs sont autant de facteurs qui res-serrent les marges des raffineurs.Ceux-ci sont à l’affût d’applications­innovantes et à valeur ajoutée pour­extraire le maximum de chaque barilABB continue de développerdes solutions dans ses métiersde base : génie électrique,contrôle-commande, sécuritéet instrumentation.Malgré la complexitégrandissante desopérations d’explo-ration et de produc-tion, les réservesd’hydro­carburesconventionnelles etnon convention-nelles de la planètesont suffisantespour couvrir les­besoins de l’huma-nité pendant encorecent ans.Les solutions d’intégration des opérations d’ABB visent à accroître les rendements touten réduisant la consommation énergétique et les coûts d’exploitation.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­13Pétrole et gazréelles. En témoignent les projets menéssur le plateau continental norvégienet la participation durable d’entreprisescomme ConocoPhillips, Shell, BP et­Statoil à des programmes communs derecherche et développement (R&D) avecABB et d’autres acteurs, dans le cadredu « Laboratoire de la mer du Nord ».Qui plus est, ABB peut sans cesse pui-ser dans des partenariats et des accordsde R&D avec des entreprises, à l’imagede Sonatrach, Dow et Petrobras, pourenrichir ses technologies. Prochaineétape : renforcer cette collaboration auMoyen-Orient, notamment en Arabiesaoudite, au Qatar et aux Émirats arabesunis, pour identifier des solutions du-rables et efficaces présentant un intérêtparticulier pour cette région. Ces projetsporteront sur des thématiques comme latechnologie IOR, l’eau et la gestion del’eau, et la télérobotique d’inspection etde maintenance (cf. p. 50).Malgré la complexité grandissante desopérations d’exploration et de produc-tion, les réserves d’hydrocarbures conven-tionnelles et non conventionnelles de laplanète sont suffisantes pour subveniraux besoins de l’humanité durant les centprochaines années. Le vrai défi ne seratés amont et intermédiaires : ­séparationgaz/huile, traitement du gaz, injectiond’eau et de gaz, pompage et compres-sion, terminaux, petites centrales d’éner-gie et épuration de l’eau. Elles contri-buent à la force de frappe ABB, dans unsecteur où rares sont les industriels àpouvoir se prévaloir d’une pareille offrede produits d’excellence mondiale, desystèmes d’intégration évolués et de­capacités IAGC éprouvées.L’article consacré aux enjeux du gise-ment algérien El Merk (cf. p. 20) endonne un aperçu.Pui(t)s encore . . .ABB relève les défis à venir de l’industriepétrogazière, selon deux axes : d’unepart, en poursuivant le développementde solutions « maison » pour l’alimenta-tion électrique, le contrôle-commande, lasécurité et l’instrumentation ; d’autrepart, en nouant, au fil des ans, des par-tenariats avec des clients stratégiquespour déployer des technologies inéditestelles que l’électrification sous-marine,l’alimentation à partir de la côte et l’inté-gration des opérations. Des solutions quin’auraient pas pu voir le jour sans unpartage des risques, des financementset des essais poussés, en conditionsABB fournit des solutions clé en main complètes pour la production pétrogazière en mer et à terre.pas tant de puiser assez de ressourcesque d’en atténuer l’impact sur l’environ-nement. Dans un monde assoiffé où laconsommation d’énergie par habitantvaut quasiment indice de prospérité, lepétrole et le gaz demeurent, bon gré malgré, les deux mamelles du globe.Pour en savoir plus sur l’offre Pétrole et Gaz d’ABB,rendez-vous sur : www.abb.com/oilandgas.Håvard DevoldUpstream Market Vertical ManagerBusiness Unit Oil, Gas and PetrochemicalOslo (Norvège)havard.devold@no.abb.comSandy TaylorBusiness Unit Manager – Oil, Gas and PetrochemicalSt-Laurent (Québec, Canada)sandy.s.taylor@ca.abb.com
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­14 revue ABB 2|11
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­15Transitions énergétiquesLes hydrocarbures assurant plus de lamoitié des énergies primaires de laplanète, la continuité et la fiabilité desapprovisionnements ont un impactcrucial sur tous les autres pans del’économie. Pas étonnant, dans cesconditions, que le cours du brut soitscruté, commenté et analysé commenulle autre marchandise. Par-delà le rôleéconomique prépondérant des hydro-carbures, bien d’autres raisons nourris­sent notre fascination pour le pétrole etle gaz. Le professeur Scott W. Tinkerpasse ici en revue les enjeux technolo-giques, sociétaux et environnementauxde la filière.La Revue ABB s’est entretenu avec Scott W. Tinker,­professeur à l’université du Texas, géologue de l’État du Texaset directeur du Bureau of Economic Geology, sur les défiset perspectives de l’industrie pétrolière et gazière.Transitionsénergétiquescraintes, jouer la transparence et dissiperles nombreux mythes qui l’entourent.Le pétrole et le gaz représentent plus de lamoitié de la consommation mondialed’énergie primaire et sont donc vitaux pourl’économie. Les gens s’inquiètent de lavolatilité des prix de l’énergie.Regardez les huit dernières récessionsmondiales : sept ont été précédées d’uneflambée des cours du pétrole. C’est le casdes quatre dernières grandes récessionsqui ont frappé les États-Unis. Je ne dis pasqu’il y a forcément lien de causalité ; lesrécessions ont des origines et des effetsbeaucoup plus complexes. Pour autant,l’énergie est un facteur critique, voire le­pivot de toute économie. Et le pétrole étantle porte-flambeau de l’énergie (du moins,historiquement), son prix est un signal fort.Comment expliquer que le pétrole et le gazsoient à ce point irremplaçables ?Le pétrole est un prodigieux combustiblequi peut être transformé en une multi-tude de produits, essence et gazole enProfesseur, merci de nous recevoir. Quellessont pour vous les principales tendancesde l’industrie du pétrole et du gaz ?On assiste à plusieurs grands bouleverse-ments, à commencer par l’organisationdu secteur : les groupes pétroliers inter-nationaux ont depuis quelque temps mul-tiplié les fusions-acquisitions. En paral-lèle, les entreprises naguère confinées auterritoire national deviennent des majorsde stature internationale. Tous s’efforcentd’accroître leurs réserves par le biais denouvelles campagnes d’exploration etd’acquisition.Autre tendance forte : la transition vers le« non-conventionnel ». Entendez par là leshydrocarbures lourds mais aussi les « nou-veaux gaz » comme les gaz de réservoircompact 1, le gaz de schiste, le gaz decharbon, les hydrates de méthane, etc.Ces développements ont pour dénomina-teur commun l’abondance des ressourceset les difficultés pour y accéder. À l’avenir,les grands gagnants seront ceux qui, pardivers moyens, auront accès aux réservesles plus riches.Une autre tendance concerne ce que­j’appelle, d’une part, les défis « de surface »qui portent sur les questions d’environne-ment, de législation et de réglementation,et d’autre part, les problématiques « defond » que sont l’exploration et la technolo-gie. L’industrie doit informer et éduquer lespopulations mais aussi comprendre sesPhoto p. 14L’usine Shell de traitement du gaz d’Ormen Lange,sur le plateau norvégienNote1 Gaz naturel contenu dans des roches gréseusespeu perméables, à 2 000–3 000 m de pro­fondeur,d’où les difficultés d’accès et d’extraction.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­16 revue ABB 2|11Les navires méthaniers joueront-ils lemême rôle pour le gaz naturel que les­pétroliers pour le brut ?Ils en ont le potentiel mais il faut savoir quele gaz naturel liquéfié (GNL) a un peu pâtidu développement accéléré des gaz nonconventionnels. À terme, je pense que leGNL l’emportera largement. Voyez le Qatarqui détient la plus importante installation deliquéfaction au monde, « RasGas », néed’un partenariat entre ExxonMobil et legouvernement qatari : sept trains de liqué-faction sont aujourd’hui achevés et je croisqu’un huitième est en cours. Ce vastechantier de construction et de maintenancemobilise environ 40  000 personnes, soit lapopulation d’une ville ! L’usine traite prèsd’un méthanier par jour, chargeant plus de140 000 tonnes de gaz en 12 heures. Cesgéants de la mer, hauts de 10 étages,longs d’environ 300 mètres et larges de100 mètres affichent des performancesimpressionnantes : propulsés au gazole ou(tout naturellement) au gaz, selon le prixBTU, par une hélice de 10 mètres de dia-mètre, ils filent à plus de 20 nœuds. Laflotte qatari en compte plus de 50 !Un pétrolier n’est pas très différent. Biensûr, il n’a pas besoin d’être refroidi, alorsque le GNL oblige à faire couler un rideaud’eau le long de la paroi du méthanier­durant son chargement pour éviter toutefissure de la coque au contact du gaz. Unsupertanker, propulsé au fioul lourd, peutemporter 500 000 à 750 000 barils de­pétrole. Dans tous les cas, le transport parbateau est extrêmement énergivore, tantpour propulser le navire que pour alimenteret faire tourner ses équipements.Donc, la technologie pour acheminer effi-cacement le GNL existe bel et bien. Faut-ilaujourd’hui en augmenter les capacités ?Les installations sont en effet gigantesques,coûteuses et soumises à autorisations.Ce qui n’est pas sans inquiéter l’opinionpublique et semer le doute sur la sécuritédes méthaniers et la dangerosité de la car-gaison. Même si cela n’a pas encore ététesté – et ce n’est pas à souhaiter – dessimulations montrent que si jamais unebombe torpillait la double coque, le GNLs’écoulerait dans l’environnement, change-rait d’état et brûlerait. Certes, l’accidentproduirait énormément de chaleur, au détri-ment du voisinage immédiat, mais le naviren’exploserait pas ! Le processus « s’auto-nettoierait », ce qui, dans un sens, seraitpréférable à une fuite d’hydrocarbures,beaucoup plus difficile à endiguer et à­éliminer. Cela dit, personne ne veut voir cetête. Vous faites le plein à la pompe,vous parcourez des kilomètres . . . Unefois le ­réservoir vide, il ne reste aucunetrace du pétrole que vous avez brûlé !Propreté garantie. D’une densité éner­gétique élevé, il est en outre sûr, éton-namment bon marché et très difficile àremplacer ; c’est pourquoi il domine lesecteur des transports.Le gaz naturel est une ressource trèspoly­valente qui non seulement produit del’électricité et de la chaleur, mais gagneaussi du terrain dans le transport. Il estplus « propre » que le charbon ou le­pétrole car sa combustion émet moins dedioxyde de carbone, d’oxydes de soufreet d’azote, de mercure et d’autres pol-luants du charbon. Sa part dans le bou-quet énergétique, déjà considérable, estencore appelée à croître.Par contre, à la grande différence du­pétrole, le gaz naturel n’est pas une mar-chandise « planétaire ». Nous n’en sommespas encore à le transporter comme nousbrassons le pétrole ; le marché est bienplus régional.Vous dites « pas encore » . . .Les installations d’exportation et les termi-naux de réception de gaz naturel pro-gressent. Ce déploiement nous permettrad’atteindre des régions du monde dépour-vues de gaz naturel, d’atténuer quelquepeu la volatilité et d’améliorer la « livrabilité »de cette fourniture. Le gaz naturel va jouerun rôle essentiel dans l’économie de cesiècle.Les méthaniers transportent le gaz naturel dans le monde entier (ici, le Provalys de GDF,équipé d’un système propulsif ABB).Il est plus facilede créer de toutespièces que de­moderniser desinstallations­vétustes pour leshisser au mêmerang que le neuf.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­17Transitions énergétiquesscénario se produire dans un port situé àproximité des habitations et des infrastruc-tures. Les installations en mer permettrontd’éloigner ce risque en accostant à des­dizaines de kilomètres au large, le gaz étantrapatrié par pipeline.Quels sont les enjeux technologiques del’extraction du pétrole et du gaz ?Il faut d’abord aller chercher ces précieusesmolécules. On a souvent dit que l’ère du« pétrole facile » était révolue. L’explorationpétrolière n’a pas toujours été une siné-cure. Pour autant, une fois trouvé et puisédans des roches à forte perméabilité, lepétrole était facile à produire. Nous dispo-sons aujourd’hui de bien meilleures tech-niques et d’une connaissance plus fine dela géologie mais les sites d’exploration sontplus difficiles. Nous forons en mer par plusde 2 500 mètres de fond, par exemple, ouencore dans l’Arctique ou les sables bitu-mineux du Canada. Non seulement cesrégions dressent des obstacles géogra-phiques et technologiques, mais elles sontaussi coûteuses.Prenons l’exemple des gaz de schiste. Laressource, abondante, est naturellementpiégée dans de vastes couches de rochessédimentaires qui peuvent être hétéro-gènes et plus ou moins perméables.Chaque bassin est différent. Les entre-prises doivent déterminer judicieusementl’emplacement des forages et accéder aumieux à ces réserves sans rompre l’équi-libre écologique en surface. Au lieu de forerà tout bout de champ, la solution consisteà creuser en un seul endroit pour atteindre,par de multiples drains horizontaux, lacouche où le gaz est emprisonné.L’eau pose aussi problème. Pour exploiterles gaz de schiste, il faut accéder à la for-mation rocheuse, évacuer le méthane etl’eau, séparer le méthane, puis réinjecterl’eau. La quantité d’eau nécessaire à lafracturation est phénoménale, sans parlerdes agents de soutènement (sable ou billescéramiques) pour empêcher la résorptiondes fissures. Cette eau doit ensuite êtrenettoyée en surface ou réinjectée. Tout celarevient cher.De nombreux champs de pétrole en­exploitation depuis des décennies sontaujourd’hui sur le déclin. Que faire pourprolonger leur durée de vie économique ?De nombreux gisements « matures » sonten effet en voie d’assèchement. Or, biensouvent, ces périodes de fin de productionsont plus longues que prévu car nous trou-vons les moyens de récupérer quelquesbarils de plus. Néanmoins, même avec destechnologies de pointe, nous laissons tou-jours derrière nous une grande quantitéd’hydrocarbures. Voyez ce que donne unetâche d’huile sur votre chemise ou une fuitedans le garage : difficile de la retirer ! Il enva de même de la roche. Selon le gise-ment, les méthodes d’extraction classiquesne permettent de récupérer en moyenneque 30 % des réserves. Certes, des tech-niques complémentaires améliorent cetaux, comme l’injection d’eau (inondationdu puits) et les procédés chimiques et ther-miques, ou encore microbiens. Hélas, ellessont toutes dispendieuses. Nous savonssouvent stimuler la production mais, à­défaut de la rentabiliser, pas question des’engager dans cette voie. L’énergie étantun secteur fortement tiré par les prix, sanssavoir si le prix du brut flambera ou retom-bera à 50 dollars, il est difficile de convaincrevos actionnaires de financer l’investis­sement.Des pays non membres de l’OCDE,comme la Chine et l’Inde, connaissent unecroissance économique sans précédent.Quelles en sont les retombées sur le ­pétroleet le gaz ?L’Inde et la Chine sont d’énormes consom-mateurs en puissance.À l’heure actuelle, 600 millions d’Indienssont encore privés d’énergie, soit presquele double de la population américaine.Idem pour la Chine. Mais il faut aussicompter sur le milliard d’individus qui, dansces pays, y ont déjà accès ; et ce nombreexplose. En 2005, les Chinois achetaientchaque année trois fois moins de voituresque les Américains ; six ans plus tard, laChine dépasse les États-Unis et friseles 20 millions de véhicules vendus à­l’année. Cette crois-sance va légitime-ment se poursuivre.Accès à l’énergieet développementéconomique sontintimement liés.L’enjeu ne résidepas dans une indus­trialisation identiqueà celle des pays del’OCDE au siècle dernier. À l’époque, nousavons agi au mieux, compte tenu des­technologies du moment. Mais il est­impossible de renouveler l’expérience : onassisterait à un emballement de l’offreénergétique avec des effets domma-geables sur l’économie et l’environnement.Les pays membres et non membres del’OCDE doivent se concerter pour déployerdes technologies écoperformantes, ren-tables et respectueuses de l’environne-ment. Bon nombre d’entre elles existentdéjà ; elles sont une formidable occasiond’innover car il est plus facile de créer detoutes pièces que de moderniser l’ancienpour le hisser au même niveau de perfor-mance que le neuf.Quel est le potentiel de l’efficacité énergé-tique ?C’est assurément le premier gisement àcreuser. Les États-Unis consommentchaque année environ 100 exajoules(1018 joules) ou encore plus de 2 800 mil-liards de mètres cubes (m3) d’équivalentgaz naturel. Moins de la moitié est transfor-mée en énergie utile, le reste étant essen-tiellement gaspillé sous forme de chaleurrejetée par les cheminées industrielles, lesbâtiments tertiaires et résidentiels, lestuyaux d’échappement de nos véhicules.Gagner en efficacité revient à réduire cespertes thermiques. Là encore, la démarcheest plus facile dans le neuf que dans l’an-cien. Chez moi, par exemple, j’ai remplacéles ampoules à incandescence par desfluocompactes, amélioré l’isolation du bâti,opté pour une chaudière à haut rende-ment . . . Revers de la médaille, ces investis-sements ne seront jamais rentabilisés.Certes, les économies d’énergie ont dubon mais elles relèvent davantage de labonne conscience écologique. Si nous­avions mis en œuvre ces mesures dès lapose de la première pierre, ces investisse-ments auraient été rentables d’emblée.En matière d’énergie, les décisions sontprincipalement fondées sur les prix. Nousle constatons dans l’industrie mais aussidans nos choix personnels. Pour séduiredavantage, l’efficacité énergétique doitfaire valoir l’argument économique.Comment y parvenir ?Les entreprises peuvent mettre au pointdes produits offrant de meilleurs rende-ments, à un prix abordable. Par ses choixpersonnels, l’individu a aussi son mot àÀ la différence du pétrole, legaz naturel n’est pas encoreune marchandise « plané-taire » : il ne se transporte pascomme le pétrole.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­18 revue ABB 2|11coût et le bénéfice environnemental ? Laplanète produit chaque année entre 25et 30 Gt (109tonnes) de CO2de sources­anthropogéniques. Pour capturer 1 Gt paran, nous devrions dans le même tempsréaliser la bagatelle de 1 000 projets­d’injection de 1 Mt (106tonnes) chacun.Ce n’est pas rien ! Il faut trouver les bonssites et se donner les moyens de les réali-ser. La partie captage se chiffre en milliardsde dollars pour une grande installation.Certes, les volets compression et injectioncoûtent moins mais nécessitent tout demême beaucoup d’argent. Ajoutez à celal’arsenal réglementaire et législatif quigonfle l’addition et renchérit considérable-ment le prix du kWh tiré du charbon. Etpour quelle différence en termes de chan-gement climatique ? L’infrastructure mettradu temps à monter en charge. Or cet­objectif de la gigatonne annuelle, pour êtreambitieux, ne représente qu’environ 1 tren-tième des émissions totales. Les défis pourmener à bien ce vaste chantier, au rythmesouhaité, sont colossaux. Et pendant toutce temps voué à la recherche, l’horlogetourne. Même si la majorité de ceux quis’investissent dans cette voie ou dans larecherche sur le climat ne l’avoue pas, jecrains que le CSC ne soit pas raisonnable.L’avenir le dira.Au sujet du CO2justement, quel rôlepeuvent jouer les techniques de captage etde séquestration (CSC) ?Le Bureau of Economic Geology, queje dirige, est l’un des chefs de file de la­recherche sur la séquestration du carboneaux États-Unis. Nous avons été les pre-miers à enfouir plus de 1 million de tonnessous Terre. La discipline est fascinante.Dans une perspective plus large, nous­devrions nous poser trois questions deprincipe : est-ce possible ? est-ce faisable ?est-ce raisonnable ?Possible ? Mon groupe de géologues étu-die les méthodes pour enterrer rapidementde grandes quantités de CO2. D’autresplanchent sur le captage du CO2à partirdes cheminées industrielles. Au fil de nosrecherches, nous constatons que la solu-tion est possible dans certaines régions,grandement tributaires de la géologie.Est-ce faisable, sous le double prisme de lapolitique et de la réglementation ? Là sepose la question de l’acceptabilité sociale :qui est prêt à enfouir le CO2dans son jar-din ? L’enjeu dépasse le cadre de l’environ-nement. Une fois de plus, je pense qu’onpeut envisager la solution mais au prix debeaucoup de travail, et pas partout. Enfin,est-ce raisonnable ? Quels en seront leUsine GNL de Statoil, sur l’île norvégienne de Melkoya (champ gazier de Snøvhit) ; les équipements d’alimentation en énergieet d’automatisation sont de fourniture ABB.dire. Les économies d’échelle jouerontégalement, tout comme l’action des pou-voirs publics.Jusqu’à quel point et comment ces der-niers devraient-ils s’impliquer ?Par une panoplie d’incitations encoura-geant industriels et particuliers à se tournervers la sobriété et l’efficacité énergétiques.Mais gare à la tentation de tout miser sur leticket gagnant ! La filière maïs-éthanol pourproduire du carburant, aux États-Unis, enest un fâcheux exemple, parmi d’autres :là, il n’est plus question de stratégie éner-gétique mais de politique agricole. Cetteproduction, qui a besoin d’eau, d’engraiset de terres, est en conflit avec les culturesnourricières tandis que son bilan énergé-tique net est médiocre. Il aurait mieux valuque les autorités diversifient leurs objectifs(baisse des émissions, efficacité, faibleconsommation, moindre coût . . .) et laissentles industriels, universitaires et autres rivali-ser pour développer les meilleures solu-tions. Prenons la pollution par le CO2. Si lecharbon ou le gaz naturel atteignent cesobjectifs à un coût aussi abordable quecelui de l’éolien, du solaire . . . , alors nouspouvons agir dans ce sens. Mais la poli-tique est souvent dictée par des intérêtsqui transgressent l’intérêt collectif. Ce quimet à mal les pouvoirs publics . . .
