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