TECHNOLOGIE DU PÉTROLE ET DU GAZ, 2ÈME ANNÉE / OPTION : PÉTROCHIMIE INDUSTRIELLE

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC

Préliminaires

1. Finalités de la formation

La formation en technologie du pétrole et du gaz de deuxième année a pour finalité de doter l’élève d’une compréhension technique approfondie des équipements et des procédés utilisés dans les secteurs amont (production) et aval (raffinage) de l’industrie des hydrocarbures. L’objectif est de le préparer à analyser des systèmes, à comprendre les fiches techniques des produits et à interpréter les tests de qualité, le positionnant comme un futur technicien opérationnel.

2. Compétences visées

À l’issue de cette année, l’élève devra être capable de décrire la composition chimique d’un pétrole brut, d’expliquer le fonctionnement des principaux équipements de forage et de production, et de détailler le principe de la distillation fractionnée. Il saura également identifier les tests de laboratoire clés qui garantissent la qualité des produits finis et pourra schématiser la chaîne logistique de distribution des carburants en RDC.

3. Approche Pédagogique

L’enseignement privilégie une approche technologique, centrée sur l’étude des machines et des procédés. Chaque composant, de l’outil de forage à la colonne de distillation, est analysé sous l’angle de sa fonction, de son principe de fonctionnement et de sa place dans le système global. Des études de cas, telles que l’analyse des spécifications des produits de la raffinerie SOCIR à Muanda ou l’étude du circuit de transport des produits pétroliers entre le port de Matadi et Kinshasa, permettent de contextualiser les savoirs.

4. Rappels sur l’Hygiène, la Sécurité et l’Environnement (HSE)

Les principes HSE sont renforcés et appliqués à des contextes technologiques précis. L’élève étudiera les risques spécifiques liés à la manipulation des équipements sous pression, aux opérations de forage et aux procédés de raffinage. L’importance des permis de travail, des analyses de risques et des plans d’intervention d’urgence dans un environnement industriel comme celui de la pétrochimie est mise en exergue.

Partie I : Caractérisation et Analyse du Pétrole Brut 🧪

Cette partie se concentre sur la matière première elle-même : le pétrole brut. Avant de pouvoir le traiter ou le valoriser, il est indispensable de connaître en détail sa composition chimique et ses propriétés physiques. L’élève apprendra ici les méthodes d’analyse qui permettent de classifier un brut et de déterminer son potentiel de raffinage, une étape cruciale qui conditionne toutes les opérations en aval.

Chapitre 1 : La Composition Chimique Détaillée du Brut

Ce chapitre explore la complexité moléculaire du pétrole brut.

1.1. Les Grandes Familles d’Hydrocarbures

S’appuyant sur les acquis de la chimie organique, l’élève étudiera la répartition des grandes familles d’hydrocarbures dans un brut typique : les paraffines (linéaires et ramifiées), les naphtènes (cycliques) et les aromatiques.

1.2. Les Composés Hétéroatomiques

Le pétrole brut contient également des composés non-hydrocarbonés. L’élève identifiera les principaux hétéroatomes présents (Soufre, Azote, Oxygène) et étudiera les familles de molécules associées (thiols, pyridines, acides naphténiques), qui sont souvent des impuretés à éliminer.

1.3. Les Métaux et les Sels

La présence de métaux à l’état de traces (vanadium, nickel) et de sels dissous dans l’eau émulsionnée sera analysée. L’élève comprendra pourquoi ces composés, même en faible quantité, peuvent causer de graves problèmes de corrosion et d’empoisonnement des catalyseurs en raffinerie.

1.4. L’Eau et les Sédiments

La présence inévitable d’eau et de sédiments (BS&W – Basic Sediment and Water) dans le brut de production sera étudiée. Les méthodes pour mesurer leur concentration et les techniques de séparation primaire sur le champ pétrolier seront introduites.

Chapitre 2 : La Classification des Bruts (Assay)

Ce chapitre enseigne comment une analyse de laboratoire permet de donner une « carte d’identité » à un pétrole brut.

2.1. La Densité API

L’élève apprendra à utiliser la densité API, une échelle de mesure inverse spécifique à l’industrie pétrolière, pour classifier les bruts en légers, moyens, lourds et extra-lourds. Il comprendra que les bruts légers ont une plus grande valeur commerciale.

2.2. La Teneur en Soufre

La teneur en soufre est un critère de classification majeur. L’élève distinguera les bruts « doux » (faible teneur en soufre) des bruts « acides » ou « sulfureux » (haute teneur), ces derniers nécessitant des traitements de désulfuration plus coûteux.

2.3. L’Indice d’Acidité (TAN – Total Acid Number)

Le TAN sera présenté comme une mesure de la concentration en composés acides (acides naphténiques) dans le brut. L’élève apprendra qu’un TAN élevé est synonyme de brut très corrosif pour les installations de raffinage.

2.4. La Courbe de Distillation TBP (True Boiling Point)

La courbe TBP sera introduite comme le résultat d’une distillation fine en laboratoire qui permet de déterminer le rendement potentiel en chaque coupe pétrolière (essence, kérosène, gazole, etc.). C’est l’outil essentiel du raffineur pour évaluer un brut.

Chapitre 3 : Les Propriétés Physiques du Pétrole Brut

Ce chapitre se concentre sur les caractéristiques physiques qui influencent le transport et le traitement du brut.

3.1. La Viscosité

La viscosité du brut sera étudiée comme une mesure de sa résistance à l’écoulement. L’élève analysera l’influence de la température sur la viscosité et comprendra son importance pour le pompage dans les oléoducs.

3.2. Le Point d’Écoulement (Pour Point)

Le point d’écoulement sera défini comme la plus basse température à laquelle le brut peut encore s’écouler. Cette propriété est cruciale pour le transport et le stockage dans des conditions climatiques froides.

3.3. Le Point d’Éclair (Flash Point)

Le point d’éclair sera présenté comme une mesure de l’inflammabilité du brut, correspondant à la température minimale à laquelle ses vapeurs peuvent s’enflammer en présence d’une source de chaleur. C’est une donnée de sécurité fondamentale.

3.4. La Teneur en Asphènes et en Cires

La présence de molécules lourdes comme les asphaltènes et les paraffines (cires) sera analysée. L’élève apprendra que ces composés peuvent précipiter et boucher les conduites ou les équipements si la température ou la pression change.

Partie II : Technologies et Équipements de l’Industrie Amont 🔧

Cette partie plonge au cœur de la technologie de production des hydrocarbures. Elle détaille les outils, les machines et les installations qui permettent de forer les puits et d’amener le pétrole et le gaz du gisement jusqu’au point d’expédition. La compréhension de ces équipements est fondamentale pour le technicien qui sera amené à travailler sur un site de production.

Chapitre 4 : Les Outils et Techniques de Forage

Ce chapitre se concentre sur la technologie mise en œuvre pour percer la roche.

4.1. Les Outils de Forage (Trépans)

Une classification des différents types de trépans (outils à lames, à molettes, PDC) sera présentée. L’élève apprendra à choisir un type de trépan en fonction de la dureté de la roche à forer.

4.2. La Chaîne de Forage (Drill String)

La composition de la garniture de forage sera détaillée : le trépan, les masses-tiges (pour donner du poids), les tiges de forage (pour la longueur) et le kelly ou le top drive (pour la rotation).

4.3. Les Fluides de Forage et le Système de Circulation

L’élève étudiera en détail les fonctions et la composition des boues de forage (à base d’eau ou d’huile). Le circuit complet de la boue (pompes, injecteur, espace annulaire, tamis vibrants) sera décrit.

4.4. Le Contrôle des Éruptions (BOP – Blowout Preventer)

Le BOP sera présenté comme l’équipement de sécurité ultime sur une tête de puits, conçu pour fermer le puits et empêcher une éruption incontrôlée d’hydrocarbures en cas de surpression.

Chapitre 5 : Les Équipements de Surface

Ce chapitre décrit les installations qui reçoivent et traitent les fluides une fois qu’ils arrivent en surface.

5.1. La Tête de Puits (Christmas Tree)

L’ensemble de vannes et de raccords situé au sommet du puits, appelé « arbre de Noël », sera décrit. L’élève comprendra son rôle dans le contrôle du débit et de la pression de production.

5.2. Les Séparateurs de Production

Le séparateur sera présenté comme le premier équipement de traitement, dont le rôle est de séparer la production du puits en trois phases : le pétrole, le gaz et l’eau, en utilisant la gravité.

5.3. Les Conduites de Collecte (Flowlines)

Les flowlines, qui transportent la production depuis les différentes têtes de puits jusqu’au centre de traitement, seront étudiées, en insistant sur les défis liés à la corrosion et à la gestion des écoulements multiphasiques.

5.4. Les Pompes d’Activation (Artificial Lift)

Lorsque la pression du gisement est insuffisante, des systèmes de pompage sont nécessaires. L’élève découvrira les principaux types de pompes d’activation, comme les pompes à balancier (« têtes de cheval ») utilisées sur de nombreux champs à terre.

Chapitre 6 : L’Instrumentation et la Mesure

Ce chapitre introduit les capteurs et instruments qui permettent de surveiller et de contrôler la production.

6.1. La Mesure de la Pression

Les différents types de manomètres et de capteurs de pression utilisés pour surveiller la pression en tête de puits et dans les installations seront présentés.

6.2. La Mesure de la Température

L’élève étudiera les thermomètres industriels et les thermocouples qui permettent de suivre la température des fluides, une information clé pour la gestion des procédés.

6.3. La Mesure du Débit

Les différentes technologies de débitmètres (à turbine, à ultrasons, Coriolis) utilisées pour mesurer précisément les quantités de pétrole, de gaz et d’eau produites seront décrites.

6.4. Les Systèmes de Contrôle et d’Acquisition de Données (SCADA)

Une introduction aux systèmes SCADA sera proposée, montrant comment toutes les données des capteurs sont centralisées, visualisées sur des écrans de contrôle et utilisées pour piloter les opérations à distance.

Partie III : Fondamentaux du Raffinage et du Traitement du Gaz 🏭

Cette partie constitue une introduction approfondie aux opérations du secteur aval. Elle décrit les premières étapes de la transformation du pétrole brut et du gaz naturel en produits commercialisables. L’élève y découvrira les principes des grands procédés de séparation et de purification qui sont au cœur du métier de raffineur et de gazier.

Chapitre 7 : Les Opérations Préliminaires au Raffinage

Ce chapitre se concentre sur la préparation du brut avant son entrée dans l’unité principale.

7.1. Le Stockage et le Mélange des Bruts (Blending)

L’élève apprendra que les raffineries stockent différents types de bruts et les mélangent dans des proportions précises pour obtenir une charge d’alimentation aux propriétés constantes et optimales pour les unités.

7.2. Le Dessalage du Pétrole Brut

Le procédé de dessalage, qui consiste à laver le brut avec de l’eau pour en extraire les sels corrosifs avant de le chauffer, sera expliqué en détail.

7.3. Le Préchauffage du Brut

Le réseau d’échangeurs de chaleur qui permet de préchauffer le brut en utilisant la chaleur des produits chauds sortant de la raffinerie sera décrit. L’élève comprendra l’importance de cette récupération d’énergie pour l’efficacité économique et écologique de la raffinerie.

7.4. Le Four de Distillation

Le four, qui porte le brut à la température requise (environ 370°C) avant son entrée dans la colonne de distillation, sera présenté comme un des plus grands consommateurs d’énergie de la raffinerie.

Chapitre 8 : La Distillation Fractionnée du Pétrole

Ce chapitre détaille le procédé central de toute raffinerie.

8.1. Le Principe de la Distillation Fractionnée

Le principe de la séparation des composants d’un mélange en fonction de leurs différentes températures d’ébullition sera révisé et appliqué au cas complexe du pétrole brut.

8.2. La Colonne de Distillation Atmosphérique

La structure d’une colonne de distillation atmosphérique, avec ses plateaux et son gradient de température (chaude en bas, froide en haut), sera décrite en détail. L’élève apprendra comment les différentes coupes sont soutirées à différentes hauteurs.

8.3. Les Produits de la Distillation Atmosphérique

Les principales coupes obtenues seront passées en revue : gaz de tête, naphta (base des essences), kérosène (carburant d’aviation), gazole et un résidu atmosphérique lourd.

8.4. La Distillation sous Vide

L’élève apprendra que le résidu atmosphérique est ensuite envoyé dans une deuxième colonne de distillation qui opère sous vide. Cette technique permet de distiller les produits lourds à plus basse température pour éviter leur décomposition thermique (craquage).

Chapitre 9 : Le Traitement du Gaz Naturel

Ce chapitre se concentre sur les opérations de purification du gaz brut.

9.1. La Déshydratation

Le gaz naturel sortant du gisement est saturé en eau, qui doit être éliminée pour éviter la formation d’hydrates (sorte de glace) qui bouchent les canalisations. Les procédés d’absorption par le glycol seront expliqués.

9.2. L’Adoucissement (Sweetening)

L’élimination des composés acides (H₂S et CO₂), appelée adoucissement, sera étudiée. Ce traitement est essentiel pour des raisons de sécurité (le H₂S est très toxique) et de corrosion. Le cas du traitement du gaz sulfuré de Lacq en France pourra être cité.

9.3. L’Extraction des Liquides de Gaz Naturel (LGN)

Le procédé de refroidissement cryogénique qui permet de condenser et de séparer les hydrocarbures plus lourds que le méthane (éthane, propane, butane), appelés LGN, sera décrit.

9.4. Le Fractionnement des LGN

Une fois extraits, les LGN sont à leur tour séparés par distillation (dans une unité appelée dé-éthaniseur, dé-propaniseur, etc.) pour produire des produits purs : l’éthane (base de la pétrochimie), le propane et le butane (GPL).

Partie IV : Qualité, Contrôle et Distribution des Produits Finis ⛽

Cette dernière partie se concentre sur la phase finale de la chaîne de valeur : la garantie de la qualité des produits et leur acheminement jusqu’au consommateur final. L’élève y apprendra l’importance des spécifications techniques et des tests de laboratoire, et découvrira la complexité de la chaîne logistique qui alimente en carburants et autres produits pétroliers un pays aussi vaste que la RDC.

Chapitre 10 : Les Spécifications des Produits Pétroliers

Ce chapitre définit les critères de qualité que chaque produit doit respecter.

10.1. Les Spécifications des Essences

Les principales caractéristiques d’une essence de qualité seront étudiées : l’indice d’octane (résistance à l’auto-inflammation), la volatilité (facilité de démarrage) et la teneur en impuretés (soufre, benzène).

10.2. Les Spécifications du Gazole (Diesel)

Pour le gazole, l’élève étudiera l’importance de l’indice de cétane (aptitude à l’auto-inflammation), du comportement à froid (filtrabilité) et de la teneur en soufre, un enjeu environnemental majeur.

10.3. Les Spécifications du Kérosène et des Fiouls

Les critères de qualité très stricts du kérosène (Jet A-1) pour l’aviation seront présentés (point de congélation, propreté). Les spécifications des fiouls lourds, basées principalement sur leur viscosité, seront également abordées.

10.4. Le Rôle des Additifs

L’élève découvrira que de nombreux additifs sont mélangés aux carburants pour en améliorer les performances : antidétonants, antioxydants, détergents, antigels, etc.

Chapitre 11 : Les Tests de Contrôle Qualité en Laboratoire

Ce chapitre décrit comment les spécifications sont vérifiées en pratique.

11.1. Le Test de l’Indice d’Octane

Le fonctionnement des moteurs de test standardisés (moteurs CFR) qui permettent de mesurer l’indice d’octane Recherche (RON) et Moteur (MON) d’une essence sera expliqué.

11.2. Le Test de l’Indice de Cétane

De la même manière, le test sur moteur diesel spécifique pour déterminer l’indice de cétane d’un gazole sera décrit.

11.3. Les Tests de Fluidité et de Teneur en Soufre

Les méthodes de laboratoire pour mesurer la viscosité (viscosimètre), le point d’éclair, le point d’écoulement et la teneur en soufre (par fluorescence X) seront présentées comme des contrôles de routine en raffinerie ou en dépôt.

11.4. Les Tests sur les Bitumes

Pour les bitumes routiers, des tests spécifiques seront introduits : le test de pénétrabilité (dureté), le test de ductilité (élasticité) et le test de point de ramollissement bille-anneau.

Chapitre 12 : La Logistique de Distribution des Produits Finis

Ce chapitre retrace le parcours des produits depuis la raffinerie jusqu’à la pompe.

12.1. Le Transport Primaire

Le transport des produits depuis la raffinerie vers les grands dépôts de stockage, souvent réalisé par oléoducs ou par cabotage maritime le long de la côte, sera décrit.

12.2. Les Dépôts de Stockage Secondaires

Le rôle des dépôts régionaux (comme ceux qui reçoivent les produits à Kinshasa après leur transport depuis le Kongo-Central) comme centres de stockage et de répartition sera expliqué.

12.3. Le Transport Secondaire et la Distribution

L’élève étudiera les modes de transport qui acheminent les produits vers les points de vente finaux : les camions-citerne pour la route, les wagons-citernes pour le rail et les barges pour la distribution le long du fleuve Congo et de ses affluents.

12.4. La Station-service : Le Dernier Maillon

La station-service sera présentée comme le maillon final de la chaîne, avec ses cuves de stockage souterraines, ses pompes distributrices et ses systèmes de sécurité, garantissant la livraison du produit de qualité au consommateur.

Annexes

Cette section fournit des documents de référence pour une consultation rapide et une meilleure assimilation des concepts.

1. Glossaire des Termes de Raffinage et de Production

Une définition claire des termes techniques clés (ex: BOP, kérogène, TBP, additif) est fournie pour assurer la maîtrise du vocabulaire spécialisé.

2. Schéma Simplifié d’une Raffinerie

Un schéma synoptique montrant l’enchaînement des principales unités d’une raffinerie simple, de l’arrivée du brut à l’expédition des produits finis.

3. Tableau des Spécifications des Carburants (Normes Africaines)

Un tableau synthétique présentant les valeurs limites pour les principales spécifications (indice d’octane/cétane, teneur en soufre) des essences et gazoles selon les standards en vigueur en Afrique.

4. Exemples de Fiches de Données de Sécurité (FDS) pour Produits Pétroliers

Des extraits de FDS pour l’essence et le gazole, illustrant les informations standardisées sur les dangers, les premiers secours, la manipulation et le stockage de ces produits.