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­19Transitions énergétiquesLes hydrocarbures ne sont pas seulementsources d’énergie. Quels en sont les autresusages ?Le développement des renouvelables (so-laire, éolien, géothermie et agrocarburants)aidant, nous brûlerons de moins en moinsd’hydrocarbures pour produire de l’éner-gie, préférant les réserver aux applications« nobles », comme les plastiques, les lubri-fiants et les engrais. Présent dans toutesces substances et très difficilement substi-tuable, le pétrole n’a jamais autant méritéson surnom d’or noir.Merci d’avoir répondu à nos questions.Propos recueillis par Andreas Moglestue,rédacteur en chef de la Revue ABB :andreas.moglestue@ch.abb.comet produire ainsi de la vapeur qui est injec-tée dans les forages afin de réchaufferle bitume (très dense) et le fluidifier. Les­nuisances en surface sont donc minimes.Le gisement épuisé, la tête de puits estdéplacée et, lorsque la végétation reprendses droits, il n’y a plus guère de traces duforage.L’opération est coûteuse mais, dans uncontexte de forte demande en hydrocar-bures liquides, de prix à la hausse et detechniques en progrès, de plus en plus deréserves deviendront rentables. D’aucunsdisent (et l’ont annoncé depuis des lustres)que le pétrole et le gaz ont atteint leur picde production, au vu des conditions éco-nomiques et technologiques du moment.L’offre finira certes par plafonner, surtout sinous arrêtons d’explorer et migrons versde nouvelles zones géographiques et géo-logiques. À mesure que le prix des énergiesfossiles augmente, d’autres sources, plusviables, remplaceront petit à petit le pétroleet le gaz. Un jour, nous en viendrons mêmeà nous demander pourquoi nous avonsbrûlé du pétrole dans nos voitures ?!Par conséquent, si le pétrole atteint sonpic, ce n’est pas parce que les réservess’épuisent mais que nous avons trouvéd’autres ressources ?Oui, des filons plus abordables ou mêmeplus riches ! Tout comme la fin de l’Âge depierre n’est pas due à la disparition de lapierre, l’ère du pétrole ne s’achèvera paspar pénurie de pétrole ! Au juste prix, la pla-nète en regorge. Songez à l’époque oùnous nous éclairions à l’huile de baleine :quitte à m’attirer les foudres de nos lec-teurs, j’oserais dire que grâce au pétrole,nous n’avons plus besoin de chasser lesbaleines pour leur huile. Pour un peu, c’estle pétrole qui les a sauvées . . .À combien chiffrez-vous les réserves­d’hydrocarbures ?Le monde a consommé un peu plus de1 billion (1012) de barils de pétrole et environ28 billions de m3de gaz naturel. Il resteencore 5 à 10 billions de barils et probable-ment 140 à 280 billions de m3de gaz, à unprix acceptable. Le problème est qu’il estimpossible de récupérer une bonne partiede cette manne, de manière économique.Avec un cours du brut qui s’envole – et peuimporte de savoir si cette flambée sera (àn’en pas douter) suivie d’un repli – il sepeut que nous ayons atteint aujourd’hui unniveau de prix qui plaide en faveur des­molécules difficilement accessibles et pluschères.Il n’y a pas que le CO2qui fasse débat enmatière de pollution par le pétrole et le gaz.La fracturation hydraulique est aussi unsujet « détonant ».Ce procédé d’extraction existe depuis denombreuses décennies et est aussi utiliséen forage traditionnel. Lorsque l’hydrocar-bure liquide ou gazeux est emprisonnédans des microfissures ou de très petitspores (réservoirs compacts), la seule façonde le libérer est de fracturer la roche eninjec­tant à très haute pression de grandesquantités d’eau additionnée de produitschimiques et d’agents de soutènementpour garder ces fissures ouvertes. Et cela,entre 1 000 et 3 000 mètres de profondeur.L’énergie utilisée à cette fin limite naturelle-ment l’étendue de ces failles artificielles.Nous avons effectué près de 1 millionde fracturations aux États-Unis. Certains­forages totalisent plus de 30 drains hori-zontaux. Or, à ma connaissance, la fractu-ration en elle-même n’a jamais provoquéde fissures affleurant en surface. Pour cela,il faudrait utiliser un procédé beaucoupplus puissant et écorner certaines lois de laphysique . . .Cela dit, le forage des puits, l’injection,l’évacuation et le transport des liquides defracturation par camion présentent unrisque de fuites dans l’environnement,comme tout autre process industriel. Nousdevons améliorer ces opérations et viser le« zéro-accident ». Pourtant, en général,nous savons quand il y a eu fuite : le dangerest alors circonscrit, la fuite arrêtée et lesdégâts sont endigués et atténués. Pareilincident est déplorable mais il ne risquepas de contaminer de vastes étenduesgéographiques.Quelles autres tendances marquent le­développement des ressources nonconventionnelles ?Technologie et prix sont indissociables.Quand les cours d’une ressource montent,la technologie devient économiquementviable. L’Arctique nous donne l’exemple deformidables potentialités : on n’y a extraitqu’une infime partie des vastes réservesd’huile. Nous allons devoir travailler danscette région en y respectant l’environne-ment.Il en va de même, par exemple, de l’exploi-tation à ciel ouvert des sables bitumineuxen Alberta (Canada). Une vraie plaie pourl’environnement ! Les progrès de la techno-logie nous permettent aujourd’hui d’y­remédier grâce au « drainage par gravitéau moyen de vapeur (DGMV) » : on utilisele gaz naturel pour porter l’eau à ébullitionScott W. TinkerScott W. Tinker, géologue de l’État du Texas, estdirecteur du Bureau of Economic Geology et duconsortium AEC (Advanced Energy Consortium),professeur titulaire de la chaire Allday EndowedChair et vice-doyen en exercice de l’École Jacksonde Géosciences à l’université du Texas (Austin).Ses 17 ans de carrière passés dans l’industrie dupétrole et du gaz, avant de rejoindre l’Université en2000, lui ont valu de nombreuses distinctions :président de l’association américaine de géologuespétroliers American Association of PetroleumGeologists (2008–2009) et de l’Association ofAmerican State Geologists (2006–2007), éminentconférencier auprès de l’AAPG (1997) et de laSociety of Petroleum Engineers (2002), en chargedes questions d’éthique à l’AAPG (2006–2007).Il a aussi remporté plusieurs trophées du meilleurarticle pour deux publications de prestige. M. Tinkerest chargé de mission au National Petroleum Councilet à l’Interstate Oil and Gas Compact Commission,et siège à plusieurs conseils de sociétés privées,ordres professionnels et universités. Ce passionnéde la convergence entre milieux académique,industriel et politique a prononcé plus de 400conférences et discours d’ouverture, dans plus de45 pays. Docteur de l’université du Colorado, il estaussi titulaire d’un Master de l’université duMichigan et d’une Licence de l’université de Trinity.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­20 revue ABB 2|11Sergio Casati – Au cours des 45 dernières années, ABBa mené à bien plus de 300 contrats d’ingénierie, d’appro­visionnement et de gestion de la construction (IAGC), auservice des secteurs du pétrole et du gaz, de la productiond’énergie et de l’eau. Bon nombre de ces chantiers d’enver-gure obligent à aller toujours plus loin, aux limites del’extrême : sites reculés, rudesse du climat, déploiement demoyens techniques et humains sur de multiples fronts . . .Parmi ces grands travaux figure le complexe pétrogazierd’El Merk, dans le sud algérien, pour lequel ABB conçoit,fournit, construit et met en service une part importante desinfrastructures. La complexité et le gigantisme du siteexigent des compétences, des outils et une logistique horspair pour garantir l’ingénierie, l’approvisionnement et laconstruction de ce mégaprojet dans le respect des délaiset du budget.ABB construit des infrastructures pétrolièreset gazières en plein désertAu paysde l’or noir
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­21Au pays de l’or noirAvec El Merk, le bassin deBerkine devient le deuxièmeplus grand gisement d’hydro-carbures algérien.Les champs de pétrole et de gazd’El Merk, dans le bassin de­Berkine, sont à la fois le deu-xième plus « riche » gisementd’hydrocarbures algérien et l’un des plusprometteurs en termes de capacité deproduction et de nouvelles découvertes.Aux confins du désert saharien, l’envi-ronnement d’El Merk est aussi rudequ’inhospitalier : la température y atteintfréquemment 50 °C, les pluies sont rareset le relief dentelé se compose en grandepartie de gigantesques dunes de sablesans cesse redessinées par le siroco.Éloigné de tout (à quelque 1 000 km desvilles et ports du littoral méditerranéenoù se concentrent 90 % des 35 millions­d’Algériens), le site est naturellementdépourvu d’infrastructures  ➔ 1.Le gisement d’El Merk est constitué dequatre réservoirs de pétrole et de gaz(EKT, EMN, EME et EMK) répartis surdeux blocs (405 et 208) et développéspar un consortium de six partenaires(Sonatrach, Anadarko, Eni, Maersk,­ConocoPhillips et Talisman), copilotéspar le Groupement Berkine 1. À pleinecapacité, le complexe traitera 160 000barils équivalent pétrole par jour que­débiteront près de140 puits. Ceux-ciseront reliés par unréseau de canali­sations à dix sta-tions collectricesqui enverront le brutà une usine de trai-tement assurant laséparation pétro­le-eau-gaz, la stabilisation, la compressiondu gaz, l’ex­traction des liquides de gaznaturel et le stockage des hydrocar-bures. Le gaz sera ensuite réinjecté parsix manifolds de distribution de gaz­répartis entre les quatre réservoirs. Les80 premiers puits devraient commencerà produire en 2012.Feuille de route ABBLe Groupement Berkine a découpé leprojet El Merk en plusieurs contrats IAGCportant sur la réalisation de l’usine detraitement, des installations annexes, dela base de vie, de la base industrielle,des canalisations de transport, deslignes d’alimentation électrique et d’unposte électrique. Le consortium regrou-pant ABB, SARPI (Société Algérienne deNote1 Entité codétenue par la société algérienneSonatrach, le pétrolier texan Anadarko, lacompagnie pétrolière publique italienne Eni et legroupe pétrogazier privé danois Maersk.Photo p. 20–21Au sud-est de l’Algérie, El Merk déroule à perte devue, sur 5 000 km2, d’immenses dunes de sablepouvant atteindre 300 m de hauteur.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­22 revue ABB 2|11données géodésiques, les désaccordssur le positionnement correct des équi-pements de production sont monnaiecourante. Le SIG d’ABB écarte toutrisque de malentendu (et, donc, de­retards éventuels dans l’exécution ducontrat) mais améliore aussi la précisionet l’efficacité du chantier.ABB a fait d’Intergraph son partenaireSIG et fournisseur de la plate-forme géo­spatiale, ABB gérant les informations duprojet et la compilation des données detous les participants au projet  ➔ 4. Le sys-tème surveille la construction de chaqueouvrage et équipement du site, des puitset canalisations d’hydrocarbures aux ate-liers, bureaux et logements sur la base,ainsi que les lignes électriques, les circuitsde distribution d’énergie et d’eau, et lescâbles de communication qui relient lesinstallations au réseau national.vellation, déclivité des dunes, etc.) etproduit automatiquement des plans etdocuments de pose, avec toute l’infor-mation sur le site. La solution s’appuiesur le modèle standard PODS (PipelineOpen Data Standard), très prisé pour letransport du pétrole brut et du gaz.Ce SIG contribue amplement au succèsd’un grand projet d’infrastructures commeEl Merk  ➔ 3, qui réunit au même momentune multitude de prestataires et de sous-traitants, et des milliers d’ouvriers. Sanslui, le chantier nécessiterait sans doute12 mois de plus, avec tous les surcoûtset manques à gagner engendrés par ceretard. Il n’est pas rare, dans un projetde cette importance, que l’emplacementdes puits ou le tracé des canalisations,par exemple, évolue avec le déploiementdu réservoir. Les sous-traitants ayanttendance à interpréter différemment lesRéalisation de Projets Industriels) etl’Égyptien Petrojet, mené par ABB, estresponsable des installations annexes.Pour un montant de 650 millions de dol-lars – l’un des plus gros contrats IAGCjamais décrochés par ABB ! –, le Groupeest chargé de concevoir, d’approvision-ner, de transporter, de construire, demettre en service et de démarrer :− les 10 stations collectrices ;− les 6 collecteurs de distribution de gaz ;− tout le matériel des 120 puits ainsi quele raccordement des 80 puits devantêtre mis en production en 2012 ;− les 719 km de pipelines et de canali-sations de transport reliant les4 champs du bloc 208.La fourniture ABB  ➔ 2 comprend les sys-tèmes d’injection d’eau, les conduitesd’évacuation de la production, d’extrac-tion au gaz, d’approvisionnement en eauet en eau de dilution, les lignes de distri-bution d’huile et de condensats, les des-sertes d’injection d’eau et de gaz, lescanalisations de transport. En termesd’équipements et de produits, ABB four-nira les pompes d’injection d’eau, lespompes de charge, les pompes d’eau dedilution, les filtres à eau, les refroidis-seurs de recyclage et les séparateursd’azote. La fourniture électrique se com-pose d’appareillages et de transforma-teurs de puissance moyenne et bassetension. L’instrumentation comprend lesystème de mesurage, les débitmètresmultiphases, les vannes de têtes depuits et les appareils de terrain. Leschâssis mobiles d’injection de produitschimiques, le lanceur et les récupéra-teurs de racleur de pipeline, ainsi queles systèmes de protection cathodique­seront aussi fournis par ABB.Précision et efficacitéAutre fourniture clé d’ABB, le systèmed’information géographique (SIG) cou-vrant la totalité du site. Ce système degéomatique permet de concevoir, deconstruire, d’entretenir et de gérer toutesles infrastructures et les ouvrages deproduction du champ avec le maximumd’efficacité et de précision. Il fournit àl’ensemble des intervenants au projetune vue précise et à jour de son avance-ment, en temps réel. Il regroupe les don-nées d’un grand nombre de sources dif-férentes et calcule la quantité exacte dematériaux de construction nécessaires.Il recense tous les accidents topogra-phiques sur le tracé des pipelines (déni-1 Géographie du bassin de Berkine et du gisement d’El MerkAlgerArzeuMarocAlgérieBassin deBerkineHassiRimel LybieSicileMer méditerranéeOcéanatlantiqueTunisSkikdaVers ItalieHassiMessaoudT.F.T.BejalaTunisie404212405b405211208406403cAnaguldSanrharJenelnNordEspagne2 Les grandes lignes du projet ABB d’El Merk présentées lors de la réunion de lancementEl Merk – Lots 3 et 4 – Installations annexes, lignes de distribution et conduites d’écoulementDistribution BT du réseau FOLignes de distribution de gazProductionde gazExtraction au gazProduction d’huileEau de dilutionInjection d’eauDessertes d’alimentation en eauLignes aériennes 30 kVet câbles FO – Lot BPuits d’injectionde gaz, 14 (+6)Collecteurs de distribution (6)Pas d’équipement/alimentation électriqueStations collectrices (10)Pompes d’injection d’eau (11)Filtres d’injection d’eau (11 x 2)Pompes d’eau de dilution (5)Alim 5,5 kV/TélécomsPuits d’injection d’eau20 (+11)Puits de productiond’huile30 (+21)Puits de production degaz, 8 (+2)Puits d’alimentation eneau (7), filtres à eau,séparateur d’azote,pompe de chargeUsinedetraitementdeshydrocarburesLots1et7GarederéceptionderacleurNbre total de puits : 80 + 40Puits d’évacuation(1)Conduites principalesd’injection de gazConduites d’eaude productionLignes dedistribution d’huileDessertesd’injection de gaz
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­23Au pays de l’or noir3 Vues aériennes du site d’El MerkNotes2 Tous les équipements et matériaux doiventrésister à une température de 55 °C.3 La politique HSE d’ABB se résume ainsi :zéro-danger pour les personnes, zéro-dommagepour l’environnement, les ouvrages et équipe-ments ; zéro-perte ou destruction de donnéeset de documents.Base de vieMirage technologiqueÀ la complexité de ce projet ambitieuxs’ajoutent l’éloignement et la rudesse dumilieu. Sur le plan technique, les ingé-nieurs se heurtent à une double difficulté :l’étendue des champs et l’obligation demener de front les travaux de foragedes puits, de pose des canalisations etde construction des installations. Côté­logistique, il faut acheminer d’énormesquantités de matériels et de matériaux 2livrés par des fournisseurs et usines dumonde entier, et parcourir les 1 0­00 kmde désert séparant le site du littoral­algérien. Sans oublier de respecter lescontraintes d’efficacité et de rentabilitépour convoyer le tout à bon port.Au pic de l’activité, El Merk mobiliserajusqu’à 6 000 travailleurs locaux et étran-gers ; c’est dire les barrières linguistiqueset les différences de culture qu’il convientd’anticiper et de gérer au quotidien ! Lasécurité est aussi de la partie. La contri-bution d’ABB au projet est chiffréeen  ➔ 5.Santé et sécuritéAvec des effectifs de 1 500 personnescumulant plusieurs millions d’hommes-heures, ABB se doit d’exceller en matièred’hygiène, de sécurité et d’environne-ment (HSE) 3. Ses objectifs se déclinenten 5 axes :− Instiller une culture du « zéro-incident »auprès de tout le personnel ;Le SIG est uneplate-forme géo­spatiale permettantde concevoir, bâtiret gérer les infra­structures et équi-pements de pro-duction du champ.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­24 revue ABB 2|11hostiles –, ABB est l’une des ­sociétésd’ingénierie affichant l’expertise la plusfructueuse sur ce créneau. Ce palmarèsn’est pas le seul critère à ­prouver l’adé-quation d’ABB au projet El Merk : trèsprésent en Algérie depuis les années1970, le Groupe a accompagné l’essorde l’industrie pétrogazière du pays, qui anotamment vu la création de SARPI, en1993.D’autres projets clé en main sont encours en Algérie : citons l’éliminationdes gaz torchés à Haoud Berkaoui, pourle compte de Sonatrach (contrat de225 millions de dollars portant sur destrains de compression du gaz et la­ré-instrumentation des trois centres deproduction), de même que la fournituredes réseaux de fluides et d’énergie, etdes installations de stockage et d’expor-tation pour l’usine de traitement de MLE,dans le bassin de Berkine (pour 245 mil-lions de dollars).Sergio CasatiABB SpAMilan (Italie)sergio.casati@it.abb.com− Intégrer le triptyque santé-sécurité-environnement dans la totalité desinstallations et lieux de travail duconsortium ;− Développer et mettre en œuvre unsystème de gestion HSE et uneprocédure de gestion des risques ;− Exécuter des programmes HSEd’entreprises spécifiques au site ;− Être prêt à passer sans heurt le relaisdes procédures et systèmes HSE àl’exploitant, au terme du projet.Pôle d’excellenceC’est depuis son centre d’excellencemilanais qu’ABB pilote, dans les temps,sa part du chantier. Avec plus de300 projets d’IAGC à son actif, dans lesdomaines du pétrole et du gaz, de laproduction d’énergie et de l’eau – pourbeaucoup dans des régions reculées et4 Écrans du système SIG reproduisant les infrastructures et installations d’El Merk.L’étendue et lacomplexitéd’El Merk imposentdes compétenceset outils garantis-sant l’exécution etl’achèvement duchantier dans lestemps et budgetsétablis.5 ABB et El Merk en chiffresABB évalue la réalisation du projet à :– 150 000 hommes-heures pour la fournitured’équipements et la gestion de projet ;− 200 000 hommes-heures supplémentairesen ingénierie.Sa fourniture électrique comprend :− 300 km de câbles haute tension ;− 200 km de câbles basse tension ;− plus de 150 tableaux haute, moyenne etbasse tension ;− 140 transformateurs ;− 3 000 instruments de terrain (vannes derégulation, capteurs, manomètres,débitmètres, etc.) ;− 400 km de câbles de mesure ;− 400 km de câbles optiques.Le consortium ABB est par ailleurs respon-sable de la conception, de la fourniture, del’installation et de la mise en service de700 km de pipelines qui seront équipés deprès de 10 000 vannes manuelles.ABB est également chargé des 5 tours detélécommunication et des systèmes dechauffage, ventilation, climatisation (CVC) etincendie des 10 stations collectrices.Une équipe ABB supervisera sur placequelque 2 000 collaborateurs SARPI-Petrojet ;ces effectifs devraient consacrer, en 42 mois,5 millions d’hommes-heures à la constructionet à l’installation des équipements annexesd’El Merk.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­25Les fruits de l’intégrationDes solutions globales pour toute la chaîne de production de gaz de charbonColin Pearson – La recherche effrénée de nouvelles sourcesd’énergie avive l’intérêt pour le méthane contenu dans lescouches de charbon relativement peu profondes. Ce « gaz decharbon », également désigné par l’acronyme anglo-saxon« CBM » (Coalbed Methane), est un facteur de risque trèsimportant pour la mine. Autrefois, des canaris placés dans lesgaleries alertaient les mineurs du redoutable coup de grisouprovoqué par ce gaz ; aujourd’hui, la technologie permet de lerécupérer sous forme liquéfiée pour le valoriser et éviter ainsison rejet dans l’atmosphère. Dans le cadre de projets­d’exploitation de CBM, ABB apporte une réponse globale entermes d’automatisation, de sécurité, de distribution élec-trique, de gestion de l’eau et de télécommunications. Sessolutions intégrées offrent une visibilité complète des opéra-tions (souvent réparties sur une vaste zone géographiquedifficilement accessible) pour l’exploitation, la maintenance, lagestion des équipements et le traitement des alarmes, depuisle « carreau de la mine » jusqu’à l’informatique décisionnelle.Les fruitsde l’intégration
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­26 revue ABB 2|11Le dessalement et la compression enamont sont de gros consommateursd’énergie (parfois dix fois plus que laliqué­faction ultérieure) qui nécessitentd’importants systèmes de distributionélectrique et de gestion de l’eau.Méthodes d’extractionLe CBM est extrait en forant des puits enplusieurs endroits dans la veine de char-bon relativement peu profonde (quelquescentaines de mètres). La fracturationhydrau­lique consiste à y injecter soustrès haute pression de grands volumesd’eau et du sable, qui s’insinue dans lesmicrofissures et empêche qu’elles se­referment lorsque l’injection cesse. Legaz migre ensuite vers la tête de puitspour être récupéré en surface.Le cycle de vie d’un puits comprend­habituellement une première phase dedénoyage, suivie d’une phase d’écoule-ment libre. Lors du dénoyage, on installeau fond un groupe de pompage qui peutêtre retiré quand débute la phase d’écou-lement libre. L’équipement est complétéd’un séparateur d’eau, d’appareils dePour que l’extraction soit rentable, laveine doit être relativement peu profondeet inondée. L’exploitation d’un puitscommence donc par une phase de« dénoyage­ » qui peut, selon le cas, durerplusieurs mois ou années. Lorsque laveine est suffisamment asséchée, il y adésorption du gaz qui peut alors êtreextrait, puis transporté vers des usinesde liquéfaction et commercialisé.Le taux de désorption du méthane­dépend de la quantité de charbon nonsubmergé. L’évacuation de l’eau per-met donc de régu-ler la pression etle débit du gaz. Cedernier point estessentiel car, dansla partie basse pres-sion, les conduitesutilisées sont sou-vent de simplestuyaux PVC. Il estpeu rentable derecourir à des conduites en acier ou à decoûteux limiteurs de pression, en raisondu grand nombre de puits à forer (géné-ralement plusieurs milliers). Par ailleurs,des débits plus élevés peuvent entraînerl’épuisement prématuré d’un puits.Le processus d’extraction évacued’énormes volumes d’eau saumâtre quidoivent être stockés dans de grands­réservoirs et traités avant rejet pour­préserver l’environnement.Naturellement présent dans leshydrocarbures solides, leméthane a été « adsorbé »dans la veine de charbon aucours de son histoire géologique et desa formation résultant de processus bio-logiques ou thermiques. Durant les pre-miers stades de transformation de lamatière végétale en charbon (houillifica-tion), l’activité microbienne génère duméthane qui reste piégé dans le filonjusqu’à ce que l’extraction ou la venti­lation provoque sa « désorption », à defaibles pressions (1 à 4 bar). La désorp-tion et l’extraction peuvent être réaliséespar des procédés relativement simples etpeu coûteux, souvent transférables.Le méthane est la première cause d’ac-cidents miniers dans le monde, faisant,rien qu’en Chine, 5 000 victimes par an(soit 80 % de la mortalité annuelle dansles mines). C’est également l’un des pluspuissants gaz à effet de serre, dont lepouvoir de réchauffement global est 20 à25 fois supérieur au dioxyde de carbone(CO2). La récupération du CBM avantcelle du charbon a donc un double effetbénéfique : elle renforce la sécurité desmineurs et réduit de 70 à 80 % les rejetsde méthane dans la nature.Le marché mondialisé et­hautement concurrentiel dugaz doit aujourd’hui faire­appel à des technologies deplus en poussées.1 Principes du forage vertical et du forage incliné1a Autant de forages que de puits 1b Un forage pour plusieurs puitsBaie de PooleBaie de PoolePort de PoolePort de Poole
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­27Les fruits de l’intégrationet de gestion de la construction (IAGC),dont les choix d’investissement sontsouvent en conflit avec les impératifs àlong terme du donneur d’ordre.La stratégie ABB alliant « excellence opé-rationnelle », produits et services inté-grés, et technologie apporte une réponseextrêmement efficace à ces grands pro-jets centrés sur l’utilisateur. Plusieurs­arguments de poids justifient cette lignede conduite  ➔ 3.mesure, de panneaux solaires avec bat-terie de stockage et de postes asservisde téléconduite « RTU » (Remote Term-nal Units). Ces RTU rapatrient par liaisonssans fil les données de la tête de puitsà un centre de commande et de con­si­gnation qui, dans le cas d’ABB, peut êtreun superviseur SCADA (SupervisoryControl And Data Acquisition) ou sonsystème d’automatisation étendue 800xApour constituer une solution totalementintégrée.Les sites d’exploitation du CBM peuventnécessiter des milliers de têtes de puitsmettant en œuvre plusieurs techniquesde forage, dictées par les études de­topologie régionale et d’impact environ-nemental : forage vertical, à l’aplomb dufilon à atteindre (un RTU/puits) ; foragedirectionnel ou incliné (un seul RTU pou-vant gérer jusqu’à dix puits), bien moinsdommageable pour l’environnement  ➔ 1.ABB TotalFlow est leader sur le marchéaméricain du forage de puits de CBM :sur les 30 000 à 35 000 têtes de puitsaux États-Unis, 20 000 à 25 000 sontéquipées de matériel ABB  ➔ 2.Enjeux techniquesCes grands systèmes distribués quesont les projets d’exploitation du CBMposent de nombreuses difficultés tech-niques et opérationnelles ainsi que desproblèmes de maintenance ; ils exigentsoit du personnel posté à chaque instal-lation (stations de compression, parexemple), soit une infrastructure de com-munication et des équipes de terrainprêtes à intervenir en cas de pannes,défauts ou problèmes de configuration.La solution intégrée d’ABB fournit desinformations et des moyens d’action auxéquipes d’exploitation, de maintenanceet de gestion (voire aux fournisseurs desolutions informatiques), à partir ducentre de conduite et de la plate-formede développement distants. Elle permetainsi de réduire au minimum le personnelsur site, améliorant l’efficacité et la sécu-rité de l’exploitation.ABB constate une nette tendance en­faveur de cette intégration, incitant lesclients et propriétaires-exploitants àchoisir leurs systèmes de contrôle-­commande distribué très en amont duprojet, sans s’en remettre aux entre-prises d’ingénierie, d’approvisionnementSur les marchéstendus du gaz­naturel liquéfié, lesactivités d’extrac-tion et de distri­bution doiventplus que jamaismarier efficacité etfiabilité.2 ABB et l’exploitation du gaz de charbonDepuis de nombreuses années, ABB TotalFlowfournit des systèmes pour l’exploitation du gazde charbon ou « CBM » (Coalbed Methane) auxÉtats-Unis et au Canada ; l’entreprise y a équipéles têtes de puits de plus de 30 000 postes detéléconduite. ABB a par ailleurs récemmentdécroché une commande de 58 millions dedollars (voire plus), dans le cadre d’un projetaustralien avec BG (Royaume-Uni), pour lafourniture d’une solution totalement intégrée,basée sur son système d’automatisation 800xAet des RTU de fournisseurs tiers.Plusieurs grandes sociétés gazières jugentdésormais rentable l’exploitation du CBM etinvestissent des milliards de dollars dansl’exploration, l’extraction et les infrastructures.La Chine est l’un des pays qui offrent le plusde perspectives dans ce domaine.Bien que le gaz extrait ait été jusqu’à présentsurtout distribué directement aux « consomma-teurs », on envisage désormais de le commercia-liser sous sa forme liquéfiée.La chaîne de production du CBM comprendplusieurs procédés et équipements relativementsimples : têtes de puits, compression, distributionet stockage, liquéfaction et chargement. L’eauproduite par les têtes de puits est évacuée versde grandes retenues en vue de son rejet ultérieur.Des compresseurs basse pression transfèrent legaz « humide » vers une installation de séchage,puis des compresseurs haute pression l’injectentdans des gazoducs qui, dans certains cas,servent également au stockage. En aval, lachaîne se termine par les trains de liquéfaction etles réseaux de distribution par bateau.Compte tenu de l’étendue des opérations, il estimpératif d’en optimiser l’intégration afin dedépêcher le moins de techniciens de mainte-nance et d’ingénieurs sur place (en terrainsouvent très difficile) pour dépanner et configurerles appareils.S’appuyant sur une solide expertise et unportefeuille complet d’activités, ABB a surépondre aux besoins spécifiques de ces projetsd’envergure avec des solutions globalesassociant automatismes, sécurité, distributionélectrique, gestion de l’eau et télécoms. Sanscela, l’utilisateur serait incapable de tirer tout lepotentiel des diagnostics fournis par le système800xA et serait contraint d’envoyer du personnelsur site, accentuant les risques pour la santé etla sécurité.Avantages clientsLes propriétaires-exploitants les plustournés vers l’avenir se préparent dèsà présent à revoir leurs stratégies­d’automatisation pour relever ces défisd’intégration, comme l’ont récemmentmontré des projets australiens de CBM.L’architecture du système 800xA d’ABBet son évolutivité répondent parfaite-ment à ces besoins d’intégration en­permettant à nos clients de tirer le­maximum de leurs équipements sur lelong terme, tout en offrant à leur per­sonnel un environnement de travail effi-cace et sûr.En fédérant ses automatismes, télécomset matériels électriques (conformes à lanorme CEI 61850, sous protocole Profi-net) dans l’environnement 800xA, ABBoffre aux utilisateurs une visibilité sansprécédent de leurs équipements et enoptimise l’exploitation.Selon une récente étude du cabinetARC, cette meilleure visibilité de l’étatglobal du système, depuis un centre deconduite, évite plus de 44 % des défail­lances matérielles.Une solution totalement intégrée pourl’automatisation du procédé, la sécu-rité, le contrôle-commande électrique, la
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­28 revue ABB 2|11Des écueils ?Dans une certaine mesure, c’est au­niveau des approvisionnements quepeuvent se dresser des obstacles à uneexcellence opérationnelle pérenne. Sou-vent, les stratégies d’achat imposent derogner sur plusieurs volets de la solutionpour pouvoir soutenir la comparaisonavec la concurrence en matière de coûts.Bien que justifiée, la démarche pousseles acheteurs à opter pour le composantle moins cher, sans tenir compte desaspects liés à l’intégration ou les coûtsd’exploitation sur le long terme.Dans ses récents projets en Australie,ABB a été en mesure de fournir unepuissante solution intégrée de produitset services, permettant à ses clients detirer le maximum de leurs systèmes pourles propulser dans le peloton de tête desproducteurs de CBM.Colin PearsonABB Process AutomationSt Neots (Royaume-Uni)colin.pearson@gb.abb.comEn tenant compte du mode opératoiredes clients, ABB est amené à proposerdes offres intégrées dotées d’interfacesutilisateurs communes, quels que soientles fournisseurs des équipements de ter-rain. Cette stratégie répond aux intérêtsdes clients à long terme et procure àABB un réel avantage concurrentielpuisque le système 800xA est bâti sur ceprincipe.L’utilisateur ayant en main les informa-tions d’exploitation et de maintenancenécessaires peut prendre les bonnesdécisions au bon moment et réagir rapi-dement à toutes les urgences.L’avantage est manifeste lorsque letemps d’intervention est crucial.Le système 800xA, avec son inter-face homme-machine et son poste deconduite panoramique  ➔ 5, permet auxutilisateurs (opérateurs, agents de main-tenance et responsables) de remplir leurmission beaucoup plus efficacement quepar le passé.gestion de l’énergie et les télécommuni-cations s’appuyant sur une plate-formeet des protocoles communs, est avanta-geuse à plus d’un titre  ➔ 4.Contrôle-commande centraliséLes utilisateurs de ces grands systèmesdistribués doivent impérativement avoiraccès aux informations utiles, toutessources et tous types de systèmeconfondus. En mettant à leur dispositionun environnement unique, homogène etcohérent, ABB peut fournir à ses clientsdes systèmes et solutions conformesaux principes et exigences d’exploitationédictés par les normes EEMUA (191 et201) et ISO 11064.3 Onze arguments en faveur d’une exploitation intégrée du CBM– La pénurie d’ingénieurs et, par conséquent,le manque de personnel apte à garantir lacontinuité des opérations ; cela vautnotamment pour des pays qui, commel’Australie, ont du mal à recruter.– Les progrès de la téléconduite et l’accèsà un support technique mondial, qui per-mettent aux utilisateurs de bénéficier del’expertise d’ABB et de prestataires tiers enévitant les coûts et inconvénients desdéplacements dans le monde entier.– La possibilité de limiter et de simplifier aumaximum les contrats de maintenance sursite, le CBM étant souvent exploité dansdes endroits isolés ou hostiles.– La nécessité croissante de réduire lesdépenses d’investissement et d’exploitationen améliorant et en optimisant les systèmesà distance.– L’obligation, tant pour les sociétésd’ingénierie que les utilisateurs, d’intégrerleurs ressources en automatismes,technologies de l’information et génieélectrique pour des raisons de coûts et dedéficit de compétences : un effort facilité parla nature intégrée des systèmes d’automati-sation et des outils de conception et demodélisation d’usines tels que SmartPlant(Intergraph) ou Comos PT.– Les risques accrus de non-respect desdélais dû au resserrement des calendriersde projet et à l’hétérogénéité des systèmes.– Des politiques d’excellence opérationnelle(clé de la rentabilité à long terme desprojets) élaborées par les utilisateurs au seinde leurs propres groupes.– Des décisions stratégiques devants’appuyer sur des informations temps réelopportunes pour tirer pleinement parti desvariations du procédé et des conditions dumarché.– Des puits ou groupes de puits appartenantsouvent à plusieurs participants au projet,ce qui complique la gestion de laproduction et oblige à prendre desdécisions sur la base de donnéesmultisources, puisées à différents niveauxde l’organisation (du terrain à la gestion).– Les acquis et attentes d’une générationd’opérateurs rompus aux usagesnumériques ; les futures formations vontenglober toutes les composantes del’automatisation (génie électrique, télécoms,informatique).– La nécessité, pour le personnel du centrede conduite, d’avoir une vue globale demultiples sites de production pourhomogénéiser les procédures d’exploitationet de maintenance dans toute l’entreprise.Ces critères tangibles s’appliquent parfaite-ment aux très grands projets CBM au longcours.4 Les vertus de l’intégration– Elle procure aux opérateurs une vue complèteet cohérente de tout le site avec des relevésd’alarmes, journaux de bord et rapports degestion des équipements communs auxsystèmes d’automatisation, de distributionélectrique et de télécommunications.– Elle autorise des outils de développement com-muns pour la configuration et la maintenance.– La conformité CEI 61850 permettant l’intégra-tion des dispositifs électroniques intelligents« IED » réduit les risques et les coûts tout enfournissant une grande quantité de données dediagnostic aux systèmes intégrés de gestiondes alarmes/événements et des équipements.– Les systèmes de gestion de la maintenanceassistée par ordinateur peuvent gérer tous leséquipements (appareils de terrain intelligents,IED, outils télécoms).– Des rapports sur les équipements et la pro­duc-tion peuvent être produits à partir des donnéesdynamiques provenant de la totalité des actifsraccordés à l’entreprise. Les responsablesd’unité peuvent prendre des décisions plusprécises s’ils ont accès à ces informationstemps réel sur l’ensemble du site. Cela permetd’optimiser les processus décisionnels, tant enmatière de budget que de production.En assurant toutes ces fonctions à partir d’uneseule plate-forme harmonisée, le système 800xAd’ABB s’érige en leader des solutions decontrôle-commande étendu pour les grandsprojets CBM.5 Espace de travail 800xA d’ABB
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­29Distribution électrique offshoreANDREAS RENULF, J. PAUL SINGH – Traditionnellement,les sociétés pétrogazières et les entreprises d’ingénierie,d’approvisionnement et de gestion de la construction(IAGC) achètent leurs équipements électriques et leurssystèmes d’automatisation auprès de différents fournis-seurs. Dans le même temps, ils font appel à une entreprisespécialisée pour construire le bâtiment destiné à lesaccueillir. Or la nécessité de réduire à la fois les risques,les coûts et les délais remet en cause cette pratique pourlui préférer des solutions complètes et intégrées, prêtesà installer et à mettre en service. L’offre de produits etde systèmes ABB est parfaitement adaptée à cette évolu-tion, le Groupe ayant déjà fourni de nombreuses solutionsclé en main.Distributionélectrique offshoreABB met à profit son savoir-faire pour proposer des solutionsélectriques et d’automatisation intégrées, clé en main
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­30 revue ABB 2|11des travaux sur site induit d’importanteséconomies financières.Réduction des délaisLa logique traditionnelle d’approvision-nement multi-source impose de terminerla construction du bâtiment avant de­livrer, d’installer, de câbler et de mettreen service les équipements. Avec deséléments préfabriqués, cela peut se faireen parallèle et le système opérationnelêtre expédié sur site en une seule fois,réduisant les délais de livraison et d’ins-tallation.La masse et l’encombrement sont desparamètres clés si l’ouvrage est destiné àune plate-forme offshore ou une unitéflottante de production, de stockage et­modification, même mineure, des chargesélectriques entraîne une cascade de­modifications des caractéristiques deséquipements (réglage de ­l’appareillage,couple des entraînements, nombre d’E/S,agencement du bâtiment et besoins enclimatisation). Le donneur d’ordres sevoit alors obligé d’avertir chaque fournis-seur ainsi que le constructeur du bâti-ment, qui doivent à leur tour apportertoutes les modifications indispensables,avec un risque d’erreurs ­élevé. En s’appro-visionnant auprès d’un fournisseur unique,ce risque est atténué.Réduction des coûtsLes coûts peuvent s’envoler pour plu-sieurs raisons. S’agissant de systèmesélectriques et d’automatisation, ils déri-vent très vite lorsque plusieurs fournis-seurs doivent installer les équipementssur des sites assez souvent éloignés.Avec un fournisseur unique, le systèmepré-assemblé, prétesté et en état demarche est expédié sur site où il n’y aplus qu’à le « brancher ». Qui plus est, leséléments préfabriqués du bâtiment  ➔ 2,  3peuvent être expédiés sous forme demodules avec un minimum d’assem-blage sur site. En cas de modificationdes charges électriques en coursd’études, les adaptations se font sanssurcoût car elles sont centralisées par lefournisseur unique. Enfin, la réduction1 Tableaux Unigear de type ZS1 d’ABBPour un fournis-seur de matérielet de systèmesélectriques, gérerla constructiond’un bâtiment estun métier relative-ment nouveauqui requiert descompétences­supplémentaires.Pour bon nombre d’entreprises,s’approvisionner auprès d’unfournisseur unique présenteun avantage majeur indiscuta­ble. Dans l’industrie du pétrole et du gaz,tout le matériel électrotechnique (appa-reillages  ➔ 1, variateurs de vitesse, tableauxde distribution, automatismes, etc.) pro-vient traditionnellement de plusieursfournisseurs. Qui plus est, la construc-tion du bâtiment dans lequel ils serontinstallés est généralement confiée à uneentreprise spécialiste des structures­métalliques. Or cette manière de procé-der présente des risques inhérents­accrus d’erreurs lors de l’intégration, dedérive des coûts et d’allongement desdélais de mise en service.Pour réduire ces risques tout en maîtri-sant les budgets d’investissement, lameilleure solution consiste à faire appel àun seul et même fournisseur « ensem-blier » pour toutes les étapes d’un projet :études, conception, assemblage, inté-gration, essais et livraison des équipe-ments, gestion de la construction dubâtiment.Réduction des risquesPour tout projet d’installation électrique,une société d’IAGC ou pétrogazières’approvisionne généralement auprèsd’une multitude de fournisseurs. Or toutePhoto p. 29Bâtiment abritant les équipements électriques d’uneplate-forme offshore.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­31Distribution électrique offshoreCertes, les sociétés pétrolières et d’ingé-nierie sont capables de gérer cetteconstruction elles-mêmes. Mais déléguercette tâche à un fournisseur comme ABBpeut être très avantageux. Pour réussir, ilest indispensable de bien connaître lesressources du constructeur de mêmeque son mode de chiffrage car le coût dubâtiment peut représenter jusqu’à 50 %du budget global. Pour construire aumeilleur coût, ABB s’appuie sur sa puis-sance d’achat à l’échelle mondiale.Ultime épreuve de vérité après la livrai-son : le service, bien sûr ! En choisissantun seul fournisseur comme ABB, le don-neur d’ordres sait qu’il aura en face de luiun prestataire unique qui assurera tousles services liés aux produits et au bâtiment.Des projets couronnés de succèsChaque projet offshore pose descontraintes spécifiques et demande unesolution sur mesure. Les contrôles­demandés par les autorités maritimes etles études de faisabilité sur différentsaspects (levage de charges lourdes,­traitement de surface, arrimage et pro-cédures de mise hors ­circuit) sont systé-matiquement réalisés. ABB dispose éga-lement d’équipes qualifiées et expéri-mentées en Asie du ­Sud-est et en Chine.Préparation des offresLa qualité technique des offres est unimportant levier de réussite des projetsde distribution électrique offshore d’ABB.Nous l’avons dit, le bâtiment abritant leséquipements peut atteindre 50 % de lavaleur totale du contrat. En consultantde déchargement FPSO. Dans ce cas,les relations entre le fournisseur de maté-riel électrique et le constructeur du bâti-ment sont d’autant plus importantes quece dernier ne pourra prévoir d’espacesupplémentaire pour prendre en comptedes modifications du matériel.Stratégie d’approvisionnementmono-sourceQuelques grandes sociétés d’IAGC,­notamment au Japon, ont perdu beau-coup d’argent suite à des dépassementsde budget. C’est pourquoi elles ont­récemment opté pour une stratégie­d’approvisionnement mono-source, le four-nisseur unique supervisant également laconstruction du bâtiment qui abrite leséquipements électriques. D’autres sec-teurs y viennent, comme l’industrie miné-rallurgique qui cherche à limiter les inter-ventions sur chantier car les mines sontsouvent situées dans des endroits isolésoù il est difficile de recruter du personnelqualifié. Les producteurs d’énergie s’yintéressent pour la même raison, leurscentrales électriques se trouvant souventsur des sites éloignés.Pratiquement tout le matériel nécessaireà l’alimentation électrique d’une plate-forme offshore ou d’une FPSO peut êtrefourni, prétesté et installé par ABB. Leclient bénéficie alors d’un interlocuteurunique qui assume l’entière responsabi-lité de la fourniture, réduisant les risquesde retard et de surcoût.Nouveaux défisFournir des produits performants –­appareillages électriques, variateurs devitesse, systèmes d’automatisation, etc.– est dans la nature d’ABB. Mais pour unfournisseur de matériel et de systèmesélectriques, gérer la construction d’unbâtiment est un métier relativement nou-veau qui requiert des compétences sup-plémentaires en structure métallique,génie climatique, systèmes de détectionincendie et gaz, passage des câbles et,plus important encore, gestion de projet.Assumer cette responsabilité et accepterles risques inhérents supplémentairesimposent de disposer, entre autres, deces compétences. Les modifications encours de construction sont inévitables etdoivent être soigneusement gérées. Ain-si, par exemple, si l’emplacement destableaux électriques change, la longueurdes câbles évolue.2 Fabrication du bâtiment des équipements électriques offshoreAvec un fournisseurunique, le systèmepré-assemblé,­prétesté et en étatde marche est­expédié sur siteoù il n’y a plus qu’àle « brancher ».
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­32 revue ABB 2|11Gestion de la documentationLa gestion de la documentation est unefonction importante de tous les projetsABB ; elle englobe la transmission, lesuivi et l’archivage de tous les docu-ments liés à chaque projet. Une per-sonne en assure le contrôle et la gestion.Des outils comme la gestion électroniquede documents (GED), notamment, ajoutentde la valeur au projet et accélèrentl’échange d’informations pendant sonexécution.Chaîne d’approvisionnementLe responsable des approvisionnementsest un membre à part entière de l’équipeprojet. Il gère notamment la logistique,les devis, l’évaluation des fournisseursainsi que la documentation et la certifica-tion. Le rôle du gestionnaire de projetinclut la coordination de cette fonctiond’approvisionnement pour garantir unegestion efficace de tous les matériels etmatériaux spécifiques au projet.Andreas RenulfAnciennement chez ABB Process AutomationOil, Gas and PetrochemicalsJ. Paul SinghABB Process AutomationOil, Gas and PetrochemicalsSingapourpaul.singh@sg.abb.comSanté et sécurité au travailLa santé et la sécurité de son person-nel et de celui de ses partenairesest une des priorités d’ABB. De même,tous nos produitset solutions tech-niques doivent êtreconformes aux exi-gences les plusstrictes. Des étudescomplètes d’ana-lyse de risquessont réalisées avanttoute mise en fabri-cation ou en chan-tier. Les règles etnormes de sécuri-té sont appliquéesaux étapes de conception technique etde planification des projets pour garantirla conformité tout au long du cycle de viede l’infrastructure complète.QualitéChez ABB, la qualité fait partie intégrantedes produits et services. Ses systèmesavancés de gestion de la qualité couvrentla totalité des processus, depuis les pre-miers contacts avec le client jusqu’auxservices après-vente, en passant par lalivraison du produit final et sa mise en ser-vice. Par exemple, le personnel qualifié encharge des contrôles qualité est présenten permanence sur le chantier en phasede construction. Nos équipes d’assu-rance qualité développent et tiennent àjour toutes les procédures de qualité.des ingénieurs spécialistes de laconstruction de tels ouvrages pendant laphase de proposition, on réduit à la foisles risques liés à la gestion de projet et lenombre probable de modifications ulté-rieures. Ces ingénieurs peuvent alorsvérifier l’adéquation de plusieurs élé-ments (masse de la structure, besoins engénie climatique, câblage et raccorde-ments, moyens de circulation, détectionincendie et gaz) au cahier des charges.Cette démarche garantit la pertinence del’offre ABB.Gestion de projetLa réussite d’un tel projet est largementtributaire d’une gestion et d’un suivi dechantier efficaces. Par ailleurs, s’agis-sant principalement de projets pétroga-ziers, il existe des procédures trèsstrictes de certification et d’analyse desrisques. L’équipe projet doit donc possé-der une expérience dans la constructionde ce type d’ouvrage ; ABB bénéficied’un solide savoir-faire dans la gestiondes grands chantiers.3 Bâtiment des équipements électriques offshore en cours d’achèvementEn choisissant un seul four-nisseur comme ABB, le don-neur d’ordres sait qu’il auraen face de lui un prestataireunique qui assurera tous lesservices liés aux produits etau bâtiment.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­33Clair comme de l’eau de rocheMarco Apicella, Nunzio Bonavita, Paolo Capelli, Raimondo Cianfruglia –L’eau de production est un sous-produit huileux de l’exploitation pétrolière etgazière, dont la forte salinité pose de sérieux problèmes en termes d’environne-ment. Il s’agit essentiellement d’eau piégée dans les formations souterraineset amenée à la surface avec le pétrole ou le gaz extrait. Cet effluent représente,en volume, le principal rejet de l’industrie pétrogazière. Or son traitement seheurte à de grandes difficultés et coûte cher aux exploitants [1]. Du fait de saforte salinité, son rejet peut présenter des risques pour l’environnement.Une solution de séparation huile/eausouple, compacte et efficaceClair commede l’eau de roche
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­34 revue ABB 2|11Si ces méthodes donnent de bons résul-tats dans un grand nombre de cas etpermettent de respecter la limite régle-mentaire de 100 mg d’hydrocarburestotaux par litre, elles ne répondent pas auxobjectifs fixés par les propositions deréglementation environnementale euro-péenne et risquent de ne pas se confor-mer à la directive ATEX régissant la sécu-rité des procédés en atmosphèreexplosible [4].De surcroît, aucune de ces méthodesde filtration ne permet à elle seule d’éli-miner les métaux lourds ni de réduire lademande chimique en oxygène (DCO) ouencore la charge azotée et phosphoréedes effluents. Il faut pour cela des traite-ments supplémentaires, tels que la­précipitation ou l’oxydation chimique,l’entraînement à l’air ou l’adsorption surcharbon actif. Toutefois, ces procédéssophistiqués ne conviennent générale-dence, cette démarche va à l’encontredes exigences plus strictes de la régle-mentation environnementale actuelle. Ellene se prête pas non plus à des solutionsintégrées de traitement en sites isolés.Un large éventail de nouveaux modes deséparation des effluents huileux est dé-sormais disponible : les différents fluxpeuvent être sépa-rés et concentrésau moyen d’hydro-cyclones, de sépa-rateurs à plaquescoalescentes oupar ultrafiltration.Les effluents hui-leux sont générale-ment séparés enune phase huileuseet une phase aqueuse par gravité, aumoyen soit d’un séparateur normaliséAPI, soit d’un séparateur à plaques paral-lèles. La couche huileuse en surface peutensuite être retirée à l’aide de divers dis-positifs. Dans les cas plus difficiles, laflottation à l’air améliore et accélère aussila séparation (au besoin, à l’aide d’addi-tifs chimiques) et la récupération. L’ultra-filtration joue également un grand rôledans l’épuration des effluents pour per-mettre leur rejet dans le réseau d’égoutset la récupération d’un concentré huileuxsuffisamment riche pour être incinéré.Les effluents huileux posent unproblème environnemental majeurdans de nombreux secteurs­industriels [2] comme la métal-lurgie, le textile, l’automobile, la pétro-chimie et l’aéronautique. Le traitementde ces effluents associe traditionnelle-ment des procédés physiques, chimiqueset biologiques. Outre les eaux de forma-tion, l’eau de l’exploitation gazière com-prend également de l’eau de condensa-tion et elle est plus fortement chargée enhydrocarbures aromatiques de faiblemasse moléculaire, tels que le benzène,le toluène, l’éthylbenzène et le xylène(BTEX). Elle est donc comparativementplus toxique que l’eau de la productionpétrolière ; des études ont d’ailleursmontré que les eaux rejetées par lesplates-formes d’extraction de gaz àcondensats étaient environ dix fois plustoxiques que celles issues de plates-formes pétrolières [3].Pendant des décennies, le traitementclassique des effluents huileux s’estconformé à la norme API 650 de l’Institutaméricain du Pétrole relative à la sépara-tion eau/huile. Il s’agit d’une séparationgravimétrique en bassins de décantationavec clarification des effluents dans unbassin de rétention avant épandage, cequi entraîne une importante pollution del’air et des eaux souterraines. À l’évi-Le traitement des effluentshuileux représente un défi­environnemental majeur enraison de leur forte salinitéet des contraintes locales.1 Localisation des installations de déshuilage d’eauHaoud BerkaouiGassi TouilHassi RMelAlgerMarocMaliNigerMauritanieAlgérieLibyeTunisieEspagneSicileMer méditerranéeOcéanatlantique
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­35Clair comme de l’eau de rocheen particules en suspension, estrécoltée dans un réservoir de sto­ckage. Elle traverse un déshuileur àplaques ondulées, puis est dirigéevers un floculateur où sont ajoutésdes agents chimiques tels quefloculants et coagulants. Elle estensuite transférée dans un flottateur,puis l’eau purifiée est filtrée avantd’être réinjectée dans le sol.– Huile : les hydrocarbures flottant à lasurface du réservoir de stockage etdu déshuileur sont récupérés à l’aided’écumeurs d’huile (disques) etcollectés dans un réservoir derécupération d’huile, avant d’êtreexpédiés vers l’unité de productionpétrolière du client.– Boue : la masse de flocs formés dansle déshuileur et le floculateur estdirigée vers le flottateur. Ces flocss’accumulent jusqu’à constituer uneboue qui est récupérée à l’aide d’unracleur dans le flottateur et transféréedans un épaississeur. Les bouescollectées au fond du réservoir destockage, du flottateur et du flocula-teur sont également dirigées versl’épaississeur.À Hassi R’Mel, Gassi Touil et Haoud­Berkaoui, l’eau subit ce même traitementen 5 étapes  ➔ 2.Au cours du stockage, les hydrocarburesplus légers remontent à la surface duréservoir S 101 et sont récupérés à l’aided’un écumeur d’huile avant de passerdans le réservoir S 108. L’eau est trans-férée dans le déshuileur S 102 où elle estséparée des hydrocarbures par un pro-cédé physique. L’addition d’un floculantspécifique dans le déshuileur entraîne laconstitution de flocs qui s’accumulentment pas aux solutions intégrées ensites isolés et génèrent tous des concen-trés ou des boues toxiques qui doivent, àterme, être traités ou éliminés en tantque déchets spéciaux.Installations de déshuilage d’eauEntre 2000 et 2006, ABB a conçu etconstruit, en partenariat avec SARPI(co-entreprise­ABB/Sonatrach), sept ins-tallations de déshuilage d’eau en Algérie,réparties sur trois sites  ➔ 1 :– Trois, dans la région de Hassi R’Mel(capacité de traitement totale de3 400 m3/jour) ;– Trois, dans la région de HaoudBerkaoui (4 800 m3/jour) ;– Une, dans la région de Gassi Touil(2 400 m3/jour).Après livraison, ces installations ont étéexploitées et entretenues en internejusqu’en 2007, puis ces services ont étéexternalisés, suite à un changement depolitique.ABB et SARPI ont été chargés de l’ex-ploitation et de la maintenance globale,pour cinq ans :– des trois installations de Hassi R’Mel,depuis mars 2009 ;– du site de Gassi Touil, depuis février2009.Les trois installations de Hassi R’Melsont appelées « Nord », « Centrale » et« Sud », selon leur implantation géogra-phique.Avec une capacité de traitement journa-lière de 2 400 m3, l’installation « Cen-trale » est la plus grande tandis que lesdeux autres sont nettement plus petites(500 m3).L’installation de Gassi Touil a la mêmecapacité que celle de Hassi R’Mel Cen-trale et elle a été construite en mêmetemps (démarrage en 2001) tandis queles deux plus petites (Hassi R’Mel Nordet Sud) sont entrées en activité en 2006.Gassi Touil et Hassi R’Mel Centrale ontété modernisées en 2008 dans le cadredu projet actuel, afin d’améliorer leurrendement et leur performance.ProcédéSchématiquement, le procédé comprendtrois cycles de traitement distincts :– Eau : l’eau du gisement pétrolier etgazier, chargée en hydrocarbures etLa filtration méca-nique traditionnelleest renforcée parune filtrationchimique au coursde laquelle desgrains de sable sontenrobés ­d’additifschimiques.2 Synoptique du traitement de l’eau huileuseEaupurifiéeEauhuileuseÉtape 1 Étape 2 Étape 3 Étape 4 Étape 5Sortie huileBoue Boue BoueHuile HuileSortie bouedéshydratéeFloculateurDosage ducoagulantSto­ckageFlotta-teurRécupéra-tionFiltra-tionÉpaissis-seurPlaquesonduléesDosage dufloculant
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­36 revue ABB 2|11DéfisLe traitement de l’eau dans ces condi-tions particulières est très difficile. Lesauteurs de cet article ont entrepris ungrand nombre de recherches et d’essais,notamment avec un large éventail deproduits du commerce couramment utili-sés dans le traitement d’eaux huileuseset industrielles, sans pour autant aboutirà des résultats pleinement satisfaisants.Cependant, une nouvelle formulationstœchiométrique de produits traditionnelsa donné des résultats étonnamment bonset montré la voie. D’autres expériencesont permis la conception et la réalisationd’un dispositif de dosage mobile permet-tant de traiter et de préparer automati-quement l’additif à des doses optimales,à partir de matières premières disponiblesdans ces pays en développement.L’eau traversant les filtres étant mélan-gée avec le même additif, la phase defiltration s’en trouve également amélio-rée. La filtration mécanique traditionnelleest dès lors renforcée par une filtrationchimique au cours de laquelle des grainsde sable sont enrobés d’additifschimiques.Enfin, le procédé est suffisamment souplepour pouvoir s’adapter aux spécificités etbesoins de chaque installation. L’expé-rience nous a appris que la capacité àcomprendre et à résoudre les problèmespour former une boue, facilitant ainsi larécupération des hydrocarbures et desparticules solides. La troisième phaseintervient dans le floculateur S 103 avecl’addition d’un coagulant spécifique per-mettant l’élimination de la matière colloï-dale.L’eau est ensuite transférée vers le flotta-teur S 104 où l’injection d’air compriméprovoque la formation de très fines bullesd’air qui font remonter les flocs à la sur-face, permettant ainsi leur collecte. Lesmatières solides en surface sont retiréesà l’aide d’un racleur et transférées dansl’épaississeur S 105. L’eau est ensuitetraitée de différentes manières selonl’installation :– À Gassi Touil et Haoud Berkaoui, elleest transférée dans un bassin externeoù elle s’évapore ;– À Hassi R’Mel, elle est filtrée avantd’être injectée dans le sol.La cinquième et dernière étape com-prend l’épaississement et la déshydrata-tion : les matières solides collectées dansle flottateur S 104, la boue du réservoirde stockage S 101 ainsi que les matièressolides provenant du déshuileur et dufloculateur S 103 sont agglomérées etcentrifugées. La boue est ensuite sto­ckée à l’extérieur.3 Halle H-101 (Hassi R’Mel)La solution utilisedes composants debase bon marchéet disponibles : unréel avantage dansles régions déser-tiques.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­37Clair comme de l’eau de roche– Vérification des appareils de mesureet des composants électriques ;– Gestion des pièces de rechange ;– Recharge des lubrifiants ;– Nettoyage général.Pour assurer le bon fonctionnement desinstallations, des analyses sont régu­lièrement effectuées en laboratoire parun technicien en charge des analysesd’eau de l’ensemble des installations de­déshuilage d’une même région. À ceteffet, les paramètres suivants sont déter-minés quotidiennement dans des échan-tillons d’eau :– Teneur en hydrocarbures ;– Concentration de particules ensuspension ou turbidité ;– Degré de filtration (uniquement pourHassi R’Mel) ;– pH (uniquement pour la préparationde floculant).Après démarrage de l’installation et­début d’exploitation, les analyses de­laboratoire ont systématiquement fournid’excellents résultats  ➔ 5. Il est à noterque les mesures de teneur en hydro­carbures et de concentration de parti-cules en suspension dans l’eau purifiéesont respectivement 7 et 55 fois plusfaibles que celles stipulées dans le cahierdes charges client  ➔ 6.L’installation met en œuvre des appareils(pompes, moteurs, compresseurs d’air,etc.) et instruments (indicateurs, cap-teurs, etc.) classiques ne nécessitant de­marché et disponibles, ce qui est extrê-mement avantageux dans des régionsdésertiques comme le Sahara algérien.Enfin, grâce à leur conception, les installa-tions de déshuilage peuvent être montéessur systèmes mobiles (en usine ou en­atelier), puis transférées sur site en vue del’installation finale et de la mise en service.Bilan opérationnelAprès modernisation, les installations dedéshuilage d’eau de Gassi Touil et HassiR’Mel Centrale ont été mises en serviceau premier trimestre 2009.Pour chacune d’elles, trois groupes­d’intervenants ont été constitués pourassurer la continuité et la performancedu procédé :– Une équipe d’exploitation composéed’un responsable du site et de quatreopérateurs (deux en équipe de jour +deux en équipe de nuit) ;– Une équipe de maintenance compo-sée d’un mécanicien, d’un électricienet d’un instrumentiste, secondés d’unassistant ;– Un technicien de laboratoire.Les activités de maintenance  ➔ 4 sont orga-nisées selon un programme précis, ­fondésur les ­manuels demaintenance deséquipements et uneanalyse de leur criti-cité, qui vise à ga-rantir la disponi­bilité, la fiabilité etla conformité del’installation avec laréglementation sani-taire, sécuritaire etenvironnementale.Cette planificationa permis d’alléger la maintenance cor-rective et de maximiser les tâches demaintenance préventive suivantes :– Révisions complètes ;– Inspection des organes mécaniqueset statiques ;propres à un site avait autant d’impor-tance que la technologie mise en jeu.AvantagesCette solution novatrice a fait l’objet d’undépôt de brevet. Outre l’avantage d’êtrerelativement peu onéreuse, elle permetd’éliminer une part significative des mé-taux lourds par un processus de typeéchange ionique.Ce choix de procédé se justifie aussi parles atouts manifestes de sa mise enœuvre.En effet, la solution proposée :– peut être adaptée au traitement d’eauhuileuse fortement saline ;– est insensible au pH de l’effluent ; – est insensible à la température del’effluent ;– convient à une large gamme de débits(0 à 100 % du flux maximal entrant) ;– améliore l’efficacité énergétique entirant parti de l’écoulement par gravitéqui minimise le nombre de pompesmises en œuvre.La solution se caractérise également parun faible encombrement, l’installationétant logée dans une enceinte d’à peine35 m de large sur 80 m de long  ➔ 3. Ellepermet une gestion aisée par des opéra-teurs locaux et les substances chimiquesutilisées peuvent être produites sur siteà partir de composants de base bonCe procédé novateur est­suffisamment souple pours’adapter aux spécificitéset besoins de l’installation,avec des équipements peuencombrants.5 Qualité de l’eau traitée à Hassi R’Mel Centrale Unités Eau à Eau à Valeurs acceptables l’entrée la sortie après traitementConcentration d’hydrocarbures mg/kg 278,90 0,70 5Concentration de matières mg/kg 11,05 0,34 20 (SiO2)solides en suspensionDegré de filtration µm > 5 < 5 54 Opérations courantes– Contrôles périodiques des paramètresprocess (sur site et dans le poste decommande)– Enregistrement et analyse des valeurs etde l’évolution des paramètres process– Gestion de l’installation selon l’évolutiondes paramètres process : ouverture/fermeture des vannes de dosage d’additifschimiques, etc.– Contrôles visuels des dispositifs etinstruments– Prédiagnostic de dysfonctionnements(bruit, vibration, température anormale,etc.)– Enregistrement de la consommation etreconstitution des réserves d’additifschimiques– Sécurisation des dispositifs avant ledébut des opérations de maintenance– Arrêts et démarrages planifiés desdispositifs– Coordination avec le personnel demaintenance et le technicien delaboratoire
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­38 revue ABB 2|11Marco ApicellaNunzio BonavitaPaolo CapelliABB Process Automation, ServiceMilan (Italie)marco.apicella@it.abb.comnunzio.bonavita@it.abb.compaolo.capelli@it.abb.comRaimondo CianfrugliaOil and Gas Services SrlMerate (Italie)Lectures complémentairesLes informations techniques de cet article sefondent sur les résultats publiés sur le sitepollutionsolutions-online.com, mai/juin 2010, etdans la revue Processing & Control News Europe,juin 2010.Bibliographie[1] Veil, J. A., et al., A White Paper DescribingProduced Water from Production of Crude Oil,Natural Gas, and Coal Bed Methane, livre blancdu laboratoire national d’Argonne (Illinois,États-Unis) pour le compte du ministèreaméricain de l’Énergie, National EnergyTechnology Laboratory, janvier 2004.[2] Zeman, L. J., Zydney A. L., Microfiltration andUltrafiltration: Principles and Applications,CRC Press, 1996.[3] Jacobs, R. P., Grant, R. O. H., Kwant, J. et al.,« The Composition of Produced Water fromShell Operated Oil and Gas Production in theNorth Sea », Produced Water: Technological/Environmental Issues and Solutions, PlenumPress, James P. Ray and F. Rainer Engelhart,1992.[4] Orlebeke, D., Electro-Catalytic Oxidation ofOil-Wastewater Process Streams,http://www.waterandwastewater.com/www_services/ask_tom_archive/elec-tro_­catalytic_oxidation_of_oily_wastewater_­pro-cess_streams.htm, consulté en 2009.Perspectives d’avenirLa stratégie du traitement de l’eau hui-leuse et sa mise en œuvre ont donnéd’excellents résultats à plusieurs égards.Tout d’abord, les objectifs visés ont étéatteints et dépassés en termes de qualitédes eaux traitées et rejetées. Ensuite,ces résultats ont été obtenus assez rapi-dement, en procédant avec intelligenceet prudence, assurant ainsi une per­formance durable. Enfin, la conceptionde l’installation permet de réduire laconsommation d’énergie et donc de­minimiser les coûts d’exploitation.Du fait de ses spécificités, la solution seprête parfaitement au traitement des­effluents fortement salins de l’exploita-tion pétrolière et gazière.La méthodologie pourrait aisément êtredéployée avec succès dans les installa-tions de traitement d’eau de différentesfilières industrielles, du raffinage pétrolierà l’industrie papetière, en passant parl’exploitation des sables bitumineux –marché prometteur dans des régionstelles que l’Alberta (Canada) – qui néces-site de grands volumes d’eau.l’opérateur ni savoir-faire ni expériencespécifiques. Son exploitation est relative-ment simple et l’ensemble du procédéest piloté par un système de contrôle-commande distribué, dans la salle decommande. L’agencement et le profilhydraulique de l’installation ont étéconçus pour utiliser au maximum l’écou-lement par gravité et réduire le nombrede pompes. L’appareillage électrique etl’instrumentation sont conformes à la­directive ATEX et l’installation est équipéed’un système de protection incendie quiutilise, selon le cas, de l’eau, de lamousse et du CO2. La construction et leréglage de l’installation se sont étalés surprès de deux ans, dont six semainespour la mise en service et la phase pré-paratoire à celle-ci.6 Contrôle visuel de l’eau traitéeLa teneur enhydro­carbures etla concentrationde particules ensuspension dansl’eau purifiée sontrespectivement7 et 55 fois plusfaibles que cellesstipulées dans lecahier des chargesclient.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­39Essais concluantsDaniele Buzzini, Maurizio Zago – La commande en vitesse variable descompresseurs renforce leur souplesse d’exploitation, accroît leurrendement, allège leur maintenance et améliore leur bilan environne-mental. Tous ces avantages expliquent l’utilisation croissante decompresseurs et de pompes pilotés en vitesse variable par les indus-triels du gaz et du pétrole, en particulier dans les applications detransport, de liquéfaction et d’injection de gaz. Cet article vous emmèneen coulisses, là où ABB teste ses gros systèmes d’entraînement et oùles clients ont la preuve que les performances de leur système sont enaccord avec les caractéristiques assignées avant expédition sur site [1].ABB démontre sur bancd’essais les performan­ces de ses systèmesd’entraînement à vitessevariable destinés à­l’industrie pétrogazièreEssais concluants
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­40 revue ABB 2|11le champ tournant, est alimenté par l’inter­médiaire de l’excitatrice et du pont àdiodes tournantes.Le système de compensation du facteurde puissance et de filtrage des harmo-niques sert principalement à compenserla consommation de puissance réactivedu convertisseur LCI. Son agencement(nombre de branches, accord, etc.) per-met de réduire autant que possible l’injec­tion de courants harmoniques par le­système d’entraînement dans le réseauélectrique.Essais en oppositionPour ce projet, le client exigea un essaide performance du système d’entraîne-ment complet conformément aux pra-tiques Shell DEP (Design and EngineeringPractice). Le convertisseur LCI étant unconvertisseur quatre quadrants (4Q), ilpeut fonctionner à la fois en mode ­moteuret en mode générateur ; il est donc bienadapté aux essais en opposition. Pources derniers, deux systèmes d’entraîne-ment à vitesse variable sont accoupléspar une ligne d’arbre, l’un fonctionnanten moteur et l’autre en ­générateur  ➔ 2.La puissance active ­absorbée par le­moteur est fournie par le convertisseur enmode générateur pour être renvoyée aumoteur, alors que la puissance réactiveest absorbée par les deux convertis-seurs. Par conséquent, quasiment toutela puissance reste dans le procédé etseules les pertes des deux systèmesLe convertisseur LCI compte parmi lessolutions les plus fiables du marché. Uti-lisant des thyristors, il se compose dedeux redresseurs hexaphasés, d’une­inductance pour le bus courant continu(CC), de deux onduleurs hexaphasés,d’un système de commande, d’une exci-tation pour le moteur synchrone et d’unbloc de refroidissement. Ce convertis-seur constitue une source de courantpour le moteur, les redresseurs comman-dés sont commutés par le réseau alorsque les onduleurs sont commutés par lacharge. Les thyristors sont en configura-tion N+1, garantissant la continuité deservice à pleine puissance même en casde défaut d’un des composants. L’induc­tance joue un double rôle : elle lisse lecourant continu et réduit les courants dedéfaut dans le bus CC.La machine synchrone tétrapolaire à­rotor massif possède deux enroulementsdéphasés de 30° convenant au couplagedodécaphasé. Lecourant débité danschacun des enrou-lements triphasésreste hexaphasé,alors que le champmagnétique dansl’entrefer ne pré-sente que des har-moniques caractéristiques dodécapha-sés. Cela permet de réduire l’ondulationdu couple à l’arbre de même quel’échauffement du rotor provoqué par lespertes des harmoniques de courant­induits dans le rotor.L’excitation du moteur sans balais com-porte un enroulement statorique triphasé(excitatrice) alimenté par une excitationstatique installée dans l’armoire de l’exci­tation du convertisseur LCI. L’enroule-ment d’excitation lui-même, qui produitEn 2009, la division Pétrole/Gazd’ABB Process Automationremportait un double contratpour la fourniture, d’une part,de deux systèmes d’entraînement à­vitesse variable de 18,2 MW destinés àdes compresseurs centrifuges pour desinstallations d’extraction au gaz et,d’autre part, de deux systèmes de13,5 MW pour des compresseurs centri-fuges d’installations d’injection de gaz.Pour ce projet situé aux Émirats arabesunis, ABB recourt à la technologie desconvertisseurs commutés par la chargeou « LCI » (Load Commutated Inverters)constitués chacun d’un transformateur àquatre enroulements, d’un convertisseurLCI dodécaphasé, d’un moteur syn-chrone et d’un système de compen­sation du facteur de puissance et de­filtrage des harmoniques  ➔ 1. Le trans-formateur compte un enroulement pri-maire et trois enroulements secondaires,dont deux alimentent le redresseur duconvertisseur dodécaphasé commutépar le réseau et le troisième le systèmede compensation-filtrage. Les enroule-ments dédiés au convertisseur présen-tent un déphasage de 30°, créant ainsi laréaction dodécaphasée côté réseau quicontribue à supprimer les courants har-moniques non caractéristiques (rangs 5,7, 17 et 19).L’autotransformateur constituele choix idéal pour conserverune puissance de court-circuitélevée côté réseau.Essais de performance des systèmes d’entraînement à vitesse variable
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­41Essais concluantsPuissances d’essaiLe banc d’essais est alimenté par untransformateur 70 MVA, 220/24 kV spé-cifique, directement raccordé au réseaude transport haute tension italien, garan-tissant la stabilité et la fiabilité de l’ali-mentation électrique de même qu’unepuissance de court-circuit élevée aupoint de raccordement de 600 MVA. Ceniveau de puissance de court-circuit setraduit par une chute de tension plusfaible aux mêmes conditions de chargeet par une injection de courant harmo-nique plus élevée dans le réseau, ce quipermet de concevoir un filtre d’harmo-niques plus simple et moins onéreux. Unautotransformateur 20/25 MVA est utilisépour élever la tension au niveau du pri-maire du transformateur du systèmed’entraînement, soit 33 kV. Avec son­impédance de court-circuit intrinsèque-ment faible, l’autotransformateur estidéal pour conserver une puissance decourt-circuit élevée côté réseau. Sous33 kV, elle atteint en fait 350 MVA, soit20 fois plus que la puissance absorbée,sans aucun problème dynamique.d’entraînement ainsi que la puissanceréactive excédentaire, non compenséepar les deux filtres, prélève de l’énergiesur la source d’alimentation du bancd’essais. La puissance absorbée attei-gnait 8 MVA, dont 1,7 MW de puissanceactive et 7,8 MVAr de puissance réactive.Ce type de montage d’essai permet defaire fonctionner les systèmes d’entraîne-ment à leur puissance assignée, contrai-rement à un essai sur le groupe compres-seur complet ou à un essai sur site. Dansces deux derniers cas, la charge appli-quée à l’arbre moteur correspond à lapuissance assignée du compresseur, soit10,6 MW (application d’injection de gaz)et 15 MW (extraction au gaz), alors que lapuissance assignée des machines syn-chrones est de 13,5 MW et 18,2 MW.Ces essais nécessiteraient une alimenta-tion dédiée, des installations adaptéesainsi qu’un grand savoir-faire. La coopé-ration entre les ­experts d’ABB ProcessAutomation et l’équipe du laboratoired’essais CESI de Milan (Italie) fut un vec-teur essentiel de réussite.Le convertisseurLCI étant unconvertisseurquatre quadrants(4Q), il est bienadapté aux essaisen opposition.3 Modélisation par éléments finis des fondations 4 Construction des fondations1 Système d’entraînement à vitesse variableyY MSTransformateurFiltreConvertisseur LCI Moteur synchrone2 Montage pour l’essai en opposition des systèmes d’entraînementRéseau électriqueP Puissance activeQ Puissance réactiveP QM~ ~~ ~Mai aiibidi diibiici ciia Transformateurb Convertisseur LCIc Moteur synchroned Filtrei Mode moteur (entraînement testé)ii Mode générateur (entraînement utilisé comme charge)
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­42 revue ABB 2|11suit (fM= fréquence moteur, fN= fré-quence réseau) :– Valeurs de couple pulsatoire entièresavec les fréquences n fM(avec n = 6,12, 18, 24) ;– Valeurs de couple pulsatoire nonentières avec les fréquences k fN(avec k = 6, 12) ;– Valeurs de couple pulsatoire nonentières qui dépendent à la fois de lafréquence réseau et de la fréquencemoteur comme suit : f = In fM± k fN|(avec n = 6, 16 ; k = 6, 12).Même si les amplitudes du couple pulsa-toire sont faibles comparées au couplemoteur, elles peuvent provoquer des­résonances lorsque leurs fréquencescoïncident avec une fréquence naturelle(modes) de la ligne d’arbre. L’accouple-ment a été conçu afin de garantir unemarge de séparation entre les intersec-tions (résonances) des segments dedroite en pente et des modes.Filtrage d’harmoniques et compensation depuissance réactivePour compenser la puissance réactive etatténuer les harmoniques, un systèmespécial de filtrage a été conçu et mis enservice pour cet essai  ➔ 7. Le filtre, compo­sé de trois branches accordées aux­harmoniques 5, 11 et 23, réduit les har-moniques de courant injectés dans leréseau par le convertisseur LCI. Lescondensateurs du filtre servent égale-ment à compenser la puissance réactiveabsorbée par le convertisseur.Les harmoniques de courant caractéris-tiques sont absorbés par les branchesdes harmoniques 11 et 23, alors que lesharmoniques non caractéristiques N = 5sont absorbés par celle de l’harmo-De l’importance des fondationsLes fondations des machines électriquestournantes ont fait l’objet d’une atten-tion particulière. En effet, la normeCEI 60034-14 stipule qu’elles doiventgarantir un montage rigide des machinestournantes. Des fondations spéciales de20 × 13 × 3  m furent conçues et construitespour le banc d’essais. Un modèle paréléments finis basé sur le modèle de­ressorts dit « fondation de Winkler » servità calculer les valeurs et vecteurspropres  ➔ 3. Sachant que les déplace-ments élastiques peuvent être provo-qués par des forces déséquilibrées, uneanalyse dynamique fut réalisée avec lemodèle pour évaluer les vibrations aupoint de fixation du moteur. Les calculsde vibrations verticales maximales don-nèrent environ 10–3mm/s, soit moins queles minima de la CEI 60034-14 pour leslimites de vibration de classe B (25 % de1,5 mm/s pour le moteur de hauteurd’axe supérieure à 280 mm)  ➔ 4.Analyse de la dynamique du rotor et couplepulsatoire dans l’entreferL’accouplement entre les deux machinessynchrones fut conçu pour résister auxcouples de court-circuit et éviter leséventuelles résonances dues au couplepulsatoire au niveau de l’entrefer desmachines tournantes, produit par lefonctionnement du convertisseur  ➔ 5.Les machines pilotées par des convertis-seurs de puissance sont soumises à uncouple pulsatoire dans l’entrefer  ➔ 6. Lescomposantes pulsatoires sont le fait desharmoniques de courant appliqués aumoteur par les convertisseurs. Ces compo­santes peuvent être classées comme5 Accouplement des deux entraînements pour l’essai en opposition4462 4462 44624462 5350888ZX IL’essai en opposi-tion permet defaire fonctionnerles systèmes­d’entraînement àleur puissance­assignée, contrai-rement à un essaisur le groupe com-presseur completou à un essai sursite.Pour compenserla puissance réac-tive et atténuer les­harmoniques, unsystème de filtragea été conçu et misen service pour cetessai.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­43Essais concluants7 Filtre d’harmoniques et de compensation de la puissance réactive8 Branche de filtre de l’harmonique 5R1 L1C1des pertes séparées [2]. Les résultatsont donné un rendement de 95,76 %,conforme aux valeurs prévues.Une méthode ad hoc doit être adoptéepour mesurer les grandeurs électriquesdans le cas d’une charge déforméecomme un convertisseur de fréquence.La puissance active est définie commesuit :(p = puissance instantanée ν·i)Une analyse de Fourier (tension et cou-rant) indique que la puissance active estle résultat de la somme de deux termes,P1(puissance active fondamentale) et PH(puissance active harmonique).nique  5  ➔ 8. La puissance réactive destrois branches du filtre de chaqueconvertisseur totalise 11,5 MVAr pourl’installation d’extraction au gaz et6,5 MVAr pour celle d’injection de gaz(seules les branches des harmoniques 5et 11 furent activées). Le taux global dedistorsion harmonique de tension mesu-ré s’est ­élevé à 0,85 %, soit nettementmoins que les valeurs normalisées (< 5 %pour la CEI 61000-2-4, classe 1).Déroulement et résultats des essaisLe système d’entraînement à vitesse­variable (CA) a subi tous les essais ShellDEP : essais thermiques, essais encharge et à vide, essais fonctionnels etessais en défaut  ➔ 9. Un analyseur deréseau électrique monté sur le banc indi-quait la tension et le courant côtés pri-maire et secondaire du transformateurlorsque le filtre était activé  ➔ 10.Le rendement du système d’entraîne-ment est déterminé en totalisant lespertes de ses constituants qui sont soitmesurées, soit calculées par la méthodeL’expérience­acquise confirmeau client l’obten-tion des valeurs derendement et depuissance deman-dées.P = 1 · ∫ p·dtk·Tτ + k ·Tτ6 Couples pulsatoiresFréquence des couples pulsatoires d’un systèmedodécaphasé/dodécaphasé fN = 50 Hz et fM = 5 à 50 HzFréquencedescouplespulsatoires(Hz)0 150 300 450 600 750 900 1 050 1 200 1 350 1 500Vitesse (tr/min)1 000800600400200012*fM+12*fN12*fM+12*fN6*fM+12*fN6*fM+12*fN12*fM+6*fN12*fM+6*fN6*fM+6*fN6*fM+6*fN24*fM18*fM12*fM12*fN6*fN6*fMFréquences typiques d’un système dodécaphasé/dodécaphaséFréquences non typiques d’un système dodécaphasé/dodécaphasé9 Écoulement de puissance active pendant les essaisPertestransformateur(Lt)PertesfiltrePuissance activealim. auxiliaire(Pw)M5.0 M7.0M5.1 M7.1M4.0M6.0M3.0Puissanceactiveexcitatrice (Le)Pertesconvertisseur(Lc) Pertesmoteur(Lm)Puissance activeabsorbée parventilateurs (Pw)Ligne BTLigne BTLigneBTPuissanceactive HT (PI)FiltreCircuitsauxiliairesExcitatricePuissance àl’arbre (Ps)Transformateur4 enroulementsConvertisseurde fréquenceMoteurP = P1+ PH
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­44 revue ABB 2|11Puissance active fondamentale (W)Puissance active harmonique (W)Pour la machine électrique, la puissanceactive harmonique n’est pas de la puis-sance utile car elle ne contribue pas aucouple de sens positif. Par conséquent,il est judicieux de séparer la puissanceactive fondamentale P1de la puissanceactive harmonique PH.La mesure de PHelle-même n’est pas unmoyen efficace pour évaluer l’écoule-ment de puissance harmonique car cer-tains rangs d’harmonique peuvent pro-duire de la puissance alors que d’autresen dissipent dans la charge observée,débouchant sur une annulation mutuelledans le terme PH. Seul un relevé completdes phaseurs de tension et courant har-moniques (amplitude et phase) autoriseune compréhension éclairée de la contri-bution de chaque harmonique à l’écoule-ment d’énergie électrique [3].Des résultats précieuxDeux systèmes d’entraînement à vitessevariable de 13,5 MW et deux de 18,2 MWont été testés avec succès par l’activitéPétrole/Gaz d’ABB Process Automationau sein du CESI, sur un banc capable detester des machines de 40 MW et plus.L’expérience acquise dans ce domainepermet de garantir au client l’obtentiondes valeurs de rendement et de puis-sance demandées. Qui plus est, les­essais à pleine charge démontrent queles équipements sont conformes aux exi-gences normatives de l’industrie pétro-gazière.Daniele BuzziniMaurizio ZagoABB Process Automation, Oil and gasMilan (Italie)daniele.buzzini@it.abb.commaurizio.zago@it.abb.comLectures complémentaires– Rimann, J., MV AC drives in the Oil & GasIndustry, ABB Process Automation, Oil andGas, mars 2007.– Rebechi, V., « Foundation Vibration Analysis »,Enel.Hydro S.p.A. ISMES (V), mars 2010.– IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 11,n° 1, janvier 1996.– Devold, H., Nestli, T., Hurter, J., All electric LNGplants, ABB Process Automation, Oil and Gas,2006.Bibliographie[1] Buzzini, D., Belli, P., Mercandez, M., « LNGcompressors find full-electrical solutions »,Pipeline and Gas Technology Magazine, 2010.[2] Burmeister, P., « Torque pulsation in the AirGaps of both Motor and Generator », ATDAD,novembre 2009.[3] Standard IEEE 995-1987, RecommendedPractice for Efficiency Determination ofAlternating-Current Adjustable Speed Drives.10 Tension et courant côtés primaire et secondaire du transformateur à 4 enroulements10a Tension côté primaire10c Tension côté secondaire10b Courant côté primaire10d Courant côté secondaireTension(kV)Tension(kV)Courant(A)Temps (ms)Temps (ms)Temps (ms)Nbre total événements : 31Événements en cours : 26Nbre total événements : 31Événements en cours : 26Nbre total événements : 31Événements en cours : 26Nbre total événements : 31Événements en cours : 26Date événements : 03/11/2010Heure événements : 16:43:41.55Échelle : tension L2Date événements : 03/11/2010Heure événements : 16:43:35.07Échelle : tension L2Date événements : 03/11/2010Heure événements : 16:43:35.07Échelle : courant L1Date événements : 03/11/2010Heure événements : 16:43:41.55Échelle : courant L1Filtre : désactivéFiltre : désactivé Filtre : désactivéFiltre : désactivé0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5050403020100-10-20-30-40-506,04,83,62,41,20-1,2-2,4-3,6-4,8-6,02 5002 0001 5001 0005000-500-1 000-1 500-2 000-2 5005504403302201100-110-220-330-440-550Tension L1Tension L1 Courant L1Courant L1Tension L2Tension L2 Courant L2Courant L2Tension L3Tension L3 Courant L3Courant L3Courant(A)Temps (ms)PH= V0⋅ I0+ Σ Vh⋅ Ih⋅ cosδhh ≠1P1= V1⋅ I1⋅ cosδ1
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­45Intelligence précoceGeoff Artley – Le secteur du raffinage est aujourd’huisoumis à forte pression financière : amputation des marges,utilisation accrue d’un pétrole lourd à forte teneur en soufreet en métaux alors que le cours des huiles légères propresaugmente, départ en retraite d’un personnel chevronné. Pourautant, des solutions existent. Les procédés de raffinagepeuvent être optimisés sans gros investissement en extrayantune information précieuse des données historisées dans lessystèmes d’automatisation.Les données de procédé constituent unemine d’informations très utiles pour l’entrepriseIntelligence précoce
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­46 revue ABB 2|11Le principe de base est le suivant : lesdonnées représentatives du fonction­nement normal servent à construire lemodèle de référence, les valeurs actu­elles du procédé étant comparées à cemodèle pour savoir si elles reflètent ounon un fonctionnement normal.Il faut pour cela une mesure qui, dans lecas du système MS2, est le carré deserreurs entre les données actuelles etcelles du modèle de référence. Si elleaugmente, cela signifie que le fonc­tionnement du procédé est très diffé-rent de celui de ce modèle et, donc,anormal.Lorsque l’application reconnaît des évo-lutions qui se situent en dehors de lavariabilité normale du procédé, elle enavertit l’opérateur. Ces évolutionspeuvent être détectées avant le déclen-chement d’une alarme procédé, donnantà l’opérateur le temps nécessaire pourredresser la situation. Pour les grossesmachines tournantes, de telles applica-tions ont permis d’anticiper de plusieursjours, voire plusieurs semaines, la défail­lance d’une machine et de disposer dutemps nécessaire pour agir avant unepanne catastrophique.référence construit à partir des donnéeshistoriques du fonctionnement normal.Actuellement, on distingue deux typesd’alarme procédé : d’une part, les alarmesdestinées à protéger les équipements etle procédé de toute dégradation ; d’autrepart, celles signalant que le procédé esten situation anormale. Les premièressurviennent en général trop tard pourque l’opérateur puisse prendre des­mesures correctives, sauf à arrêter leprocédé ou à agir de manière extrême-ment évasive. Les applications d’explo-ration de données en ligne doivent per-mettre de détecter et de signaler touteanomalie de fonctionnement avant d’at-teindre le point d’alarme.Ces applications existent et sont aujour­d’hui utilisées dans certains secteursi­ndustriels. ABB, par exemple, proposeson système de détection précoce desanomalies de fonctionnement « EDAO 1 »(Early Detection of Abnormal Operation)basé sur l’application MS2 Online deAJMC [1] et développe également uneautre application de détection précocedes défauts [2] en partenariat avec Shell/Statoil. Cette dernière constitue une­application de surveillance d’actifs trèspointue bâtie sur la connaissance desévolutions multivariées. Au lieu de secantonner à une seule variable, plusieursvariables sont corrélées et leur corréla-tion est prise en compte dans la réponsede la mesure d’intérêt. La plupart desprocédés sont, par nature, multivariés.Les applications utilisent une analyse encomposantes principales (ACP) pourcerner la variabilité au sein des données,du fait des évolutions multivariées.Les systèmes modernes decontrôle-commande distribuéengrangent des masses dedonnées riches d’enseignementsur les procédés. Leur exploitation etconversion en informations pertinentesdoivent permettre d’optimiser ces mêmesprocédés avec un investissement limité,argument majeur dans le contexte éco-nomique actuel.Ces systèmes produisent des téraoctetsde données souvent historisées unique-ment pour des raisons de réglementationet de conformité ; elles sont détruites à lafin du délai imposé de conservation sansjamais avoir été analysées. Or elles repré-sentent une mine d’informations qui, correc­tement interprétées, se transforment enconnaissances fort utiles à l’améliorationde la rentabilité de l’entreprise.Dans de nombreux cas, maîtriser étroite-ment un procédé signifie agir de manièreopportune. Être apte à détecter de ma-nière précoce tout écart par rapport à lanormale réduit la variabilité du procédéet permet de l’exploiter au plus près deson optimum. Une application de datamining (« exploration de données » enbon français) permet d’identifier lessignes avant-coureur d’une anomalie defonctionnement. Pour ce faire, les don-nées sont comparées à un modèle de1 Graphique en coordonnées parallèlesIl représente les liens existants entre de nombreusesvariables de procédé différentes. Exemple :paramètres de qualité (pH et viscosité, par ex.),paramètres de procédé (pression ou températuremaxi, par ex.) et valeurs calculées (durée d’uneopération ou caractéristiques du poste, par ex.).Les résultats d’une autre analyse (composantesprincipales, par ex.) peuvent figurer sur le mêmegraphique sous forme de variables primaires.Une applicationd’exploration desdonnées en lignepermet de détecterun fonctionnementanormal avant ledéclenchementd’une alarme.Note1 L’application EDAO d’ABB inclut le système dediagnostic des procédés MS2 développé parAJM Consulting avec l’aide du Centre forProcess Analytics and Control Technology del’université de Newcastle. MS2 est utilisé avecsuccès par plusieurs industriels de la pétrochi-mie, de la chimie, de la pharmacie, du nucléaireet des nouveaux matériaux.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­47Intelligence précocedont l’aspect « boîte noire » aurait pu lerebuter. Les concepts mathématiquessous-jacents sont relativement compli-qués et identifier la cause première d’unesituation anormale exigerait une analyseassez complexe pour décider d’une­action à entreprendre. Toute analysesupplémentaire obligerait normalement àfaire appel à un ingénieur ou un expert.Déploiement de l’application ABBLe déploiement en ligne de ces applica-tions se fait en quatre étapes simples, lepersonnel ABB pouvant accompagnerles clients à chacune d’elles :1) Choix de la mesure d’intérêt ;2) Construction du modèle de référence ;3 Paramétrage de la liaison de­transmission  ;4) Configuration de l’interface.La première étape est la plus importanteet il est essentiel que la variable choisiereprésente un objectif global pour le­procédé, une sec-tion du procédéou un équipementdonné. La mesured’intérêt doit nor-malement être unemesure de haut­niveau comme, parexemple, une valeurintermédiaire ou­finale de qualité,de productivité oud’impureté. Il peuts’avérer nécessairede créer une balise(ou point de mesure)dérivée qui serve de mesure d’intérêt ;dans le cas d’une machine tournante,par exemple, il s’agirait d’une mesure derendement ou de productivité.Pour avoir un caractère universel, l’appli-cation doit être indépendante du sys-tème de contrôle-commande. Parconséquent, le standard OPC sera utilisépour le transfert des données de pro­cédé temps réel entre les automatismesmulticonstructeurs et les données horsligne seront importées dans des fichiersaux formats .csv et .xls.Les opérateurs et ingénieurs de produc-tion privilégient souvent les représenta-tions graphiques. Dans le cas de MS2 etEDAO, elles peuvent prendre la forme degraphiques des individus qui représen-tent l’évolution des composantes princi-pales (3 composantes principales pro-duisant 3 graphiques, 4 en produisant 6,etc.) et illustrer la représentation « nor-male » ou « requise » des données de­référence dans des ellipses de confiancequi englobent toutes les données. Lesdonnées actuelles du procédé sont ajou-tées aux données de référence et, sielles se situent dans l’ellipse deconfiance, la représentation de l’opéra-tion est alors classée comme « normaleet requise ». Dès qu’une donnée sort del’ellipse de confiance, elle est classée« anormale ». Si l’on décide par la suitequ’elle n’est pas anormale, elle peutalors être incluse dans le modèle de­données normales afin d’améliorer ce­modèle et d’éliminer les fausses alarmes.Cette possibilité de reclasser ces don-nées « limites » concourt beaucoup à laprévention des fausses alarmes.Lorsqu’une situation anormale déjà ren-contrée et analysée survient (sa cause etl’action corrective étant recensées dansle système 800xA d’ABB), un messagetextuel peut être affiché sur l’écran del’opérateur, accompagné des consignespour remédier au problème. L’opérateurprend ainsi confiance dans l’application2 Exemple de graphe scree 3 Graphe Manhattan des températuresL’utilisateur analyse ensuite quelles sontles variables mesurées qui sont liées ouaffectent la mesure d’intérêt choisie, etpourraient mettre en évidence un fonc-tionnement anormal. Toute donnée utili-sée pour cette analyse doit être filtréepour être ensuite corrigée ou rejetée (va-leurs erronées, compression élevée, zé-ros, etc.). À ce stade, toutes les causespossibles de fonctionnement anormalsont également établies dans le but detransmettre cette information à l’opéra-teur pour des situations déjà rencontrées.La deuxième étape consiste à construirele modèle de référence « normal requis »du procédé à la fois pour la mesure­d’intérêt et pour les variables influençantcette mesure. Le choix des variablesd’influence pour les périodes de fonc-tionnement où la mesure d’intérêt se­situe dans la plage requise ou normalese fait hors ligne et utilise des donnéeshistoriques.Pour visualiser les données, un gra-phique en coordonnées parallèles  ➔ 1est très utile et déterminera toute causeunivariée de fonctionnement anormal. Cegraphique montre toutes les donnéesavec chaque variable en ordonnée reliéePour les grosses machinestournantes, l’application­permet d’anticiper de plusieursjours ou semaines, la défail-lance d’une machine et de­disposer du temps nécessairepour agir avant une panne­catastrophique.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­48 revue ABB 2|11nombre peut être choisi manuellementpour représenter une variabilité pluslarge. Un tracé scree montre sous formegraphique et numérique l’importance dela variabilité représentée par le nombrede composantes principales retenu  ➔ 2.Pour l’analyse hors ligne, d’autres repré-sentations graphiques pourraient êtreutilisées afin de cerner de manière défi­nitive les causes du fonctionnementanormal : citons notamment les graphesManhattan  ➔ 3, graphes CUSUM  ➔ 3,graphes de signification des variables  ➔ 4et  ➔ 5, graphiques des individus  ➔ 6et  ➔ 7, etc. Le graphe Manhattan donnela valeur de la variable de série chronolo-gique (bleu), le graphe CUSUM (vert) etle graphe Manhattan (noir) montrant lespoints d’évolution significative. On peutchoisir la sensibilité de l’analyse Manhat-tan pour évaluer les points d’évolutionsignificative et les comparer aux pointsd’évolution de la mesure d’intérêt. L’ana-lyse de Manhattan est un puissant outild’évaluation des zones d’évolution signi-ficative et de détermination des variablesd’influence. Ce graphique n’est dispo-nible qu’avec les outils MS2 et EDAO.Pour l’analyse en ligne, les valeurs duprocédé déterminées comme influençantla mesure d’intérêt sont comparées aumodèle de référence pour déterminer siles valeurs actuelles des variables se­situent dans sa plage.L’étape suivante consiste à paramétrer laliaison de transmission pour autoriserl’utilisation des données en ligne parl’application aux fins d’analyse. Les don-nées temps réel sont généralementtransmises à un intervalle spécifiqueavec OPC. L’application a besoin d’untemps paramétré pour exécuter ses­algorithmes sur les données ; ensuite,à la valeur équivalente (normalement surune période d’échantillonnage) d’uneautre variable en abscisse. Il constituel’un des principaux outils de visualisa-tion utilisé par les applications MS2 etEDAO.Il est peu probable que l’analyse univa-riée explique intégralement la cause dufonctionnement anormal. De même,toute cause univariée peut sans douteêtre identifiée par d’autres méthodes devisualisation et d’analyse des données(graphiques temporels des variables, parexemple). Pour une analyse multivariée,certainement nécessaire, l’analyse encomposantes principales est utiliséepour trouver les variables contribuant aufonctionnement anormal.L’utilisateur ou l’expert doit choisir lenombre de composantes principales­représentant la variabilité du procédé etcontribuant à la mesure d’intérêt. Cettetâche, également réalisée hors ligne, estimportante car elle conditionne la qualitéde l’analyse des données : des compo-santes en surnombre risqueraient de­ralentir l’analyse alors qu’un nombretrop réduit pourrait déboucher sur uneperte d’informations vitales. Plusieursméthodes permettent de choisir lenombre optimal de composantes princi-pales : on peut, par exemple, décider dene retenir que les valeurs propres supé-rieures à 1, ce que propose la règle­Kaiser-Guttman pour les composantesprincipales significatives et qui souventdonne un modèle assez représentatif dela variabilité.Entre 75 et 90 % de la variabilité doiventêtre représentés par le nombre de compo­santes principales choisi. Si la méthodede choix automatique ne donne pas unebonne analyse de la mesure d’intérêt, ce5 Exemple d’analyse de signification de variables4 Analyse de signification représentant les variables contribuantaux classes.La détection pré-coce des défauts atoutes les chancesde devenir une­application impor-tante de la conduiteoptimale des pro-cédés.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­49Intelligence précocecomme des boîtes noires, l’interventiond’un ingénieur ou d’un expert étant­indispensable pour en comprendre tousles aspects. Rappelons que l’investisse-ment dans ce type d’application est­minime par rapport au coût énormed’une perte de production ou du rempla-cement d’un équipement critique.Geoff ArtleyABB Process Automation, Oil and Gas SystemsSt Neots (Royaume-Uni)geoff.artley@uk.abb.comBibliographie[1] http://www.ajm.co.uk. L’application MS2 Offlineest commercialisée par AJMC et l’applicationMS2 Online par ABB Royaume-Uni (St Neots).[2] ProcessInsights – Contacter Knut Hovda ouHans Petter Bieker, ABB Norvège.que la mesure d’intérêt s’écarte de savaleur désirée. Cet écart serait signaléavant tout déclenchement d’alarme,­débouchant sur la détection précoced’une situation anormale. On pourrait,par exemple, afficher le carré des écarts(pour MS2) sous la forme d’un graphiqueà barres avec un changement de couleursur hausse d’une valeur, l’opérateur­pouvant alors consulter d’autres gra-phiques pour confirmer l’évolution. Demême, répétons-le, si la situation a déjàété rencontrée et analysée, avec unecause identifiée et configurée dans lesystème d’automatisation (échangeurthermique encrassé ou filtre obturé, parexemple), un message textuel peut venirs’afficher sur l’interface homme-machineavec des suggestions pour ­résoudre leproblème  ➔ 8.ConclusionsLa détection précoce des défauts atoutes les chances de devenir une appli-cation importante de la conduite opti-male des procédés. Les alarmes servi-ront alors véritablement à signaler lessituations d’urgence et non plus à mas-quer un fonctionnement insatisfaisant ouprotéger un équipement ou un procédé.Si elles supposent des calculs mathéma-tiques complexes, les solutions sont nor-malement perçues par les opérateurslorsqu’elle détecte un fonctionnementhors référence, un message peut êtreaffiché sur le poste opérateur pour­signaler que le procédé prend la mau-vaise direction. Un fonctionnement qui,par la suite, est jugé acceptable est aisé-ment intégré au modèle de référencepour éviter de le signaler inutilement.Une fois la liaison paramétrée, commentinformer l’opérateur qu’une anomalie aété détectée ? Si ABB sait qu’il est relati-vement facile de créer une nouvellealarme, il est aussi conscient que lesopérateurs sont d’ores et déjà saturésde signaux d’alarme ! Bien d’autres pos-sibilités sont envisageables : envoi d’unSMS sur le mobile de l’ingénieur encharge de la section incriminée du pro-cédé ou sur l’ordinateur de l’ingénieur deproduction, ou encore message textuelsur le poste opérateur. Lorsque le pro-cédé sort de sa plage de fonctionnementde référence, des alertes peuvent êtrecréées (sous différentes formes : mes-sage spécifique, simple changement decouleur des graphiques sur le poste opé-rateur, etc.) pour informer l’opérateur6 Graphique des individus montrant leregroupement des données en classes8 Exemple de message de diagnostic transmis à l’opérateur7 Graphique des individus d’une analyse en composantes principales avec détectionde défautsUn fonctionnementqui, par la suite,est jugé acceptableest aisément inté-gré au modèle deréférence pour­éviter de le signalerinutilement.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­50 revue ABB 2|11situation géographique : l’automatisationpeut ainsi être quasi inexistante (leséquipes de terrain se chargeant elles-mêmes des relevés de mesures analo-giques, par exemple) ou, à l’inverse, lar-gement déployée au sein de systèmesavancés de contrôle-commande et desécurité de vastes procédés complexeset dynamiques. La plupart des installa-tions pétrolières et gazières fonctionne àun niveau d’automatisation hybride oumixte, entre les deux extrêmes du tout-automatique et du tout-manuel.Charlotte Skourup, John Pretlove – Dans un contexte de forte demande enpétrole et en gaz, appelée à s’accentuer dans l’avenir, l’industrie doit relever le défide maintenir ses niveaux de production et de puiser dans des réserves souvent deplus en plus lointaines et très difficilement accessibles. Ces obstacles sont autantde leviers pour doper l’automatisation de l’industrie pétrolière et gazière tout enrestant attentif aux problématiques de santé, de sécurité et d’environnement. Si, entemps normal, de nombreux sites pétrolifères et gaziers sont d’ores et déjà pilotésà distance, la présence d’intervenants chevronnés est indispensable pour assurerla maintenance et la réparation des installations, en exploitation comme à l’arrêt.Pour tirer parti d’une automatisation accrue dans ce domaine, capable d’interveniren milieux difficiles ou dangereux pour l’homme, il faut combiner téléconduite ettélérobotique. Dans cette optique, ABB a développé un prototype de systèmetélérobotisé dédié à l’inspection et à la maintenance de la production d’hydrocar-bures. Ce dispositif prête main forte au système d’automatisation existant etpermet aux opérateurs d’accomplir les mêmes tâches, mais en lieu sûr.Télérobotiqued’inspection etde maintenanceLe niveau d’automatisation peutvarier du tout au tout, selon lessecteurs industriels. Dans lemanufacturier, par exemple, lesautomatismes s’acquittent fort bien destâches monotones, lourdes et péniblesdans des ambiances insalubres et dan-gereuses, de même que des travaux àrépétition exigeant une grande exacti-tude. Dans le pétrole et le gaz, le degréd’automatisation varie en fonction desstades du procédé (exploration, extrac-tion, production), des disciplines et de laLes robots investissent la productionpétrolière et gazière
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­51Télérobotique d’inspection et de maintenance
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­52 revue ABB 2|11rateur de se concentrer sur les tâches àexécuter tout en percevant les robotsplacés sous ses ordres comme des« facilitateurs­de terrain » : cette coopé-ration homme-robot n’est pas sans rap-peler l’interaction, dans les usinesmoder­nes, des équipes de conduite etdes opérateurs postés. Dans un sys-tème robotisé, l’homme demeure res-ponsable du procédé et de son exploita-tion ; au pied des machines, le robotinstrumenté ne fait qu’appliquer sesconsignes.La robotique coopérativeDans le cadre de sa stratégie pour explo-rer, mettre au point et déployer de nou-veaux concepts de téléopération, ABB adéjà développé un prototype de systèmetélérobotisé chargé de l’inspection et dela maintenance d’un équipement de pro-duction pétrolière et gazière. Les robotsmultiplient les opérations à distance(contrôle visuel, vérification, manutentionautomatique de racleur de canalisations,essais et étalonnage des composants duprocédé), le principe étant de les intégrerau site en les considérant comme desactifs à part entière du contrôle-commande.Ils sont le prolongement des yeux, desoreilles et des mains de l’opérateur, enmilieu dangereux. L’opérateur agit à­distance par le biais d’une interfacede commande lui permettant de dicteret de lancer les différentes tâches quele télérobot doit accomplir, sans droit àLes dures réalités de la filière (baisse destaux de récupération, difficultés d’accèsaux gisements et exploration de réservesnon conventionnelles) ont fait de l’auto-matisation une priorité. Si bon nombred’installations, souvent implantées enmilieux dangereux, sont déjà « téléopé-rées » en temps normal, elles ne sont paspour autant dispensées de l’interven-tion d’un personnel aguerri aux tâchesessen­tielles d’inspection (contrôle, main-tenance et réparation), en fonctionne-ment comme lors d’arrêts programmés.De nos jours, une automatisation accruedu domaine passe par une « téléopéra-tion robotisée » ou « télérobotique ».L’intégration du robot dans la boucle decontrôle-commande influera sur lesrôles, responsabilités et tâches de cha-cun. Pour commencer, le robot n’a pasvocation à remplacer l’opérateur : celui-ci reste un maillon incontournable de lachaîne de production, surtout pour lestâches privilégiant les fonctions cogni-tives à la force physique  ➔ 1. Dansce contexte, il faut impérativement déci-der des rôles, tâches et automatismesconfiés à l’homme et dévolus au ­systèmed’automatisation robotisé. D’où l’idéed’une approche adaptative et ­variablepermettant de trouver le juste compro-mis coûts-bénéfices entre l’automatiqueet la commande manuelle. Dans tous lescas, la mission première du couplehomme-robot est de permettre à l’opé-3 Installation d’essais extérieure à OsloLe prototype­télérobotiqued’ABB se chargede l’inspection etde la maintenanced’un équipementde production­pétrogazière.1 Physique ou cognitif ?La part mécanique ou physique de l’automa-tisation (LoAphys), qui concerne les tâchesphysiques accomplies par des équipesd’opérateurs et des spécialistes, est réduite àla portion congrue dans l’industrie du pétroleet du gaz. Le cas échéant, ces intervenantss’aident de leurs mains et d’outils, parfoisperfectionnés, comme les caméras infra-rouges qui sondent la température au cœurdu procédé et des équipements.La part du cognitif (LoAcogn), quant à elle,varie amplement selon la tâche. Face àun imprévu, par exemple, l’opérateur doitpuiser dans ses ressources cognitives pourcomprendre la situation, en prédire l’évolutionet décider des actions à entreprendre.À l’extrême, le système d’automatisationcommande automatiquement l’arrêtd’urgence de tout ou partie du procédé, sansintervention humaine. Celle-ci reste toutefoisindispensable après la mise à l’arrêt del’installation pour analyser le dysfonctionne-ment et redémarrer les opérations.2 Architecture télérobotiqueServeurd’application(0)Utilisateur distantArmoiresde commandeAutoma-tisme
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­53Télérobotique d’inspection et de maintenanceexemple de conduite totalement auto-nome : outre la capacité d’assurer cettemission, le système de contrôle-commandepeut aussi décider du robot disponiblepour chaque tâche, sélectionner le cap-teur ad hoc, déplacer en sécurité le robotinstrumenté pour atteindre les différentspoints de contrôle et prendre les­mesures. L’opérateur n’est averti quedes dérives par rapport aux valeurs« normales ». Sinon, les mesures sontstockées en bases de données et lesrelevés utiles sont édités. La commandemanuelle, pour sa part, est nécessairepour retirer le givre qui s’est formé surune vanne, par exemple. Enfin, en semi-autonome, le contrôle-commande oul’opérateur lance les tâches destinéesaux robots. L’opérateur distant utilisecomme interface un modèle 3D du pro-cédé pour définir la mission, lancer lestâches robotisées et en récupérer lesrésultats. Cette procédure a été testéeen exploitant l’installation d’essais depuisplusieurs sites distants, dont Houstonaux États-Unis et Stavanger en Norvège.Résultat : la télérobotique fonctionnesans accrocs, plusieurs jours durant,même sur un réseau public souffrantd’une bande passante limitée.L’installation extérieure sert à simuler,tester et valider les concepts développéset mis en service en laboratoire pouradapter les configurations d’essais réellessur site avant livraison  ➔ 3.Inspection et nettoyage de conduitesd’hydrocarburesForts de ces installations d’essais ­dédiéeset de l’expertise développée dans cedomaine novateur, la société Shell GlobalSolutions et ABB viennent de collaborerau développement, au test et à la valida-tion d’un robot de lancement et de récu-pération de racleur de pipelines. Le projetentend prouver le bien-fondé de la solu-tion, en conditions réelles.Un système de visionique et des algo-rithmes d’optimisation ont aussi été­implantés pour lever les incertitudes dedéplacement des instruments et appa-reils, en milieu difficile. Ces objets étantamenés à bouger ou à subir une défor-mation momentanée ou définitive, leurposition et orientation ne sont pas fixeset constituent une incertitude qu’il fautprendre en compte quand le robot inter­agit avec le procédé.Trois principales variantes de la télé­robotique sont testées en laboratoire :la commande autonome, semi-auto­nome et manuelle à distance. La pre-mière est ambiguëen ce qu’elle s’ins-crit dans un conti-nuum entre uneinter­vention tota­lement manuelleet une conduite100 % autonome.En d’autres termes,en manuel, l’êtrehumain a le pou-voir de décision etl’initiative de toutesles opérations, sans aucune assistancedu système de contrôle-commande ; àl’autre extrême, c’est à ce dernier qu’ilrevient de prendre les décisions et de lesexécuter, sans aide humaine. Les fré-quentes tournées d’inspection, quiobéissent à un calendrier précis, sont unl’erreur. Les résultats de la mission sontensuite rapatriés et présentés à l’opérateurpar le système de contrôle-­commande.Bancs d’essaisDes installations d’essais intérieures etextérieures permettent de simuler, detester et de vérifier les nouvelles configu-rations sur site. Le laboratoire abritantnotre prototype est un environnementexceptionnel pour éprouver, tester etvalider les concepts et solutions de télé-robotique applicables aux futures instal-lations de pétrole et de gaz. Il comprendtrois robots ABB (un IRB 2400 sur­portique et deux IRB 4400 sur rails) etmodule de séparateur grandeur réelle(photo p. 50–51). Les robots ont auto-matiquement accès à une panoplie ­d’outilssur changeur pneumatique. Certainscapteurs sont embarqués dans le brasdu robot, tels les caméras de sur-veillance ; d’autres, spécifiques à l’appli-cation, sont montés sur l’outillage. Unrobot se charge de l’inspection et lesdeux autres, de la main­tenance.Tous trois sont asservis à des armoiresde commande accessibles à partir d’unserveur d’application, tandis qu’un auto-matisme pilote le procédé  ➔ 2. Le ser-veur exécute les algorithmes de suivi detrajectoire et gère le dialogue homme-­robot ; il doit avant tout traduire lesordres de l’opérateur en instructions decontrôle-commande et inversement.4 Mise en place du système robotisé sur site clientDans un système robotisé,l’opérateur humain demeureresponsable du procédé et deson exploitation ; le robot,avec ses capteurs et outils,est un exécutant.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­54 revue ABB 2|11menté d’acquitter chaque étape du pro-cessus avant d’autoriser le robot à exé-cuter la suivante.Le démonstrateur complet a d’abord étéinstallé, mis en service, testé et validé(lancement des racleurs par le robotdans le tonneau et réception à l’arrivée) àl’installation d’essais extérieure d’Oslo,puis réceptionné par des équipes d’ABBet de Shell  ➔ 4 avant d’être expédié ausite de démonstration de la compagniepétrolière néerlandaise NAM (Neder­landse Aardolie Maatschappij ), à Schie-dam, près de Rotterdam. Les essais sursite, qui n’ont porté que sur l’extractiondes racleurs, se sont déroulés en hiver,sous la neige, la pluie ou au soleil, à destempératures de – 10 °C  ➔ 5.Au cours d’un essai type  ➔ 6, le robotcommence par effectuer les premierscontrôles de sécurité pré-opérationnels :verrou et poignée de porte doivent êtreen bonne position, c’est-à-dire fermés.Un détecteur de proximité intégré à ­l’outilest utilisé à cette fin. Puis le robot déver-rouille et entrouvre doucement la portepour permettre le déversement des­déblais et résidus d’huile sur une tabled’égouttage placée devant le tonneau.La porte complètement ouverte, il intro-duit l’outil dans le tonneau et recherchele racleur ; l’armoire de commande immo­bilise le robot sur changement d’étatd’un signal d’entrée. Après avoir localiséle racleur, le robot le récupère et le­dépose sur la table. La porte se ­refermeet se verrouille, et le robot ­revient en­position d’origine.Certaines simplifications ont dû être­apportées au démonstrateur pour res-pecter le cahier des charges. Toutd’abord, le nombre de tâches robotiséesde manutention du racleur a constitué unsous-ensemble de la procédure complèted’extraction. Parmi les sous-tâches­dépassant le cadre de ce projet, citonsl’ouverture et la fermeture des vannes, lamanœuvre des pompes de vidange et leretrait des bouchons d’aération (opéra-tions précédant l’extraction du racleur).Toutes ces étapes peuvent néanmoinsêtre automatisées avec la technologieexistante. Le robot de démonstration futaussi limité dans son champ d’actionpour ne retirer que les racleurs situésrelativement près de la porte, à moinsde 0,5 mètre. En conditions réelles, les­racleurs peuvent être récupérés jusqu’àPour mémoire, un « racleur » est un enginservant à inspecter ou nettoyer l’intérieurdu pipeline. Constitué de coupelles élas-tiques, du diamètre du pipeline, il estpropulsé par la pression de l’hydrocar-bure. Le racleur est habituellement intro-duit et retiré de la conduite à la main,dans des « gares » de lancement et deréception ; son extraction est des plusrisquées pour l’opérateur.Le racleur accumule les débris au fil desa progression dans le pipeline, lequels’élargit en forme de tonneau à l’extré-mité réceptrice pour permettre l’extrac-tion. Il faut dépressuriser et vidangercette section de tube avant de pouvoirouvrir la porte. Or il arrive que les déblaisamassés empêchent la dépressurisation,le racleur étant alors violemment éjectéde la conduite. Qui plus est, dans les ins-tallations à forte concentration de gaztoxique (H2S, par exemple), la manuten-tion du racleur doit suivre des procé-dures draconiennes qui renchérissent lesopérations et constituent une sérieusemenace pour la santé, la sécurité et l’en-vironnement.La solution ABB/Shell consiste en un­robot industriel IRB 5500, certifié ATEXet équipé d’un outil spécialement conçupour la manutention de racleur. Les cap-teurs de l’outillage, de même que ceuxintégrés au robot, guident ce dernier etsécurisent la mission. Ce démonstrateurutilise une section de tube en tonneau etune porte de racleur standard, non modi­fiées. Sécurité oblige, une interface dedialogue est installée tout près du robotpour permettre à un opérateur expéri-5 Robot de démonstration IRB 5500 d’ABB certifié ATEX, à l’œuvre sur une gare de racleur,par jour de grand froidAvec le démons­trateur ABB/Shell,les robots trouventleurs marques dansl’industrie pétrolièreet gazière pourexécuter destâches de grandeprécision, par tousles temps.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­55Télérobotique d’inspection et de maintenanceTelle est la voie adoptée par ABB pour ledéveloppement de son prototype télé­robotique. Les premiers résultats sonttrès encourageants ; au-delà d’une plusgrande sécurité, un autre objectif à longterme est de fiabiliser et de régulariserl’exploitation de façon à accroître le tauxd’engagement des équipements et larentabilité des installations.Charlotte SkourupJohn PretloveABB Strategic R&D for Oil, Gas and PetrochemicalsOslo (Norvège)charlotte.skourup@no.abb.comjohn.pretlove@no.abb.comPhoto p. 50–51Ce prototype, composé de trois robots ABB(un pour l’inspection, deux pour la maintenance),sert à simuler, tester et valider les concepts etnouvelles configurations d’essais.Remplir ces objectifs de sécurité, d’effi-cacité et de coût n’est pas chose facileet peut nécessiter des solutions tech-niques, des pratiques de travail et desmodèles économiques inédits. En revan­che, plusieurs facteurs fondamentauxfavorisent la réussite de la solution. Aupremier chef, une collaboration étroiteavec les utilisateurs et clients du marchépétrogazier permet de se concentrer surles vrais problématiques et enjeux dusecteur, et de bien définir le cahier descharges. Reste à savoir si ces spécifica-tions peuvent être satisfaites par destechniques existantes, émergentes, ouun mix des deux. Lever les verrous tech-nologiques d’un système robotisé aussicomplexe passe, en phases de dévelop-pement, par une démarche par étapes,qui implique aussi de valider la technolo-gie dans des configurations de plus enplus astreignantes et réalistes.2 mètres de la porte. Enfin, ce démons-trateur fut alimenté par un groupe Dieselautonome et produisit son propre airpour éviter de trop modifier les plans del’installation.Grâce à ce démonstrateur, ABB et Shellont pu prouver que les robots ont leurplace dans les infrastructures de pétroleet de gaz pour réaliser par tous tempsdes travaux de grande précision, et l’im-mense potentiel de réduire les risquessanitaires, sécuritaires et environnemen-taux liés à ces opérations.En phase avec la demandeL’extraction et la production de pétrole etde gaz sont confrontées à un certainnombre de défis, comme la baisse destaux de récupération, les difficultés­d’accès aux gisements et l’explorationde réserves non conventionnelles, plusproblématiques. Dans ces conditions,tout porte à croire que l’automatisationpoussée des installations de pétrole etde gaz – pouvant aller, pourquoi pas,jusqu’à supplanter l’homme – est inévi-table, en particulier pour satisfaire auxbesoins constants de sécurité accrue. Sice scénario se confirme, il faudra confierà des robots intégrés au système decontrôle-commande les opérationsd’inspection et maintenance, de vérifica-tion, d’essai et d’étalonnage assuréesjusqu’ici par des intervenants sur site etdes techniciens de maintenance. Si cettestratégie a de quoi améliorer la sécurité,elle devra aussi faire preuve d’efficacitépour sécuriser la chaîne de valeur et­optimiser l’exploitation de sites éloignéset difficiles.6 Robot manipulateur de racleurAu-delà d’une­sécurité accrue,la télérobotiqueABB a le potentielpour accroître letaux d’engagementet la rentabilité desinstallations.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­56 revue ABB 2|11ABB dope et prolonge l’exploitationde la gigantesque mine de cuivre d’AitikGisement deproductivitéLena Nyberg, Gerd Eisenhuth, Kjell Svahn, Per Astrom, Sarah Stoeter –À quelque 1 000 km au nord de Stockholm (Suède), au-delà du cercle arctique,s’étend l’une des plus grandes mines de cuivre à ciel ouvert, Aitik. Malgré unminerai pauvre, à moins de 0,3 % de cuivre, la mine s’avère extrêmement rentablegrâce à une exploitation optimisée. Et le complexe minier vient encore de gagneren performance avec un programme de modernisation de 790 millions de dollarsqui a permis au groupe métallurgique Boliden de doubler la production et deprolonger la mine jusqu’en 2030. Une réussite à laquelle ABB a contribué enfournissant des produits et systèmes d’entraînement, de contrôle-commande etd’alimentation électrique pour tout le site.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­57Gisement de productivitéLe premier entraîne­ment de broyeursans réducteur de6,4 MW, livré à­Lafarge en 1969 :toujours opéra­tionnel !Photo p. 56–57La mine de cuivre à ciel ouvert d’Aitik, à Gällivare(Suède), s’étend sur 3 km, à une profondeur maxide 405 m. (Avec l’aimable autorisation de Boliden/Lars Devall)Note1 Lire aussi « Force rotatrice », Revue ABB, 1/2011,p. 29–35, et « Stabilité opérationnelle », p. 74 dece numéro.Le premier entraînement de broyeur sansréducteur ABB pour la minérallurgie vit lejour au concentrateur de cuivre de Pan-guna, sur l’île de Bougainville (PapouasieNouvelle-Guinée), en 1985. Depuis 1969,ABB a livré ou a en commande plus de100 systèmes de ce type dans le monde.Au fil des ans, ces équipements ont faitl’objet d’une double course à la puis-sance et au gigantisme. En 2010, ABBlivrait un entraînement sans réducteur de28 MW pour un broyeur semi-autogènede 12,2 m, ainsi que deux entraînementsde 22 MW destinés aux broyeurs à bou-lets de 8,5 m du concentrateur de Toro-mocho (Pérou), l’une des mines de cuivreGrandes manœuvresABB est au service de l’industrie minièredepuis 120 ans ! Dès 1891, l’entrepriseéquipait un treuil de la mine de fer deKolningsberget, à Norberg (Suède), despremiers systèmes d’entraînement etde commande. Elle a aussi livré plus de600 nouvelles machines d’extraction et­modernisé des centaines d’exploitations.Le treuil ASEA (société à l’origine d’ABB)de la mine de zinc de Zinkgruvan, quidate des années 1930, fonctionne­encore à ce jour. ABB est aussi pionnierde plusieurs autres inventions minières :les premiers excavateurs à chaîne à­godets et ponts roulants en 1949, four-nis par VEM (ancienne société d’ABB), leconvoyeur à bande en 1960.ABB est également un précurseur dans ledéveloppement des énormes systèmesd’entraînement de broyeur sans réduc-teur 1, plus fiables, plus productifs et moinsénergivores que les entraînements clas-siques. Le premier du genre, une machinede 6,4 MW livrée au cimentier Lafarge en1969, est toujours en service aujourd’hui.C’est tout près de la petiteville de Gällivare, en Laponiesuédoise, que l’on découvre,dans les années 1930, ledépôt métallifère d’Aitik. Il faudra attendre1968 pour que le progrès technologiquegarantisse la rentabilité de l’extraction,même si le précieux minerai ne titre que0,25 % de cuivre, 0,1 g d’or et 2 g d’argentà la tonne. En 2006, Boliden décide­d’investir 790 millions de dollars dans unvaste projet triennal de modernisation dela production.La fourniture ABB est impressionnante :650 moteurs, 230 convertisseurs et varia-teurs, 2 entraînements de broyeurssans réducteur de 22,5 MW, 2 systèmesd’entraînement à deux pignons de 5 MW,4 moteurs à aimants permanents de1,4 MW, 23 transformateurs de distri­bution, un poste à isolation gazeuse,un système de filtrage d’harmoniques,le système d’automatisation étendue800xA  ➔ 1 et, bien entendu, un contratde services complet.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­58 revue ABB 2|11rendements, d’améliorer la sécurité dupersonnel et d’optimiser l’usage des ma-tériaux et des ressources énergétiques.Depuis 1883, ASEA équipe les plusgrands groupes miniers mondiaux. Cer-taines de ces récentes réalisations d’en-vergure sont résumées en  ➔ 2.Du roc au métalUn dynamitage hebdomadaire à Aitiksuffit pour traiter 106 000 tonnes de­minerai par jour. C’en est assez pourcharger les impressionnants camionsde mine  ➔ 3 qui transportent inlassable-ment près de 200 t de minerai abattujusqu’au concasseur situé à 405 m depro­fondeur ; là, la roche est fragmen-tée en blocs de 30 cm qui sontd’abord transpor-tés sous terre, puisremontés en sur-face pour sto­-ck­age. À la vitessede 4 m/s, un autreconvoyeur ache-mine le mineraiconcassé au concentrateur, sur un trajetde 7 km jalonné d’équipements alimen-tés et pilotés par des moteurs et varia-teurs ABB. Au concentrateur, les deuxles plus hautes de la planète (4 600 md’altitude), exploitée par le géant minierChinalco. La même année, ABB recevaitla commande d’un système sans réduc-teur de 28 MW pour entraîner le premierbroyeur semi-autogène de 12,8 m dediamètre au monde. Le record de puis-sance revient aux deux entraînementsde 22,5 MW qui pilotent les énormesbroyeurs autogènes de 11,6 m de l’usinede concentration suédoise de Boliden.Aitik est aussi équipé des plus longsbroyeurs au monde (13,7 m) !Autre contribution majeure d’ABB ausecteur minier : la fourniture d’ouvrageset d’équipements électriques garantis-sant la fiabilité et la stabilité de l’alimen-tation en énergie. Tout aussi cruciauxsont les systèmes d’automatismes quipermettent de piloter avec précision pro-cédés et équipements, de maximiser les650 moteurs et variateursABB équipent les nouvellesinstallations d’Aitik.1 Les équipements ABB de la mine d’Aitik[a] Concasseur primaire en fond de mine – Moteurs – Variateurs[b] Convoyeur souterrain – Moteurs – Variateurs – Transformateurs de distribution[c] Atelier mécanique – Appareillage basse tension[d] Stockage intermédiaire – Appareillage basse tension[e] Convoyeur de surface – Moteurs – Variateurs – Transformateurs de distribution[f] Concentrateur – Entraînements de broyeurs sans réducteur – Systèmes d’entraînement à deux pignons – Moteurs à aimants permanents – Transformateurs de distribution – Appareillage basse tension – Moteurs – Variateurs[g] Poste électrique – Tableau à isolation gazeuse – Transformateurs – Appareillage moyenne tension[h] Système de filtrage d’harmoniques[i] Salle de conduite – Système d’automatisation étendue 800xAgfedcabih2 Quelques mégaprojets miniers d’ABB– 1992 – Fourniture de deux installations destockage et de manutention pour la minede bauxite Los Pijigaos (Bauxiven), auVénézuela : toute l’infrastructure et lematériel électrique, tels qu’appareillaged’interruption, transformateurs, départs-moteurs, variateurs de vitesse et systèmede commande ABB Master.– 1998 – Modernisation de la raffinerie dezinc de Cajamarquilla, au Pérou, pourdoubler la capacité de production :redresseurs de transformateurs, four àinduction et système de contrôle-­commande du procédé.– 2009 – Lancement du projet d’exploitationde la mine de charbon géante à ciel ouvertde Moatize, au Mozambique, pour lecompte du groupe brésilien Vale : systèmed’automatisation étendue 800xA, tous lesappareillages de distribution moyenne etbasse tension, variateurs, moteurs etauxiliaires.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­59Gisement de productivité4 Entraînements ABB installés sur le convoyeur de 7 km quiachemine le minerai au concentrateur d’Aitik.3 Des camions de 100 t, juchés sur des roues de 3,4 m,transportent chacun 200 t de roche au concasseur primaire d’Aitik.(Photo : Peter Tubaas)longue distance de matériaux en vrac :répartition des charges, démarrage pro-gressif dans toutes les conditions decharge, divers modes de freinage etd’arrêt, etc. La solution tient compted’une multitude de critères : perfor-mance, rendement, coûts d’acquisition,souplesse d’utilisation et optimisation del’exploitation, fiabilité et vieillissementdes convoyeurs, nombre de pièces sou-mises à la fatigue et à l’usure, compacitéet conception des moteurs autorisant unchangement rapide et aisée des pouliesd’entraînement et paliers de poulies.Moteurs électriques et variateursABB a équipé les nouvelles installationsd’Aitik de quelque 650 moteurs (de 4 kWà 5  MW) et variateurs, qui pilotentpresque tous les équipements de lamine : concasseur en fond de mine,convoyeurs, broyeurs, pompes (pour ali-menter en eau les broyeurs et évacuerles résidus boueux de la concentration),ventilateurs pour réguler la qualité del’air.Nombreux sont ces moteurs à fonction-ner 24 heures sur 24, toute l’année, aurythme de la mine, souvent dans la pous-entraînements de broyeurs sans réduc-teur de 22,5 MW réduisent en poudre4 400 t de minerai par heure. La « pulpe »(mélange de minerai et d’eau) est ensuiteintroduite dans des « cellules de flotta-tion » au fond desquelles on injecte del’air, et mélangée à des réactifs, desagents moussants qui favorisent la for-mation de bulles d’air, et de la craie. Desagitateurs créent par brassage uneécume surnageante à laquelle se fixe lapoussière de minerai utile. Ce traitementphysico-chimique, nécessitant l’ajout de500 000 l d’eau par heure, facilite la­séparation du métal valorisable de sagangue stérile. On obtient un concentréde minerai à 25 % de cuivre (chalco­pyrite), amené par train à la fonderie­pyrométallurgique de Rönnskär, à 400 kmau sud-est de Gällivare.Les technologies ABB dans la minePour augmenter sa productivité, la mined’Aitik mise sur la performance des tech-nologies ABB qui ont permis à Bolidende porter ses capacités d’extraction à36 millions de tonnes de minerai par an.Entraînements de convoyeurLes 7 km de convoyeur qui charrient lesénormes blocs de minerai au concentra-teur  ➔ 4 sollicitent beaucoup la méca-nique et l’alimentation électrique. Cesconditions d’exploitation imposent demaîtriser le démarrage progressif, lefonctionnement et la protection des appa­reils. Il est donc primordial de choisir lameilleure solution d’entraînement.ABB a développé pour ce créneau unetechnologie et des fonctionnalités spé-cialement adaptées à la manutentionsière. De plus, les équipements exté-rieurs doivent endurer des températurespolaires (jusqu’à – 45 ºC en hiver). Dansces conditions, la fiabilité est la prioritéde ces entraînements.Poste électrique et filtre d’harmoniquesL’extraction minière étant une activitéélectro-intensive, l’extension d’Aitik anécessité la construction de deux lignesélectriques supplémentaires et d’un nou-veau poste de plus grande capacité pourgérer ce surcroît de puissance.ABB a ainsi fourni un poste à isolationgazeuse de 170 kV, qui a permis de­réduire la taille de l’installation de80 %  ➔ 5. Ce poste comporte deuxlignes d’arrivée garantissant la continuitéde la fourniture électrique même en casde défaillance de l’une d’elles. Troistransformateurs de 80 MVA abaissentla tension d’alimentation au niveau­nécessaire à l’exploitation de la mine ;ils peuvent gérer une puissance égaleà celle consommée par une ville de100 000 habitants.L’électricité est distribuée dans toute lamine par un tableau UniGear 24  kVd’ABB. Le poste et les deux lignes élec-triques sont surveillés et protégés pardes relais Relion®. Ces équipements fia-bilisent l’alimentation électrique du com-plexe minier, qui peut ainsi fonctionnernon stop, de jour comme de nuit.ABB a également fourni un système defiltrage d’harmoniques qui protège lesinstallations de Boliden et le réseau élec-trique, évitant ainsi les pénalités du four-nisseur d’électricité. Les harmoniques7 km de convoyeurtransportent le­minerai au concen-trateur pour y êtrebroyé.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­60 revue ABB 2|11sont ainsi maintenus à des niveaux infé-rieurs aux limites fixées par la normalisa-tion internationale (CEI) et suédoise. Cesystème de filtrage et de compensationrapproche le facteur de puissance del’unité (≥ 0,99).Entraînements de broyeurs sans réducteurLes entraînements de broyeurs sont unpivot de la chaîne de traitement du mine-rai. Ils conjuguent puissance, force rota-trice et efficacité énergétique pour réduirele minerai à la granulométrie requise parles autres étapes d’affinage du cuivre.Les entraînements sans réducteur sontles plus nombreux ; l’absence de réduc-teur et d’autres organes mécaniquesaméliore les performances du broyagetout en réduisant les besoins de mainte-nance.La pièce maîtresse de ce type d’entraî-nement est un colossal moteur intégré àun broyeur à tambour et associé à unvariateur qui démarre le broyeur en dou-ceur, sans à-coups. Rappelons que lesentraînements sans réducteur d’Aitikdétiennent le record mondial de la puis-sance (22,5 MW) et pilotent les plus grosbroyeurs au monde  ➔ 6, capables de­réduire 2 200 tonnes de minerai à l’heure.Les entraînements de broyeurs sans­réducteur d’ABB développent toute lapuissance requise tout en minimisant laconsommation énergétique, sans dégra-der la qualité de l’alimentation électrique.L’énergie consommée au broyage peutreprésenter 50 à 70 % de l’énergie totalenécessaire à la concentration du minerai.Les variateurs sont une solution écoper-6 Les entraînements sans réducteur d’ABB pilotent les deux plus grosbroyeurs au monde (13,7 m de long et 11,6 m de diamètre).5 Poste de distribution de 170 kV à isolation gazeuse d’ABBformante pour adapter la vitesse desmachines aux besoins de l’application.L’absence de pièces en mouvemententre moteur et tambour augmenteconsidérablement la robustesse dubroyeur et fiabilise le traitement degrosses quantités de minerai.Système de contrôle-commandeL’ensemble du complexe minier d’Aitik(concentrateur, convoyeurs, postes depompage et station d’épuration des eauxusées) est piloté par le système d’auto-matisation étendue 800xA d’ABB  ➔ 7,qui regroupe un large éventail d’équipe-ments, de systèmes et d’applications surune même plate-forme de conduite.Le système IBM Maximo de gestion dela maintenance de la mine est intégréà 800xA, ce qui permet la création derapports de défauts directement dansl’inter­face opérateur et facilite leur trans-fert au service de maintenance. Quelquesclics suffisent à l’opérateur pour pointerl’objet qu’il souhaite signaler à la mainte-nance, choisir l’application de créationde rapport de défauts, saisir le problèmeet le soumettre à Maximo. Depuis cerapprochement du contrôle-commande800xA, cinq fois plus de problèmes ontpu être anticipés, réduisant d’autant lesarrêts intempestifs et les perturbationsdu procédé.Aitik est le premier site au monde à inté-grer non seulement la maintenance maisaussi la gestion de la documentation ausystème 800xA. En accédant rapide-ment et facilement aux instructions,schémas, etc., les opérateurs peuventGrâce à sonposte électrique àisolation gazeusede 170 kV, ABBa ­réduit la taillede l’installationde 80 %.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­61Gisement de productivité8 Le smartphone HTC héberge le système 800xA d’ABB.Bientôt, tout le personnel technique (ingénieurs, opérateurs et chefsd’atelier) pourra superviser et piloter le site sur son mobile.Le système d’automatisation étendue 800xA d’ABB pilote toute l’usine etchaque équipement de la mine.7 Salle de conduite d’Aitik­accélérer et affiner la prise de décisionset les actions correctives. En mars 2011,Aitik a également commencé à utiliserles « contrôleurs d’actifs » de 800xA auxfins de maintenance prédictive, en seconcentrant sur trois composants essen­tiels de l’exploitation minière qui condi-tionnent sa disponibilité et sa rentabilité.L’un d’eux est le réducteur des grosbroyeurs. Les contrôleurs d’actifs signalentle besoin de maintenance et aident àanticiper les dysfoncti­onnements de l’équi-pe­ment pour les corriger avant qu’ils neperturbent les opérations. Boliden compteprofiter de la mise à niveau des systèmes800xA de tous ses sites miniers pourimplanter la solution ABB d’optimisationdes actifs industriels.Autre grande première d’Aitik, la possibi-lité de faire tourner toute l’application decontrôle-commande 800xA du concen-trateur sur des smartphones HTC  ➔ 8.Un « plus » pour la souplesse de super­vision et de conduite de la mine !Aitik est aussi l’un des premiers sites­industriels au monde à faire usage dela nouvelle norme CEI 61850 sur les­réseaux et systèmes de communicationdans les postes électriques. Le système800xA constitue ainsi une plate-formeunique de conduite et de supervision desautomatismes du procédé et des appa-reils de protection, de coupure, de trans-port et de distribution électriques. L’inté-gration des systèmes de commandeélectrique et de conduite du procédé,sur le site, augmente la productivité etréduit les arrêts de production en per-mettant de regrouper les activités d’ingé­nierie, de maintenance et d’exploitation.De surcroît, l’adoption d’une norme inter­nationale, à la pointe de la technologie,diminue les coûts d’installation et defonctionnement tout en augmentant lavisibilité des usages et consommationsénergétiques.Aucune filière industrielle ne peut fairel’impasse sur une alimentation en éner-gie fiable et sûre. Il est donc vital de­gérer et de maîtriser cet approvisionne-ment, comme n’importe quel autreparamètre clé du process. À Aitik, l’ali-mentation électrique est accessible dans800xA : les opérateurs ont une vue com-plète de tout le complexe minier etpeuvent immédiatement procéder auxréglages nécessaires pour parer aux per-turbations de la fourniture électrique.Lena NybergABB Process Automation, Open Control SystemsVästerås (Suède)lena.nyberg@se.abb.comGerd EisenhuthABB Process AutomationBaden-Dättwil (Suisse)gerd.eisenhuth@ch.abb.comKjell SvahnABB Process Automation, MineralsSkellefteå (Suède)kjell.svahn@se.abb.comPer AstromABB Power ProductsLudvika (Suède)per.g.astrom@se.abb.comSarah StoeterRevue ABBZurich (Suisse)sarah.stoeter@ch.abb.comAitik est le premiersite industriel aumonde à intégrermaintenance,­gestion de la­documentationet contrôle-­commande 800xAd’ABB.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­62 revue ABB 2|11
