Effets magnétiques terrestre sur les pipelines

Introduction

Les pipelines sont largement utilisés pour acheminer le gaz, le pétrole et l'eau de leurs sources émettrices aux usines de traitement et chez les consommateurs. Les détériorations subies par un pipeline sont très coûteuses, non seulement le coût de remplacement en lui-même mais également les dommages potentiels causés à l'environnement et la menace à la vie des êtres humains.

Image de la pipelines d'Alaska qui est au-dessus du sol.

Afin de transporter de grandes quantités de liquide ou de gaz sous la terre ou sous la mer (à partir des champs pétroliers situés en pleine mer) ou même à la surface de la terre, les pipelines sont fabriqués en acier pour les protéger de la pression. Par conséquent, la détérioration des pipelines n'est pas seulement occasionnée par la fissuration, mais aussi par la corrosion de l'acier. Pour protéger les pipelines contre la corrosion, on recouvre l'acier d'un revêtement isolant et on les relie à des appareils spéciaux appelés redresseurs pour protection cathodique.

Protection contre la corrosion

De minuscules trous dans le revêtement des pipelines, non détectés lors de leur inspection puisque ceux-ci sont habituellement enfouis sous terre ou posés sur le plancher marin, mettent l'acier des pipelines en contact avec le sol, l'eau ou l'air humide et le soumettent à la corrosion.

Circuit de protection cathodique d'un pipeline montrant une alimentation DC qui alimente un courant électrique par des électrodes lit au sol. Le courant traverse le terrain jusqu'au pipeline.

Cette réaction électrochimique peut être inhibée en maintenant l'acier des pipelines au pôle négatif (cathode) par rapport au sol environnant (anode). Pour ce faire, il suffit de brancher le pôle négatif d'une alimentation électrique en courant continu sur le pipeline et le pôle positif aux dispositifs à anode installés dans le sol de sorte que les courants électriques circulent de l'anode au pipeline. Dans ce dispositif, le pipeline est la cathode du circuit, ce qui a donné son nom à la méthode, à savoir la « protection cathodique ». Le système de protection protège le potentiel du pipeline du sol en le maintenant dans une zone sécurisée de -0,85V à -1,35V.

Comment les variations géomagnétiques affectent-elles les pipelines

Un exemple d'un enregistrement du champ magnétique montrant un transition de temps calmes à un orage magnétique et de retour à un temps calme. On montre également le potentiel conduite-sol enregistrée sur un pipeline. Cela montre que, pendant les temps calmes, le potentiel conduite-sol est dans la région entre -0.7V à -1.3V. Pendant l'orage magnétique il ya des variations dans le potentiel conduite-sol et brievement monte dans une région dangereuse (plus que -0.7V ou moins que -1.3V), oû la corrosion des pipelines peuvent se produire.

Les champs magnétiques à variations temporelles induisent des courants électriques à variations temporelles dans les conducteurs. Les variations du champ magnétique terrestre induisent des courants électriques dans les longues conduites de transport et le sol environnant. Ces courants à variations temporelles, appelés « courants telluriques » dans le secteur des pipelines, créent des écarts de tension dans le redresseur pour protection cathodique du pipeline et rendent difficile le maintien du potentiel conduite-sol dans la zone sécurisée. Durant les orages magnétiques, ces variations peuvent être suffisamment importantes pour maintenir le pipeline dans la zone non protégée pendant un certain temps, ce qui peut réduire la durée de vie du pipeline. L'orage géomagnétique qui s'est produite les 6 et 7 avril 2000 est présentée à titre d'exemple sur la figure. Le panneau supérieur montre les variations du champ magnétique à l'Observatoire magnétique d'Ottawa alors que le panneau inférieur présente la différence du potentiel conduite-sol enregistrée au même moment sur un pipeline au Canada. Au cours de l'orage magnétique, la différence de potentiel conduite-sol est sortie de la zone sécurisée, ce qui peut accroître la possibilité de corrosion.

Effets des caractéristiques d'un pipeline

L'image montre le potentiel conduite-sol enregistrée sur un pipeline à proximité d'une bride isolante. Lorsque la bride a été contournée, de sorte que le pipeline a agi comme s'il n'y avait pas de bride, les variations des potentiels conduite-sol sont petites et séjour dans la région sécuritaire. Lorsque la bride est dans les pipelines, les variations du potentiel conduite-sol sont plus longs et se dirige dans la région dangereuse.

Le système de pipelines est d'une grande complexité. Il comprend le réseau collecteur qui collectent la production des champs de pétrole ou de gaz, des conduites de transport (il s'agit souvent de deux pipelines parallèles) et un réseau de distribution situé près des villes. Pour suivre un certain tracé, les pipelines doivent être courbés. Les ingénieurs utilisent des brides isolantes pour effectuer la séparation électrique d'une partie du pipeline du reste du réseau de pipelines ou de l'usine de traitement. Ils interrompent les courants électriques mais non l'écoulement du pétrole ou du gaz. Toutes ces caractéristiques font que le réseau de pipelines réagit aux variations géomagnétiques d'une manière plus complexe. La figure présente un exemple d'enregistrements effectués à dix différents postes d'essais d'un même pipeline. La partie supérieure de la figure montre les potentiels conduite-sol sur le tronçon du pipeline fonctionnant toute la journée sans interruptions alors que la partie inférieure présente l'accroissement du potentiel conduite-sol au cours de la deuxième partie de la journée au moment où une bride située à côté de ce poste d'essai était en fonctionnement.

Le Laboratoire géomagnétique d'Ottawa a effectué des recherches sur la réponse des pipelines aux variations géomagnétiques ainsi qu'une modélisation mathématique de cette réponse afin d'aider les ingénieurs chargés de la surveillance du potentiel conduite-sol et de prévoir certaines valeurs durant un orage géomagnétique. Pour en savoir plus sur ces recherches, vous pouvez consulter les divers articles et travaux de congrès effectués par les membres de l'équipe de recherche de: