Un pipeline (mot emprunté de l'anglais pipe-line ; les deux i se prononcent "i" et non "ai"..) est un ouvrage (canalisation, conduite, tuyau) destiné à transporter, sous pression et sur de grandes distances, des matières fluides (liquides, gaz, mélanges polyphasiques). C'est un système industriel constitué de tubes et d'accessoires (robinets, vannes), souvent organisés en réseau.
Les produits acheminés par pipeline sont généralement : le pétrole et autres hydrocarbures liquides, le gaz naturel et autres gaz combustibles, ainsi que certains produits chimiques.
Le transit de produits alimentaires (bière, lait, grains) dans de longues conduites ou , ainsi que l'évacuation gravitaire des effluents (eaux usées, eaux pluviales, tout-à-l'égout), ou encore l'amenée d'eau dans un ouvrage hydraulique (conduite forcée), peuvent entrer dans une acception élargie de ce terme.
Nature des fluides transportés Selon les fluides transportés, les pipelines portent des noms spécifiques et sont assujettis à une règlementation qui leur est propre, tout comme le sont leurs techniques de construction et d’exploitation.
Les principaux systèmes de pipeline concernent : le gaz naturel ou combustible : transporté par gazoduc ; les hydrocarbures liquides, dont le pétrole : transportés par oléoduc.
Il existe bien d'autres produits acheminés par pipeline sur des distances parfois importantes, justifiant ainsi le terme de « transport par canalistions », par différenciation avec des distributions locales : l'eau douce, principalement pour l'irrigation, dans des conduites ou émissaires ou aqueducs ; l'eau salée ou saumâtre, appelée « saumure », dans des saumoducs ; certains produits miniers en suspension sous forme de boue (slurry) ; on parle de minéroduc (en ) ; le charbon pulvérulent, mélangé à de l'eau, sous forme d'une boue liquide (schlamm) ; on parle d'hydrocarboduc.. la bière dans des biéroducs ; le lait dans des lactoducs ; l'oxygène dans des oxygénoducs ; l'hydrogène dans des hydrogénoducs ; l'éthylène dans des éthylénoducs ;
Historique du transport par canalisations Des réseaux d'aqueducs pour la collecte et la distribution d'eau potable et d'irrigation existent depuis les temps historiques les plus anciens. C’est en Chine dès 500 qu’apparaissent les premières canalisations, des bambous fendus et liés par de la ficelle, destinées à acheminer de l’eau. Durant l’Antiquité, des conduites en bois, en terre cuite, en pierre ou en métal ductile (plomb…), sont utilisées pour le transport de l’eau. En France, à la fin du , une conduite (saumoduc), constituée de troncs creusés de sapin, a été construite sur entre Salins-les-Bains (Jura) et Arc-et-Senans (Doubs) pour transporter la saumure.
Au début du , la civilisation industrielle, qui a vu se développer des installations complexes (hauts fourneaux, usines à gaz, centrales de vapeur), met en place des systèmes locaux de transport de fluides constitués par des canalisations en fonte, bois, acier, ou céramique, mais restant d'ampleur modeste.
À partir de 1860, les pipelines deviennent indispensables avec la révolution industrielle et le début de l’exploitation du pétrole.. À Titusville en Pennsylvanie, l’exploitation des premiers gisements de pétrole provoque une véritable ruée vers l’or noir et très vite il faut trouver un moyen autre que des chalands ou le chemin de fer pour transporter par barils (tonneaux) cette production massive. Le premier concept industriel de transport par pipeline (canalisation sous pression) aurait été formulé par le Russe Dmitri Mendeleïev en 1863, suggérant l'utilisation de tubes en acier. Aux USA, dès 1865, un premier oléoduc, de huit kilomètres en tubes vissés en fonte et d'un diamètre de , est construit et transporte de pétrole par jour ; puis en 1878, un nouveau pipeline, de et d'un diamètre de , est construit avec la capacité de transport jamais atteinte de de pétrole par jour. En 1878-1880, le Russe Vladimir Choukhov, pour la société Branobel, fait construire le premier oléoduc russe près de Bakou. Vers 1885 le terme de pipe-line apparaît dans le milieu anglo-saxon puis entre dans le lexique industriel français. A la fin de ce siècle de canalisations étaient en exploitation.
Durant la première moitié du , l’évolution des techniques, par l’utilisation d'aciers de meilleur qualité, de moyens de soudure plus performants autorisant l'augmentation du diamètre des tubes et des pressions de service, ainsi que de nouvelles machines de pose dans le sol, permettent d'accroitre les capacités (diamètre, pression) de transport. Entre 1931 et 1947, les États-Unis voient la longueur de leurs réseaux d’oléoducs multipliée par six.
À la fin et après la Seconde Guerre mondiale, l’Europe va elle aussi lancer de nombreux et importants projets de construction de pipelines afin d’assurer son ravitaillement en hydrocarbures ; notamment en 1944, à l’initiative des Britanniques avec l'opération PLUTO, un oléoduc est construit sous la Manche.
En 1963 est inauguré le plus long oléoduc du monde, dénommé « Drouzhba » : . Il relie le Sud-Est de la Russie à l’Allemagne de l'Est.
Le début des années 1960, avec la demande en gaz naturel augmentant et sa liquéfaction étant au point, voit l’arrivée des premiers importants gazoducs européens. L’Italie, l’Angleterre, les Pays Scandinaves, les Pays-Bas, découvrent sur leur territoire d'immenses champs gaziers et décident de les exploiter, tout comme l’URSS. Les contrats internationaux se multiplient, des gazoducs sont posés sur des milliers de kilomètres ; l' Europe comptant la moitié des gazoducs mondiaux.
En 2011, dans le monde, la longueur des pipelines est estimée à , pour environ les deux tiers concernent les gazoducs, un tiers les oléoducs et marginalement les autres.
Mécanique des fluides appliquée au pipeline Lors d’un transport par pipeline il y a dissipation d’énergie mécanique, autrement dit perte de charge, se traduisant par une baisse de la pression dans le cas des liquides ou par une détente dans le cas des gaz. S’applique ici le théorème de Bernoulli généralisé par le terme ΔH (perte de charge) exprimé en mètres comme la différence de « hauteur » (pression/densité) amont et aval du fluide. Une perte de charge est le produit : (coefficient de perte de charge) x (distance entre deux points du pipeline).
Pour les hydrocarbures ce coefficient (en ) peut être calculé à partir de l’équation de Colebrook-White ou fixé à partir des abaques de Paul Lefèvre. Pour l’eau il est calculé à partir de l’équation de Darcy-Weisback. Il est lui-même fonction du nombre de Reynolds, sachant que le régime hydraulique est le plus souvent turbulent.
On notera que les pertes de charges sont : proportionnelles à Q2 (débit du fluide au carré) ; inversement proportionnelles à D5 (diamètre intérieur du tube élevé à la puissance cinq).
Composants d'un système de transport par pipeline
Les pipelines sont composés de tronçons de conduites et d'ouvrages connexes remplissant des fonctions précises : une ligne ou un réseau de canalisations souterraines, sous-marines ou aériennes, constitués de tubes en acier. Les premières normes ayant été éditées par l'American Petroleum Institut (API), il est toujours d'usage de dimensionner ces tubes par leur diamètre nominal exprimé en pouces (de 4" à 56"). un centre de commandement et de surveillance (dispatching) où les pipelines sont pilotés à distance. d'une station d'injection (pour les gaz) ou expéditrice (pour les liquides) constituant le point d'entrée du réseau de transport ; des stations relais de compression (pour les gaz) ou stations relais de pompage (pour les liquides) sont réparties régulièrement le long des pipelines pour rehausser la pression et compenser ainsi les pertes de charge, afin de maintenir la vitesse (donc le débit) du fluide dans les canalisations ; des postes de livraison permettent de mettre le fluide transporté à disposition des destinataires intermédiaires ou finaux ; des postes de sectionnement permettent d'isoler un tronçon de canalisation afin d'assurer sa maintenance ou de limiter les conséquences néfastes en cas de fuite. Ces stations et postes sont parfois équipés de dispositif d'introduction et de réception de pistons racleurs (pig(s) en anglais), destinés à contrôler les différents paramètres d'intégrité de la canalisation : géométrie, propreté, perte de métal, fissuration La distance entre deux postes de sectionnement consécutifs dépend de la règlementation applicable, selon le fluide transporté et le pays concerné. La distance entre deux postes de coupure (ou de demi-coupure) consécutifs varie d'une dizaine de kilomètres pour de courtes antennes ou points spéciaux, à quelques centaines de kilomètres pour de grandes canalisations de transit ; des postes de détente ou de régulation permettent de diminuer la pression avale du fluide. Ces postes sont souvent associés aux postes de livraison, permettant de séparer des portions de réseau exploités à des différentes pressions de service ; des stations d'arrivée marquent l'extrémité d'un réseau de transport. Ce peut être un ensemble de réservoirs de stockage ou le départ d'un réseau aval de distribution.
Règlementation française du transport par pipeline En France, il existe plusieurs niveaux de règlementation pour le transport par canalisation :
Les régimes juridiques de transport Des lois, décrets et arrêtés déterminent les conditions générales dans lesquelles une société, nommée « transporteur », est autorisée à construire et exploiter un ou plusieurs ouvrages de transport par pipeline. Ils sont différents selon le type de fluides et selon la nature des risques à maîtriser.
La règlementation de sécurité pour le transporteur (pipelinier) La sécurité du transport par pipeline est réglementée par le code de l'environnement, notamment l'arrêté du 5 mars 2014 dit « multifluides »Arrêté multifluides du , Légifrance. (AMF). Ce règlement et les documents normatifs ou interprofessionnels qui le déclinent (guides GESIP, normes NF EN), définissent les conditions techniques que doivent respecter les transporteurs de gaz naturel, d'hydrocarbures liquides ou liquéfiés, de produits chimiques, lors de la construction et durant l'exploitation de leurs ouvrages, avec un niveau de sécurité acceptable et dans le respect de l'environnement.
Dans ce contexte, les matières dangereuses transportées par pipeline ne sont pas soumises à la réglementation sur le transport de matières dangereuses (TMD).
La règlementation sur les travaux de tiers Le décret 2011-1241 du détermine les précautions que doivent prendre les entreprises et riverains avant de réaliser des travaux au voisinage d'ouvrages de transport, afin de préserver l'intégrité de ces ouvrages et la sécurité des biens et des personnes. Ces travaux doivent faire l'objet d'une déclaration d'intention de commencement de travaux (DICT).
Sécurité industrielle du transport par pipeline Comme toute activité industrielle, le transport par pipeline mobilise des fluides et des énergies présentant un danger. Le risque industriel lié à ce danger est estimé et traité dans le cadre de règlementations, afin de le ramener à un niveau résiduel acceptable par la société, représentée par les organismes de contrôle et diverses associations. Quel que soit le niveau de sécurité visé et les moyens mis en œuvre pour l'obtenir, l'accident reste toujours possible et se ramènent à une perte de confinement du produit transporté et à une interaction néfaste de ce produit avec l'environnement.
En France, Des plans d'urgence, ici nommés Plan de Sécurité et d'Intervention (PSI), sont établis en relation avec les pouvoirs publics, notamment les SDIS.