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­63Cohabitation harmonieuseMikko Lönnberg, Peter lindgren –L’offre de variateurs ABB, depuisles appareils basse et moyennetension en courant alternatif (CA)jusqu’aux appareils courant continu(CC) pour applications industriellescomplexes, booste le rendement, lafiabilité et la souplesse de conduitedes procédés tout en dégageantd’importantes économies d’énergie.ABB crée aujourd’hui sa premièregamme de variateurs de fréquencebasse tension (BT) s’articulant surune base technologique commune :même interface utilisateur, mêmefacilité de paramétrage par menu,mêmes accessoires et outils dedéveloppement. Cette nouvellearchitecture ABB, qui s’appliqued’abord aux gammes industrial driveet standard drive jusqu’à 250 kW,est appelée à monter en puissance.Les variateurs ACS880-01 ABBindustrial drive sont parmi les pre-miers à inaugurer cette architecturecommune, totalement compatible.Leur puissance n’a d’égale que leurpolyvalence applicative.Les atouts de poidsdes nouveaux variateurs de fréquence ABBCohabitationharmonieuseABB est leader mondial dela variation électronique de­vitesse. Ses variateurs régulentavec précision la vitesse et lecouple d’un moteur électrique en agissantdirectement sur la puissance fournie à cedernier. Nombreux sont leurs atouts : éco-nomies d’énergie (par rapport aux chargesà puissance constante), commande optimi-sée du process, maintenance réduite etsécurité fonctionnelle intégrée, conformeaux exigences de la directive ­européennesur les machines 2006/42/CE.ABB renforce encore son activité vitessevariable avec une nouvelle offre de varia-teurs BT 100 % compatibles, bâtis surune architecture commune. Ses objec-tifs ? Simplifier l’exploitation, optimiserl’efficacité énergétique, maximiser lesrendements. Cette plate-forme permetde piloter quasiment tous les types de­moteurs CA et interfaces se conformantaux protocoles des grands bus de terrain,ainsi que les solutions de télésurveillance.La compatibilité ascendante des appa-reils est primordiale pour les utilisateursvoulant bénéficier de nombreuses fonc-tions plus intuitives pour faciliter la sélec-tion, l’installation, le paramétrage rapideet la maintenance du produit enrichi defonctions de sécurité intégrées. Le pre-mier variateur commercialisé sera l’ABBindustrial drive pour montage mural.Cette architecture unifiée a bien desavantages :– Facilité d’apprentissage et d’exploita-tion, grâce à une micro-console, desoutils de développement et desmenus de paramétrage communs àtoute la gamme, qui écourtent letemps de formation aux nouveauxvariateurs ABB ;– Accessoires universels pour abaisserle coût des pièces de rechange et enfaciliter le stockage ;– Fonctions intégrées de sécurité pourrenforcer la protection du personnel touten diminuant les coûts d’installation ;– Consommation énergétique réduite etoptimisée, propice aux économies ;– Diagnostic énergétique pour faciliterl’étude et le dimensionnement del’application : l’information est fourniepar une courbe de charge et descalculateurs d’efficacité énergétiquequi indiquent la puissance consom-mée et économisée, ainsi que laréduction des émissions de CO2et dela facture d’électricité.Le passage d’une génération à l’autred’appareils se fait en douceur car leurs­dimensions restent inchangées ou, dansPhoto p. 62Les variateurs d’ABB s’adaptent à une grandevariété d’entraînements industriels basse etmoyenne tension, à courant continu et alternatif.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­64 revue ABB 2|11paramètres sans avoir à dérouler de lon-gues listes et de configurer plus vite etplus facilement la logique de commandede l’appareil. L’outil sur PC se raccordeaux variateurs par un câble USB standardou une connexion Ethernet. D’un clic,toutes les données du variateur (para-mètres, défauts, sauvegardes et événe-ments) sont compilées dans un fichiertransférable par courriel aux agents demaintenance ou à ABB pour analyse.­Résultat : des défauts plus vite décelés,des arrêts de production écourtés, descoûts de fonctionnement et de mainte-nance minimisés.Sécurité renforcéeLa sécurité fonctionnelle des variateursABB satisfait aux exigences de la direc-tive machine « deuxième génération » del’Union européenne. C’est ainsi que sontintégrées en standard des fonctions évo-luées, dont l’arrêt « STO » (Safe TorqueOff) qui supprime le couple à l’arbre­moteur et empêche tout démarrage intem-pestif, en vue de garantir la sécurité opti-male de l’exploitation et de la maintenance.En ayant moins recours à des compo-sants externes, cette sécurité intrinsèquesimplifie la configuration et diminue l’en-combrement de l’appareil  ➔ 3. À cesfonctions standard s’ajoutent des optionscomme l’arrêt sûr de catégorie 1 (SS1),l’arrêt d’urgence sûr (SSE), la vitesse limi-tée sûre (SLS), la commande sûre du frein(SBC) et la vitesse maximale sûre (SMS).bien des cas, sont nettement revues à labaisse : en effet, la densité de puissancede la nouvelle gamme a considérablementaugmenté au point que l’ABB industrialdrive est jusqu’à trois fois et demi pluspetit que son aîné ! De même, nombre defonctions pointues qui ont fait le succès del’offre existante (sécurité fonctionnelle, cal-culateurs d’efficacité énergétique . . .) sontreprises dans la nouvelle architecture.Réglages facilitésLa nouvelle micro-console à affichagehaute résolution  ➔ 1 s’appuie sur destechniques d’interface modernes et desfonctionnalités poussées  ➔ 2 qui accé-lèrent les réglages et autorisent la com-mande de plusieurs variateurs en chaîne,reliés par bornier intégré. La micro-console permet également de dupliquerdes paramètres d’un variateur à l’autre,d’où un gain de temps et une flexibilitéaccrue, très appréciables quand il fautconfigurer plusieurs appareils.Il est aussi possible de centraliser les ré-glages sur un ordinateur : pour cela, unoutil logiciel assure le démarrage, la miseen service et la surveillance rapides detous les types de variateurs. Sa version debase offre des fonctionnalités de mise enroute et de maintenance tandis que la­variante « professionnelle » redouble defonctions comme la personnalisation desfenêtres de paramétrage, les réglages desécurité et les schémas de configurationdu variateur. Ces derniers permettent àl’utilisateur de localiser rapidement les1 Nouvelle micro-console à contraste élevéet haute résolution2 Fonctionnalités de la micro-console 3 Par leurs fonctions intégrées, lesvariateurs ABB sécurisent les machines.– Ses touches de fonction et sa navigationintuitive à quatre directions permettent àl’utilisateur de localiser rapidement lesparamètres et fonctions sur lesquels ilsouhaite agir.− Au-delà des visualisations simples, cetteinterface offre des affichages évolués commedes courbes de tendance, des graphiques,des histogrammes et des donnéesnumériques permettant d’interpréter plus viteet plus facilement les dérives et défauts duprocédé.− Des assistants font gagner du temps à lamise en service en simplifiant les réglagesessentiels des différentes fonctions sans quel’utilisateur ait besoin d’en connaître tous lesparamètres. Un assistant dédié bus deterrain, par exemple, aide à paramétrer levariateur et son coupleur réseau.− Menus et messages peuvent être adaptés àla terminologie métier de l’application.− Un éditeur de texte permet de personnaliserl’affichage et de compléter l’information.La nouvelle archi-tecture 100 %compatible d’ABBpermet de piloterquasiment tous lestypes de moteursCA et inter­facesconformes auxprotocoles desgrands bus de­terrain, ainsi queles solutions detélésurveillance.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­65Cohabitation harmonieuseune plage de puissance de 0,55 à 250 kWsous 380 à 500 V  ➔ 4 ; des tensions supé-rieures seront couvertes plus tard. Il estadapté à la commande d’une grande­variété de machines telles que les extru-deuses, engins de levage, treuils, enrou-leurs/dérouleurs, convoyeurs, mélangeurs,compresseurs, pompes et ventilateurs,que l’on retrouve dans bien des domainesindustriels : construction navale et propul-sion marine, exploitation minière, ciment,pétrole/gaz, métallurgie, chimie, manuten-tion, papier . . . Les différentes versionsd’ACS880 sont fabriquées selon les­exigences du client avec une foule­d’options : large choix de bus de terrain,filtres RFI/CEM, résolveurs, codeurs, filtresdu/dt, filtres sinus, selfs réseau et résis-tances de freinage, logiciels métiers.Grâce à leur commande ultraprécise etéprouvée DTC (Direct Torque Control),les ACS880 ABB industrial drive peuvent­piloter, en boucle ouverte ou fermée,presque tous les types de moteurs CA, ycompris les machines synchrones et àaimants permanents, de même que lesservomoteurs asynchrones. Pour maxi-miser la productivité, ABB a encore amé-lioré sa technologie DTC pour accroître laprécision de commande des moteurs etréagir plus vite aux modifications du pro-cess, sans retour capteur. Ses nouvellesgammes de variateurs peuvent aussicommander des moteurs à aimants per-manents, sans logiciel supplémentaire.L’ACS880-01 est proposé en protectionIP21 et IP55 pour les environnementsGains énergétiquesSi les variateurs sont déjà, par nature,sources d’économies d’énergie, les appa­reils ABB industrial drive embarquent descalculateurs qui donnent le détail des kWhet MWh consommés et économisés, ainsique les émissions de CO2évitées : des­informations qui permettent d’affiner leréglage du procédé pour mieux utiliserl’énergie. Cette optimisation garantit unecommande à couple maximal par ampèreet diminue la consommation électrique.Formation minimaleLe principe de l’apprentissage uniquepour un usage multiple (learn it once, useit everywhere) réduit considérablement letemps nécessaire aux constructeurs demachines, intégrateurs et utilisateurs(personnel de maintenance compris) pourconfigurer, exploiter et entretenir au mieuxces nouveaux variateurs. Cet optimumrésulte de l’architecture commune desappareils qui, rappelons-le, utilisent uneseule micro-console, les mêmes outils dedéveloppement et des accessoires uni-versels. De plus, tous les paramètres sontharmonisés : leurs désignations, significa-tions et emplacements, tout comme lesnoms des différentes fonctions, sontidentiques pour tous les variateurs.ACS880-01 ABB industrial driveLes premiers appareils à bénéficier decette plate-forme sont les ACS880 ABBindustrial drive et, notamment, la gammeACS880-01 single drive 1, conçue pour4 Nouvelle gamme de variateurs ACS880-01 ABB industrial drivepoussiéreux et humides. Les deux ver-sions embarquent des cartes verniespour accroître la longévité de l’appareilen milieux difficiles. De plus, la tempéra-ture de l’air de refroidissement est sur-veillée en continu et une alarme estémise en cas de surchauffe.Ces variateurs sont compatibles avec­l’environnement de programmation et deparamétrage CoDeSys 2, qu’ABB utilisedéjà pour son automate programmableAC500. Ce socle commun permet d’inté­grer aisément variateur et automatisme, lalogique de commande pouvant même êtretransférée de l’AC500 au variateur. Lagamme ABB ­industrial drive peut aussi dia-loguer avec la plupart des grands ­réseauxde terrain et les solutions de ­télésurveillance.Force motriceLa variation de vitesse a remarquablementévolué au cours des deux dernières­décennies, sous l’impulsion prépondéranted’ABB. Les nouvelles générations de­variateurs se démarquent par leur compa-cité, grâce aux formidables progrès de laminiaturisation, leur capacité à communi-quer, leur intelligence fonctionnelle, leurfacilité d’installation et de mise en œuvre.ABB réussit encore à accroître la densitéde puissance de ses appareils, commel’atteste le nouvel ACS880, trois fois etdemi plus petit que son prédécesseur !Cette génération de variateurs BT parta-geant la même architecture compatiblegarantit d’énormes bénéfices aux clients.Outre la commande de la quasi-totalitédes moteurs CA, ces appareils polyvalents(applications industrielles, tertiaires et­résidentielles) jouent la carte de la rapiditéde mise en service, des économies d’éner-gie et des gains de productivité, ce quilaisse augurer un moindre coût global depossession pour le client.Mikko LönnbergPeter LindgrenABB OyHelsinki (Finlande)mikko.lonnberg@fi.abb.competer.lindgren@fi.abb.comNotes1 Variateur complet (regroupant dans une mêmeenveloppe redresseur, bus courant continu etonduleur), proposé en coffret prêt à l’emploipour montage mural ou en armoire.2 Acronyme de l’anglais Controller DevelopmentSystem, outil de développement et deprogrammation d’applications automates,normalisé CEI 61131-3.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­66 revue ABB 2|11
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­67Modernisation de postetir l’adéquation de l’investissement aux­besoins des 10 à 15 années à venir, KHRdécida de mettre le secondaire enconformité avec la norme CEI 61850.Vaste entreprise de transformationIl est toujours plus difficile de rénoverque de partir de zéro. En effet, il faut­assurer la compatibilité de l’ancien et duneuf, ainsi que la continuité de fonction-nement en phase de transition  ➔ 1. Lesinterruptions de service doivent être­réservées aux cas de force majeure etécourtées au maximum. L’exploitationdu réseau de transport tout entier ne doiten aucun cas pâtir des travaux. Chargeaux équipes de projet d’étudier le sys-tème existant à la loupe pour s’en appro-prier les moindres détails !Marcel Lenzin – La norme internationale CEI 61850 a beaucoup fait pour l’intégra-tion et la communication des postes électriques. Les fournisseurs d’électricité dumonde entier n’ont d’ailleurs pas tardé à l’adopter pour accroître l’interopérabilitéde leurs équipements, même hétérogènes, et favoriser les échanges. Loin de secantonner aux nouvelles installations, elle s’invite aujourd’hui dans les projets deremise à neuf des postes existants.Une installation 380 kV,à l’heure de la CEI 61850Modernisationde posteLe poste isolé dans l’air380/220 kV de Sils (dans lecanton des Grisons, au sud-estde la Suisse), exploité par KHR(Kraftwerke Hinterrhein), est l’un des plusimportants nœuds du réseau de trans-port helvétique, lui-même rattaché auréseau européen UCTE.La totalité de l’installation secondaire etune partie des équipements primairesen 380 kV arrivant en fin de vie, une­remise à neuf d’envergure s’imposait.KHR décida de remplacer en priorité lesecondaire tout en conservant l’essentieldu primaire. Sachant que la durée de viedes équipements secondaires est habi-tuellement deux fois moindre que celledes équipements primaires, une rénova-tion de ce type n’a rien d’exceptionneldans les pays industrialisés. Pour garan-
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­68 revue ABB 2|11CEI 61850 à la rescousseLe secondaire d’un poste électriqueremplit deux grandes missions : com-mander l’équipement primaire et le pro-téger des défauts électriques qui risquentde l’endommager. Ces tâches incombentà des dispositifs électroniques intelli-gents de contrôle-commande et de pro-tection, plus connus sous l’acronymeanglo-saxon « IED » (Intelligent ElectronicDevices). Un IED est relié aux équipe-ments primaires par des entrées/sortieset pilote tout ou partie d’une tranche.Les fonctions de protection sont spéci-fiques au type de tranche (transforma-teur, ligne, coupleur, etc.).Organes de commande, les IED se char-gent des fonctions de pilotage et d’inter-verrouillage. Ils ne garantissent l’exploi-tation d’un équipement primaire que sicertaines conditions préalables sont véri-fiées. Dispositifs de protection, les IEDsurveillent en permanence le comporte-ment électrique du poste, à l’aide demesures de tension et de courant. Ladétection d’un défaut risquant d’endom-mager le primaire oblige à arrêter lescomposants concernés du poste et àisoler l’équipement en défaut. Desalarmes sont transmises au centre deconduite sur le bus CEI 61850.Celui-ci relie les IED au système decontrôle-commande du poste chargédu pilotage et de la surveillance du­réseau tout entier. Un poste étant unsimple nœud du réseau électrique, ilfaut ­regrouper ses informations et lestransmettre au centre de conduite, situéhabituellement à des kilomètres de dis-tance  ➔ 2. Selon la stratégie de l’exploi-tant du réseau, il est aussi possible de1 La modernisation d’un poste électrique ne doit en rien entraverson fonctionnement.2 Centre de conduite du poste, à Silspiloter les équipements primaires à partirde ce centre. C’est une passerelle quiassure le couplage des IED avec la télé-conduite.Dans le poste de Sils, les fonctionsde commande et de protection sontconfiées à des IED de la série Relion®670 d’ABB. Il arrive souvent que les four-nisseurs d’électricité imposent d’installeren parallèle des équipements de secoursprovenant de constructeurs différents.À Sils, ces appareils (de fourniture tierce)sont totalement intégrés selon laCEI 61850 ; c’est d’ailleurs l’un despoints forts de la norme.Les fonctionnalités de ces IED ont étéconçues aussi bien pour répondre auxbesoins des équipements existants quepour tirer profit des nouvelles techno­logies comme, par exemple, le proto-cole GOOSE 1de communication entretranches.Tous les IED sont raccordés au busCEI  61850  ➔ 3, lequel est divisé en plu-sieurs anneaux physiques, dont l’un des-sert le réseau local du poste tandis queles autres assurent les échanges aux­niveaux poste et tranche. Cette topolo-gie a été choisie pour accroître la dispo-nibilité du réseau. Le contrôle-commandeutilise la plate-forme MicroSCADA Prod’ABB et s’exécute sur un puissant­serveur équipé d’une alimentation redon-dante et d’un système de stockageRAID 2. La sauvegarde logicielle estIl est toujours plusdifficile de rénoverque de partir dezéro. Il faut assurerla compatibilitéde l’ancien et duneuf, ainsi quela continuité defonctionnementdurant la transition.Notes1 Acronyme de l’anglais Generic Object-OrientedSubstation Event2 Redundant Array of Independent Disks
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­69Modernisation de posteétape à l’avenir facilitée par les fichiersSCD.Vient ensuite la phase de mise en œuvreet de production. La norme CEI 61850définissant aussi les processus de déve-loppement, il est impératif d’utiliser unoutil pleinement conforme à ce référen-tiel pour préserver la fluidité deséchanges et la cohérence des donnéesdans tout le poste, et correctement­documenter les modifications dans le­fichier SCD.La phase d’essais en usine (dernièreétape avant livraison du nouvel équipe-ment sur site) a mobilisé toute l’attentionet verticale sur le bus, le système peutêtre bâti sur des produits normalisésCEI 61850 multiconstructeurs.Qui plus est, pour réduire le câblagecuivre entre tranches, KHR a décidéd’implanter une communication horizon-tale inter-tranche, sous protocole GOOSE :tous les échanges d’interverrouillagesentre tranches utilisent la messagerieGOOSE entre IEDcouplés au busCEI 61850.Phases du projetTout projet débutepar une phase deconception axéesur l’interfaçageavec l’équipementen place et lesajouts fonctionnelsau système. Il fautaussi savoir mettre en service de nou-veaux composants sans compromettrel’exploitation commerciale du poste. ÀSils, les ingénieurs d’ABB durent com-mencer par comprendre le détail desfonctionnalités existantes pour bienconcevoir le nouveau système ; une­effectuée par un serveur de stockageraccordé au réseau local du poste.Deux clients CEI 61850 indépendants,directement couplés au bus, font officede passerelle redondante avec le centrede téléconduite du réseau. Le poste peutainsi être piloté à distance, même si sesdeux calculateurs tombent en panne.KHR a beaucoup gagné à baser la nou-velle installation secondaire du poste surla norme CEI 61850. Celle-ci définit unfichier « SCD 3 » qui décrit toute la confi-guration du poste, depuis la topologie duprimaire jusqu’au cheminement completdes données du secondaire. La disponi-bilité de cette information permet d’envi-sager des extensions, remplacementsou mises à niveau du système d’automa-tisation de tout ou partie du poste, et saréutilisabilité à long terme. Elle garantitpar ailleurs la cohérence des données dusystème tout entier pour les développe-ments en cours. La CEI 61850 spécifiantégalement la communication horizontaleDans le projet de Sils, la phased’essais en usine a fait l’objetd’une attention particulière.Plusieurs simulateurs ont servià tester les interactions avecl’équipement existant.Note3 Abréviation de Substation ConfigurationDescription3 Système d’automatisation du poste de Sils selon CEI 61850Poste de développement Station IHM TéléconduiteGPSPasserellesredondantesServeur destockageen réseauServeurde posteCommutateur Ethernet RSG2100Côté trancheREC670MWUPJB 380 kV Ligne n° 1, 380 kV Coupleur 380 kV Transformateur n° 2, 380 kV Ligne n° 2, 380 kVTransformateur n° 1, 380 kVMWU MWU MWU DSAS-RTUREC670 REC670 REC670 REC6707SA612 7SA612 7SA612 7SA612 7SA612REL670 REL670 REL670 REL670 REL670SIMEAS R SIMEAS R SIMEAS R SIMEAS R SIMEAS RREB500 BU REB500 BU REB500 BU REB500 BU REB500 BUBCM800 BCM800 BCM800 BCM800 BCM800L+G ZMQ L+G ZMQ L+G ZMQ L+G ZMQ L+G ZMQREB500Poste numériquePJB/PDDCommutateur Ethernet RSG2100Transformateur n° 2Commutateur Ethernet RSG2100Transformateur n° 1
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­70 revue ABB 2|11sur un premier ordinateur tandis qu’unsecond, exécutant la même applicationen parallèle, est prêt à prendre immédia-tement le relais si son alter ego défaille.Franc succèsLa modernisation de Sils fut un sans-faute et le poste rénové est aujourd’huiopérationnel. La coopération étroite,constructive et experte des deux parte-naires ABB et KHR a permis de mener àbien ce projet complexe en minimisantles dérangements.Ce fut l’occasion de démontrer l’adéqua-tion de la norme CEI 61850 à la rénova-tion de poste, permettant la coexistencesans heurt des IED de protection ABB ettiers, et la satisfaction des exigencesclient. Le recours à la messagerieGOOSE pour l’interverrouillage destranches a grandement réduit la connec-tique cuivrée. L’intégralité du poste est àprésent documentée dans un fichier nor-malisé SCD, au profit des futurs projetsde maintenance et d’extension. La partie220 kV du projet a été intégrée à l’aidede la passerelle SPA/CEI 61850 d’ABBafin de garantir la surveillance et l’exploi-tation du poste 380/220 kV complet àpartir du nouveau système de conduitecentralisé MicroSCADA Pro.Grâce à ce partenariat exemplaire entreABB et KHR et à l’exécution sans failledu projet, le secondaire du poste 380 kVde Sils est aujourd’hui reparti pour 10 à15 ans de bons et loyaux services, à lapointe de la technologie.Marcel LenzinABB Power SystemsBaden (Suisse)marcel.lenzin@ch.abb.comLa démarche a un autre avantage :lorsque la totalité du système est reliéeau bus CEI 61850, qu’il soit déjà raccordéou non à l’appareillage isolé dans l’air,tous les messages GOOSE veillentd’ores et déjà à l’interverrouillage detranche à tranche. Aucun changementde configuration ne doit être effectué auniveau du système ou des tranches enservice.Autre possibilité : simuler les IED au lieude leur faire transmettre des messagesGOOSE sur le bus.Durant cette transition (qui peut durerdes mois), les équipements de poste àremplacer doivent cohabiter avec leséquipements déjà permutés. En plani-fiant cette phase, il faut être particulière-ment attentif aux fonctions transversalescomme la protection des jeux de barres.Pour Sils, le passage à la nouvelle pro-tection s’est fait en fin de mise en ser-vice, l’ancien système continuant defonctionner tout au long de la transition.Intégration du poste 220 kV aucontrôle-commandeLa modernisation du poste 380 kVs’étant parfaitement déroulée, il restait àintégrer la partie 220 kV au contrôle-commande du tout nouveau poste. Côté220 kV, le niveau tranche restait d’actua-lité et n’avait pas besoin d’être remplacé.Les IED existants ont été dotés de­nouvelles interfaces de transmissionCEI 61850 qui permettent la communi-cation avec le système MicroSCADA Proet garantissent l’exploitation et la sur-veillance des appareillages 380 kV et220 kV à partir du centre de conduite. Laplate-forme MicroSCADA Pro s’est enoutre enrichie d’un système de secoursautomatique : la totalité des fonctionsde commande et de surveillance tournedes ingénieurs, permettant ainsi d’écour-ter l’étape suivante de mise en servicepar rapport aux essais sur site. Plusieurssimulateurs ont servi à tester les inter­actions avec l’existant. Les essais se sontdéroulés en deux temps : tests indivi-duels de chaque tranche et test du sys-tème global. Les IED de chaque type detranche furent raccordés au niveau posteet les fonctionnalités de l’ensemble dusystème testées sur le site d’essais ABB.Pour vérifier l’interverrouillage des tranches,on simula les messages GOOSE émispar tous les équipements qui n’étaientpas physiquement présents sur le site.La mise en service est sans doute laphase critique d’un projet de rénovation :pas question d’arrêter le poste ! Lestemps d’indisponibilité de chaque départdoivent non seulement être réduits austrict minimum mais aussi planifiés etautorisés par l’exploitant du réseau (ici,Swissgrid), des mois à l’avance. À Sils, ila fallu exécuter la mise en service pas àpas, départ par départ, selon un calen-drier précis.La mise en service par tranche impliquede livrer et d’installer sur site des sys-tèmes complets englobant les compo-sants du niveau poste, sauf les interfacesde l’appareillage isolé dans l’air  ➔ 4 ;cette exception permet de tester toutel’installation (y compris la communicationCEI 61850) sans léser l’exploitation com-merciale. Après quoi, il ne reste plusqu’à raccorder les nouveaux IED auxéquipements primaires. Cette procédureaccélère la mise en service et garantitdes temps d’arrêt conformes au plan-ning.4 Disjoncteurs en attente de raccordementCe projet a démon-tré l’aptitude dela CEI 61850 à­répondre aux­besoins de la­remise à neuf deposte.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­71Protection à grande vitesseStephan Hoffarth – Le marché mondial du rail à grande vitesse est enrapide expansion. Selon l’Union Internationale des Chemins de fer, leréseau devrait passer de 13 000 km aujourd’hui à bien plus de 30 000 kmd’ici à 10 ans 1, occasionnant une croissance similaire de la demande entrains et en composants ferroviaires. Or, qui dit grande vitesse impliqueque les dispositifs montés à l’extérieur du matériel roulant soient conçuspour résister à des écoulements d’air plus rapides. C’est notamment lecas des parafoudres, généralement montés en toiture, juste à côté dupantographe, qui protègent des surtensions tous les composantsélectriques à l’aval. Si le parafoudre fonctionne parfaitement dans lagrande vitesse ferroviaire, il doit néanmoins satisfaire à des exigencestoujours plus grandes, qui lui valent une attention particulière.Protection àgrande vitesseLes parafoudres ABB,en tête de train
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­72 revue ABB 2|11Les surtensions qui surviennentsur les réseaux ferroviaires,suite à un choc de foudre ou demanœuvre, sont inévitables.Certes, ces phénomènes présentent unréel danger pour le matériel électriquemais il est impossible, pour des raisonsd’économie, de concevoir un isolant­capable de résister à tous les cas de figure.Assurer un service fiable et peu coûteuxpasse donc par une protection globaledu matériel électrique contre les surten-sions inacceptables.Les chocs de foudre constituent la plusgrande menace. Une protection efficace,à l’aide d’un parafoudre à oxyde métal-lique sans éclateur, par exemple, permetde ramener la surtension résultante à unniveau acceptable.En général, les parafoudres pour appli-cations ferroviaires sont choisis en fonc-tion des conditions d’exploitation et dutype de matériel électrique à protéger.Sur les trains modernes, c’est une tra-versée ou un câble qui achemine à l’inté-rieur de la locomotive la haute tensionfournie par le pantographe. Pour obtenirune protection maximale contre les sur-tensions, ABB conseille de jumeler deuxtypes de parafoudres 2 :1) Un parafoudre haut de gamme, declasse de décharge de ligne 3 ou 4,monté en toiture, près du panto-graphe ;2) Un parafoudre standard affichant unetension de service continue légère-ment supérieure, logé dans la loco-motive, devant le disjoncteur princi-pal.Afin de satisfaire aux exigences de sûre-té de fonctionnement (fiabilité, disponibi-lité, maintenabilité et sécurité), ces para-foudres doivent être conformes à la normeinternationale CEI 60099-4 « Parafoudresà oxyde métallique sans éclateurs pourréseaux à courant alternatif ».De plus, les deux types de parafoudresdoivent résister aux sollicitations méca-niques du train enmarche, commel’exige la CEI 61373« Applications ferro-viaires – Matérielroulant – Essais dechocs et vibra-tions ».Le parafoudre mon-té sur toit doit parailleurs résister auxconditions d’exploi-tation ambiantes,tant météorologi-ques que mécaniques (écoulement del’air).La CEI 60099-4 précise les exigencespour les applications traditionnelles (pro-tection des transformateurs de distribu-tion, par exemple) mais ne traite pas desconditions anormales de service, commedes vitesses de vent supérieures à34 m/s (122 km/h).Malgré ces lacunes de la normalisationet l’absence de procédure de qualifica-tion adéquate, les parafoudres quiéquipent les trains à grande vitessedonnent satisfaction depuis des années.Pour autant, les exploitants ferroviaireset les clients potentiels s’inquiètent deplus en plus de l’impact que peut avoir levent de face sur le matériel roulant. ABBa donc décidé de tester les caractéris-tiques aérodynamiques de ses para-foudres montés en toiture.Résistance à l’écoulement de l’airRéalisés en soufflerie, au Centre alle-mand pour l’aérodynamique et l’aéro­spatiale (DLR) 3, les essais ont exposé desNotes1 UIC, High speed rail : Fast track to sustainablemobility, novembre 2010, ISBN 978-2-7461-1887-42 ABB Switzerland Ltd, High Voltage Products,Application guidelines for overvoltageprotection: Dimensioning, testing andapplication of metal-oxide surge arresters inrailway facilities, PTHA/SA3020EN_01.09.073 Deutsches Zentrum fuer Luft- und Raumfahrt,www.dlr.deparafoudres à courant alternatif de typesPOLIM-H..N et POLIM-S..N ainsi qu’unparafoudre à courant continu de typePOLIM-H..ND à des vents atteignant100 m/s (360 km/h)  ➔ 1.Une séquence d’essai se déroule en cinqétapes. Elle commence par une faiblevitesse de vent de 20 m/s pour augmen-ter ensuite, par échelons de 20 m/s,jusqu’à 100 m/s, ce qui correspond àune large plage de fonctionnement dumatériel roulant, des trains de fret auxtrains à grande vitesse. Pour garantir leréalisme des conditions d’essai, tous lesparafoudres sont équipés d’accessoirestypiquement utilisés dans le ferroviaire etmontés sur une cellule de mesure dotéed’un extensomètre pour calculer les­efforts de flexion, à différentes vitessesde vent. Une caméra à grande vitesseenregistre le comportement des para-foudres pendant l’essai.RésultatsAucun des dispositifs soumis aux essaisn’a été endommagé ni déformé par­l’exposition au vent. Les forces mesu-rées sont restées bien inférieures auxLe choc de foudre étant lepremier danger auquel sontexposés les parafoudres, uneprotection adéquate permetde ramener la surtensionqui en résulte à un niveau­acceptable.Photo p. 71Le matériel monté sur toit est exposé à des forcesaérodynamiques considérables, comme ici sur lestrains AVE de la RENFE espagnole, qui peuventrouler à 350 km/h.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­73Protection à grande vitesseconstructeurs de trains ont exposé desproduits dont ils avaient amélioré l’aéro-dynamisme, par exemple en masquantles équipements montés sur le toit. Sices modifications ont pour objectif pre-mier de diminuer la consommation éner-gétique du véhicule, elles réduisent éga-lement la charge du vent sur lesparafoudres, qui offrent ainsi moins derésistance à l’écoulement de l’air.ABB réévalue en permanence sa gammede parafoudres ferroviaires à l’aune deces critères afin de coller aux besoins dela filière.Les parafoudres ferroviaires d’ABB sont conformesaux spécifications de la norme IRIS 5, révision 02.Pour en savoir plus sur ABB et le transportferroviaire, lire « Les voies de l’écomobilité »,Revue ABB, 2/2010 ou consulter le sitewww.abb.com/railway.Stephan HoffarthABB Switzerland Ltd, High Voltage ProductsWettingen (Suisse)stephan.hoffarth@ch.abb.comNotes4 Salon international du transport ferroviaire,www.innotrans.com5 International Railway Industry Standard,www.iris-rail.orgmoments de flexion maximum spécifiésen continu des parafoudres correspon-dants. Les ailettes des enveloppes encaoutchouc de silicone n’ont pas oscilléà la vitesse maximale de 100 m/s, écar-tant tout risque de réduction importantedes lignes de fuite, consécutive à la­déformation de l’enveloppe du para-foudre  ➔ 2.Parés pour la grande vitesseCes essais démontrent sans ambiguïtéque les parafoudres ABB de type­POLIM-H..N, POLIM-H..ND et POLIM-S..Nconviennent parfaitement à la grande­vitesse ferroviaire, non seulement pourprotéger les installations fixes des surten-sions, mais aussi pour équiper tous lestypes de matériel roulant à une ­vitessemaxi de 360 km/h.L’efficacité énergétique est égalementappelée à jouer un rôle de premier plandans le domaine du rail à haute vitesse.Lors du salon InnoTrans 2010 4, plusieurs2 Enveloppe en silicone d’un parafoudrePOLIM-H33 soumis à des vitesses de ventde 100 m/s (360 km/h).1 Montage d’essai en soufflerie d’un para­-foudre POLIM-H33N, au Centre allemandpour l’aérodynamique et l’aérospatiale (DLR)Les parafoudresdoivent résisteraux sollicitationsmécaniques dutrain en marcheet à des vents deface très violents.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­74 revue ABB 2|11Marco Rufli, Maarten van de Vijfeijken – La nouvelle générationde variateurs de fréquence moyenne tension (MT) d’ABB intègre desfonctions avancées de commande et de maintenance développéesspécifiquement pour stabiliser, fiabiliser et sécuriser le fonctionnementdes broyeurs à couronne dentée utilisés dans l’industrie des minerais.La première partie de cet article, publiée dans le précédent numérode la Revue ABB, décrivait en détail ces fonctions et leurs avantages.Dans cette deuxième partie, nous démontrons la précision exception-nelle de l’entraînement d’un broyeur à 2 pignons de 5 MW d’uneexploitation minière.Les variateurs ABBdopent les performancesdes broyeurs (2epartie)Stabilité opérationnelle
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­75Stabilité opérationnelletechnologie de commande exclusiveDTC (Direct Torque Control) des varia-teurs ABB ­autorise une répartition decharge haute performance qui peut êtremise en œuvre de différentes manières.Pour l’application en question, l’algo-rithme le mieux adapté a été sélectionnéet les cartes de commande des deuxvariateurs communiquent sur une liaisonoptique rapide.Dans notre exemple de broyeur à galetsà couronne dentée, un des onduleursdu variateur ACS 6000, configuré en« maître », reçoit la consigne de vitessedu système de contrôle-commande dis-tribué par l’intermédiaire du contrôleurdu broyeur. L’autre onduleur, qualifié« d’esclave », suit les consignes de vitesseet de couple du maître. La précision decommande de cette configuration maître/transformateur, d’un variateur de fré-quence MT ACS 6000 en configurationmultimoteurs et d’un moteur asynchroneà cage tétrapolaire AMI630 d’ABB. Cettedeuxième partie présente les mesuresréalisées sur un broyeur à 2 pignons de5  MW  ➔ 1 en exploitation dans une minesuédoise (cf. p. 56).Les moteurs sontici accouplés méca­niquement par l’inter­médiaire de la cou-ronne et assurentensemble la rotationdu broyeur. Cetteconfiguration exigeune répartition trèsprécise de la charge entre les moteurs àtous les régimes de marche.Moteurs en mode maître/esclaveDans un broyeur à 2 pignons, les ­moteursse répartissent la charge afin de mini­miser les contraintes et d’éviter lesjeux mécaniques. Sur les gros broyeursoù la longueur des dents augmente gra-duellement, les pignons et la couronne(et l’éventuel réducteur) doivent être­parfaitement alignés. Or on sait d’expé-rience qu’un tel alignement est difficileà obtenir et à plus forte raison à conser-ver. S’il faut impérativement éviter lesdémarrages brusques, les à-coups decouple et les oscillations de charge entreles deux moteurs, les organes méca-niques doivent être protégés à tous lesrégimes de marche par une répartitionde charge stable, rapide et précise. LaDans les broyeurs à couronne,surtout ceux à 2 pignons, lesmoteurs peuvent considéra-blement amplifier les effortsmécaniques. Par conséquent, la com-mande des deux moteurs doit être rapideet précise afin d’éviter tout effort sup­plémentaire sur le système couronne/­pignons.Grâce à un contrôleur supplémentaire, lanouvelle génération de variateurs de fré-quence MT d’ABB propose plusieursnouvelles fonctions applicatives qui, enplus de sécuriser et stabiliser l’exploita-tion des broyeurs, simplifient l’interfaceentre le système d’entraînement et le sys-tème de contrôle-commande distribué duclient. En exploitation, ces fonctionscontribuent à améliorer tous les ­régimesde marche : démarrage, fonctionnementnormal et arrêt. Parallèlement, des fonc-tions dédiées de maintenance et de pro-tection (avance lente, positionnement­automatique, protection contre la défor-mation et élimination des charges solidi-fiées) accélèrent, facilitent et sécurisentles interventions sur le broyeur.Dans la première partie de cet article [1],nous avons étudié les performancespendant les séquences de démarrage,d’exploitation et d’arrêt d’un systèmed’entraînement se composant d’un1 Broyeur à galets à couronne dentée et 2 pignons de 5 MWDans un broyeur à 2 pignons,les moteurs accouplés méca-niquement se répartissent lacharge.PhotoLa mine de cuivre d’Aitik à Gällivare (Suède) ainvesti 790 millions de dollars pour prolonger sonexploitation jusqu’en 2030. ABB a pris part auprojet de modernisation en fournissant denombreux produits et systèmes pour l’alimentationen énergie et l’exploitation du site.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­76 revue ABB 2|11esclave pendant le démarrage, le fonc-tionnement normal et l’arrêt du broyeurest décrite dans la suite de cet article.Séquence de démarrage/arrêtUne séquence de démarrage et d’arrêtcomplète d’un système d’entraînementmaître/esclave est illustrée en  ➔ 2. Lesmesures montrent les différents signauxde vitesse et de couple des deux ­moteursasynchrones. Les courbes sont quasi-ment identiques à celles de la figure  ➔ 3pour un seul moteur [1]. Les figures  ➔ 3et  ➔ 4 montrent respectivement une vuedétaillée des séquences de démarrageet d’arrêt (avec oscillation contrôlée 1).À nouveau, les courbes des signaux devitesse et de couple des deux moteurssont pratiquement identiques à cellesdes figures  ➔ 4 à  ➔ 6 de l’article précé-dent, prouvant que le couple du moteuresclave suit avec précision et régularitécelui du moteur maître. En fait, l’écart decouple entre les deux moteurs est nette-ment inférieur à 1 % du couple nomi-nal  ➔ 5  ! Les plus gros écarts, indiquéspar les pics et qui restent très en deçàde 3 % du couple nominal, surviennentau début d’une séquence et au momentoù la fonction d’oscillation contrôlée­démarre (à 630 secondes environ) ; ilsdurent en réalité bien moins qu’une­seconde.Pendant l’arrêt avec oscillation contrô-lée, le broyeur décélère sur la rampejusqu’à son immobilisation. Les deuxmoteurs produisent alors un couple­positif suffisant pour immobiliser le broyeuravec la charge déséquilibrée. En rédui-sant légèrement le couple, le broyeur­revient doucement en arrière jusqu’àéquilibrer la charge. Le couple étant tou-La technologieDTC d’ABB permetune répartitionde charge rapideet précise qui­minimise lescontraintes etévite les jeux­mécaniques.Note1 Fonction développée par ABB qui amènerapidement le broyeur dans une position àcouple nul pour éviter l’oscillation avant-arrièreinutile et prolongée du broyeur en cas d’arrêt enroue libre (la charge déséquilibrée entraînant larotation du cylindre).jours positif, même lors de l’inversion dusens de rotation du broyeur et pendantl’oscillation contrôlée, le contact entreles dents des deux pignons et de la cou-ronne est toujours maintenu, garantis-sant l’absence de jeu.Même pendant l’exécution de la fonctiond’élimination des charges solidifiées, oùdes échelons de couple sont appliqués2 Séquence de démarrage et d’arrêt du système d’entraînement maître/esclaveTemps (s)0 25 50 75 100 1250 250 500 750 1000 1250 15000 100 200 300 400 500 600 700Vitesse moteur maître (tr/min)Vitesse moteur esclave (tr/min)Couple moteur maître (%)Couple moteur esclave (%)3 Vue détaillée de la séquence de démarrage85 90 95 100 105 110 115 120 125 1300 50 100 150 200 250 300 3500 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000 25 50 75 100 125Temps (s)Vitesse moteur maître (tr/min)Vitesse moteur esclave (tr/min)Couple moteur maître (%)Couple moteur esclave (%)Angle de rotationdu broyeur (°)4 Séquence d’arrêt complète du système d’entraînement maître/esclave575 600 625 650 6750 50 100 150 200 250 300 3500 250 500 750 1000 1250 1500Temps (s)0 25 50 75 100 125Vitesse moteur maître (tr/min)Vitesse moteur esclave (tr/min)Couple moteur maître (%)Couple moteur esclave (%)Angle de rotationdu broyeur (°)
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­77Stabilité opérationnelleDe la théorie à la pratiqueNul doute que les nouvelles fonctionsdéveloppées spécifiquement par ABBpour les broyeurs contribuent énormé-ment à l’efficacité de l’exploitation et dela maintenance des ateliers de broyage.Les mesures présentées dans cet articleprouvent que ces fonctions, partie inté-grante du concept de système d’entraî-nement maître/esclave, ne sont pas seu-lement séduisantes en théorie [1] maisoffrent également un niveau exceptionnelde précision sur un broyeur à 2 pignonsexistant. Le client bénéficie d’un outil deproduction beaucoup plus souple quinécessite moins de maintenance, coûtemoins cher à exploiter et dont la duréede vie est prolongée.Marco RufliMaarten van de VijfeijkenABB Switzerland LtdBaden-Dättwil (Suisse)marco.rufli@ch.abb.commaarten.vijfeijken@ch.abb.comNote2 Comparé à un broyeur à boulets, un broyeursemi-autogène contient moins de corpsbroyants. Il assure généralement le concassagedu minerai avant son passage en broyeur àboulets.Bibliographie[1] Rufli, M., van de Vijfeijken, M., « Force rotatrice :Les variateurs ABB dopent les performancesdes broyeurs (1repartie) », Revue ABB, 1/2011,p. 29–35.Qualités intrinsèquesLes mesures des deux articles démon­trent clairement toute la puissance et lasouplesse de la technologie DTC d’ABBpour l’entraînement d’un broyeur. Celle-cipermet non seulement une répartition decharge rapide et précise qui minimiseles contraintes et évite les jeux, maisprotège également mieux les organesmécaniques et l’installation électrique.De plus, la vitesse de rotation du broyeurpeut être régulée sans à-coups. Si lesavantages de la commande en vitessevariable des broyeurs semi-autogènes 2sont pleinement reconnus, ce n’est pasnécessairement le cas des broyeurs àboulets et à galets. Un grand nombrede gros broyeurs semi-autogènes et àboulets équipés d’entraînements sansréducteur sont installés et utilisés enAmérique du Sud. La souplesse queconfère la variation de vitesse a un impactsignificatif sur le rendement global desateliers de broyage et sur la disponibilitédes broyeurs en permettant de minimiserà la fois les charges à recycler et le­surbroyage.pour détacher la charge des parois dubroyeur, le couple de l’esclave suit parfai-tement celui du maître, sans aucun signeapparent d’oscillation ou de jeu  ➔ 6. Laprésence d’un jeu serait révélée par unechute de couple à une valeur nulle, voirenégative ; or le couple et la vitesse étanttoujours positifs, aucun jeu ne survient.Ce type de système d’entraînement avecun pont redresseur à diodes ne peut ren-voyer l’énergie de freinage sur le réseau.Par conséquent, l’énergie régénérativeest limitée par les pertes dans le systèmed’entraînement et la vitesse négative dis-ponible pour la rotation en sens inversedu broyeur est relativement faible. Pourpouvoir renvoyer l’énergie de freinagesur le réseau et donc réduire de manièresignificative le temps nécessaire pourcontrôler l’oscillation d’un broyeur, ABBpropose un variateur quatre quadrants(4Q) ACS 6000 avec redresseur actif. Lesystème d’entraînement constituantalors le plus gros consommateur du site,il pourrait également servir à la correc-tion du facteur de puissance.Les nouvelles fonc-tions développéesspécifiquementpar ABB pour lesbroyeurs contri-buent grandementà l’efficacité del’exploitation et dela maintenance desateliers de broyage.5 Écart de couple négligeable entre les moteurs maître et esclaveTemps (s)-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 200 250 500 750 1000 1250 15000 100 200 300 400 500 600 Vitesse moteur maître (tr/min)Vitesse moteur esclave (tr/min)Écart de couple (%)6 Élimination des charges solidifiées avec le système d’entraînement maître/esclave4 290,0 4 292,5 4 295,0 4 297,5 4 300,0 4 302,50 5 10 15 20 250 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000 10 20 30 40 50 60 70Temps (s)Vitesse moteur (tr/min)Angle de rotation du broyeur (°)Couple moteur maître (%)Couple moteur esclave (%)
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­78 revue ABB 2|11Panorama ABB mondialde l’efficacité énergétiqueMieux connaître les solutions en lice est le premierpas vers un usage efficace de l’énergie. Cette étudeABB, corédigée par l’institut de recherche et deconseil Economist Intelligence Unit et Enerdata(en anglais), met en lumière les démarches etactions d’amélioration entreprises par les éner­géticiens et industriels du monde entier.Pour en obtenir une version papier, complétez leformulaire disponible à l’adressewww.abb.com/energyefficiency(rubrique Trends in global energy efficiency 2011)ou flashez le QR code ci-dessus. Vous pouvez aussitélécharger ou consulter le document en ligne, ainsiqu’une série de cartes interactives illustrant leschiffres mondiaux de l’efficacité énergétique.Pour le commander, installezle lecteur de QR Code survotre mobile et flashez ce codeavec l’appareil photo.
    • ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­79Dans le numéro 3|11Nous vivons dans une société où la technologie est omniprésenteau quotidien. Il n’est donc pas surprenant que la Revue ABBconsacre son 3enuméro de l’année aux nombreux volets duportefeuille technologique du Groupe : parmi les sujets abordés,citons un système d’automatisation avancé, à l’échelle de toutel’entreprise, qui fournit au personnel d’exploitation et de mainte-nance des données à jour et facilement manipulables pour piloterl’usine avec des moyens inédits, privilégiant efficacité et parcimo-nie ; un petit convertisseur fixé à un panneau solaire en toiturepour réduire le bilan carbone de l’habitat et, pourquoi pas,revendre son électricité au fournisseur, inversant la traditionnellerelation producteur-consommateur . . .Tant et plus : la Revue ABB sera intarissable sur la technologie !Questionsde technologieDans le numéro 3|11RédactionPeter TerwieschChief Technology OfficerGroup R&D and TechnologyClarissa HallerHead of Corporate CommunicationsRon PopperHead of Corporate ResponsibilityEero JaaskelaHead of Group Account ManagementFriedrich PinnekampVice President, Corporate StrategyAndreas MoglestueChief Editor, ABB Reviewandreas.moglestue@ch.abb.comÉditionLa Revue ABB est publiée par la direction R&D andTechnology du Groupe ABB.ABB Technology Ltd.ABB Review/REVAffolternstrasse 44CH-8050 ZürichSuisseLa Revue ABB paraît quatre fois par an en anglais,français, allemand, espagnol, chinois et russe.Elle est diffusée gratuitement à tous ceux et cellesqui s’intéressent à la technologie et à la stratégied’ABB. Pour vous abonner, contactez votrecorrespondant ABB ou ­directement la Rédactionde la revue.La reproduction partielle d’articles est autoriséesous réserve d’en indiquer l’origine.La reproduction d’articles complets requiertl’autorisation écrite de l’éditeur.Édition et droits d’auteur ©2011ABB Asea Brown Boveri Ltd.Zurich (Suisse)ImpressionVorarlberger Verlagsanstalt GmbHAT-6850 Dornbirn (Autriche)MaquetteDAVILLA AGZurich (Suisse)Traduction françaiseDominique Heliesdhelies@wanadoo.frAvertissementLes avis exprimés dans la présente publi­cationn’engagent que leurs auteurs et sont donnésuniquement à titre d’information. Le lecteur nedevra en aucun cas agir sur la base de ces écritssans consulter un professionnel. Il est entendu queles auteurs ne fournissent aucun conseil ou pointde vue technique ou professionnel sur aucun fait nisujet spécifique et déclinent toute responsabilité surleur utilisation. Les entreprises du Groupe ABBn’apportent aucune caution ou garantie, ni neprennent aucun engagement, formel ou implicite,concernant le contenu ou l’exactitude des opinionsexprimées dans la présente publication.ISSN : 1013-3119www.abb.com/abbreview
    • BU Oil,Gas and PetrochemicalE-mail: oilandgas.info@it.abb.comFlawless project execution around the world?Certainly.Wouldn’t it be great to have a predictable successful outcome for all your projects,every time, no matter where they are located? ABB has the engineering resources,technology portfolio, industry know-how and implementation experience toconsistently execute complex oil and gas projects in every part of the world,throughout the entire lifecycle. Find the peace of mind from knowing that yourproject will be a success. www.abb.com/oilandgasMener des projets dans le monde entier ?Infailliblement.Ne serait-ce pas formidable d’avoir la certitude que tous vos projets réussissent,en toutes circonstances, sous toutes les lattitudes ?ABB a les moyens, la technologie, le savoir-faire et l’expertise pour mener debout en bout des projets pétrogaziers complexes, partout dans le monde.Zéro souci, succès garanti : www.abb.com/oilandgasActivité Pétrole, Gaz et Pétrochimieoilandgas.info@it.abb.com