Procédure d’études génie civil de projets de stockage d’hydrocarbures

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PROCEDURE D’ETUDES GENIE CIVIL TENANT COMPTE DE L’ALEA SISMIQUE DANS DES

PROJETS DE STOCKAGE D’HYDROCARBURES

Zone de Stockage GPL (TUNISIE) Zone de Stockage Pétrole (IRAK)

Auteur : HALAIBI Sid Ahmed

Elève Ingénieur de 5ème

Année

Tuteur Industriel : NDIAYE Asmahou

Ingénieur Génie Civil

Enseignant Superviseur : KOVAL Georg

Maitre de Conférences JUIN 2012

Procédure d’études génie civil de projets de stockage d’hydrocarbures

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RESUME

L’ingénierie de projet international de stockage d’hydrocarbures (domaine OIL&GAZ) présente

des méthodologies spécifiques selon la localisation du site. Plusieurs normes internationales

(American Petroleum Institute API 650, ACI, EUROCODE…) encadrent les études Génie Civil,

Tuyauterie, Procédés et Electriques. Selon le type d’ouvrage (Stockage GPL et Stockage Pétrole),

l’ingénierie mise en œuvre diffère. Le mémoire du projet de fin d’études s’attache à présenter les

procédures d’études et modélisation aux éléments finis propres à l’ingénierie du Génie Civil

d’ouvrages OIL&GAZ par deux projets d’études, situés en Tunisie et en Irak. Compte tenu des aléas

sismiques constatés, ces procédures prendront en compte les conséquences de cet effet sur la

structure et les fondations.

Mots clés : Oil&GAZ, GPL, Pétrole, Eléments finis, Modélisation, Aléa sismique, Fondations.

ABSTRACT

International project engineering of oil storage (OIL & GAS domain) carry out specific

methodologies depending on the location of the site. Several international standards (American

Petroleum Institute API 650, ACI ...) govern the Civil Engineering, Piping, Electrical and Process

studies. Depending on the type of structure (LPG Storage and Oil Storage), engineering

implementation differs. This final year project attempts to present the civil engineering procedures and

finite element modeling of OIL&GAS projects through two distinct on-going projects, located in Tunisia

and Iraq. Considering the seismic hazard, these procedures take into account the consequences of

seismic effect on the structure and foundations.

Keywords: Oil&GAZ, LGP, Oil, Finite element modeling, Seismic hazard, Foundations.

PFE Soutenu en Juin 2012 HALAIBI Sid Ahmed

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INTRODUCTION

Le projet de fin d’études a été réalisé chez ENTREPOSE PROJETS (EP), entreprise

spécialisée dans la conception et la réalisation de projets industriels clés en main dans le domaine de

l’OIL&GAZ. EP intervient dans des projets de stockages d’hydrocarbures type GPL, GNL et Pétrole.

Appartenant au Groupe ENTREPOSE CONTRACTING, EP réalise des projets de type EPCC

(Engineering, Procurement (Achats), Construction and Commissioning). Lors de mon projet de fin

d’études, il m’a été proposé d’intervenir sur deux projets en cours d’études d’exécution distinct : un

projet de stockage type GPL en Tunisie et un projet de type pétrole en IRAK.

PRESENTATION DES PROJETS

Le projet de stockage GPL se situe à Gabes en Tunisie pour le compte de la Société

Nationale de Distribution Des Pétroles (SNDP). Ce projet est de type EPCC et comprend dans son

cahier des charges la réalisation d’un site de stockage regroupant 6 sphères métalliques de 4000 m3

chacune capacité de stockage GPL ainsi que la réalisation de 4 bâtiments annexes (Salle de contrôle,

Bâtiment électrique, Bâtiment Médico-sociale et Bâtiment Administratif) selon les normes

européennes. Les prestations de voiries, de sécurité incendie (avec la réalisation d’un réservoir

métallique d’eau), et de Génie civil annexes font aussi partie du contrat d’exécution. Voici une

maquette 3D du projet en Figure 1 :

Chaque sphère de stockage est enveloppée dans un sarcophage béton armé et ensevelie sous une

couche de sable. Ce mode constructif a été le fruit de l’arrêté du 24 Décembre 2007 stipulant dans

son Annexe II.2 (Stockage en réservoirs fixes aériens), que « les charpentes métalliques supportant

un réservoir dont le point le plus bas est situé à plus d'un mètre du sol ou d'un massif en béton doivent

être protégées efficacement […] sous-talus d’un matériau justifié par le constructeur contre les effets

thermiques susceptibles de provoquer le flambement des structures». La solution de sarcophage en

béton armé est devenue incontournable du fait d’une l’économie de volume de remblai (sable), de

l’esthétique de l’ouvrage et d’autre part du fait de l’amélioration du niveau de sécurité vis-à-vis des

agressions extérieures (effets thermiques, projectiles). Le sarcophage cylindrique (Figure 2) en béton

armé se constitue d’un voile extérieur d’épaisseur 35 cm, d’un voile intérieur d’une épaisseur de 60 cm

sur lequel la sphère métallique s’appuiera et d’une dalle qui solidarise les deux voiles. Du point de vue

séquencement des travaux, les étapes de construction se présentent comme suivant :

Bâtiment

Electrique Salle de

Contrôle

Chargement

camion

Réservoir incendie

d’eau

Bâtiment médico-

social

Bâtiment

Administratif

Sphère de stockage avec le

sarcophage

Figure 1 – Maquette 3D D’implantation site

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1. Réalisation des fondations profondes et du radier ;

2. Réalisation du voile intérieur ;

3. Montage de la sphère ;

4. Réalisation du voile extérieur ;

5. Test d’épreuve hydraulique de la sphère ;

6. Fermeture des ouvertures intérieures du tunnel

permettant d’accéder à la base de la sphère ;

7. Mise en place du sable ;

8. Remplissage de la sphère en service.

Le projet de stockage Pétrole se situe en IRAK pour le compte d’un client dont le nom ne sera

pas divulgué pour cause de confidentialité. Ce projet est comme celui de Tunisie un projet de type

EPCC qui comprend dans son cahier des charges l’extension d’un site de stockage existant par la

réalisation de trois réservoirs métalliques (Figure 3) de 91,7 m de diamètre sur 10 m de hauteur pour

une capacité unitaire de 66 000 m3

de pétrole. En termes de Génie Civil, l’étude et la réalisation des

fondations, des routes, des massifs en béton armé support et de charpentes métalliques comme les

passerelles seront effectuées selon des normes internationales (imposées par le client) comme

American Petroleum Institue API.

Les trois réservoirs métalliques se raccorderont aux réservoirs existants par le biais de tuyauterie.

Chaque réservoir sera dans un bassin de rétention délimité par un merlon en cas de rupture du

réservoir et donc déversement du produit.

PROBLEMATIQUE

L’aléa sismique est caractérisé dans les deux sites de réception des ouvrages. Il m’a été

proposé d’étudier le Génie civil de ces ouvrages en tenant compte du caractère sismique du site. Pour

le projet de stockage GPL, mon projet de fin d’études devait se focaliser sur la conception du

sarcophage et des fondations de la sphère. Sur base de retour d’expérience d’un projet similaire de

stockage GPL (en Tunisie toujours), une première approche a été de considérer une solution de

fondation type radier annulaire reposant sur 33 pieux de 1 m de diamètre sur 38 m de long disposés

en 3 files. Cependant, du fait de la présence d’un aléa géotechnique important (présence de poches

compressibles), cette solution a due être écartée. Ma mission a été donc d’élaborer la procédure

d’études du sarcophage pour un radier annulaire sur 150 pieux de 0,6 m disposés en 4 files (Figure

4).

Figure 2 – Coupe type du sarcophage enveloppant la sphère

Figure 3 – Maquette d’implantion des réservoirs

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Pour le projet IRAK, il m’a été proposé de me concentrer sur la conception de la fondation du réservoir

métallique pétrole. Le contrat stipule que nous pouvions nous baser sur l’existant ce qui nous a

amené à considérer une fondation type « ring wall » (couronne) superficielle en « crushed stone »

(graviers concassés) comme indiqué Figure 5. Cependant, afin de conforter cette conception, une

campagne géotechnique a été menée (avec du retard). Après avoir défini la base de calcul, la

procédure d’études de vérification du ring wall devra être effectuée en considérant l’aléa sismique

étudié cette fois-ci selon des normes internationales UBC 1997 et API 650.

CONCLUSION

Le projet de stockage GPL a présenté plusieurs points délicats lors de sa conception. D’une

part, la modélisation de certains efforts (notamment l’effet de la poussée de sable) a requis des

considérations et hypothèses aux méthodes aux éléments finis afin d’extraire des enveloppes de

contraintes exploitables aisément pour le dimensionnement béton armé. D’autre part, la prise en

compte du risque de liquéfaction a permis de conforter le choix du site et d’écarter toute solution de

traitements du sol en place. Pour conclure sur ce projet, nous remarquons bien l’impact de l’arrêté du

24 Décembre 2007 qui a permis d’élever aussi bien le niveau de sécurité que la difficulté de

conception. Etant donné le nombre de site de stockage en non-conformité avec cet arrêté, les appels

d’offre vont connaitre une croissance intéressante pour l’entreprise d’où la nécessité d’élaborer des

procédures d’études opérationnelles.

Le projet de stockage Pétrole a révélé des difficultés en termes de considération au séisme.

Compte tenu du mouvement du fluide, il a fallu considérer les effets de ce mouvement en termes de

glissement et basculement du réservoir. A l’aide de la modélisation aux éléments finis sur PLAXIS, la

vérification de la fondation « ring wall » en graviers concassés a conforté le choix de la solution

existante (plus économique). La bonne réalisation de ce projet amènera sans doute à la poursuite de

la collaboration avec le client pour la construction d’un autre site de stockage.

Figure 4 – Solution de fondation optée

Figure 5 – Fondation du réservoir de type « ring wall »

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