Les compagnies pétrolières sous la menace des icebergs

Publié le 14.01.2015

La découverte de pétrole sur la côte occidentale du Groenland et les prévisions dans un avenir proche d’étés arctiques sans glace ont ravivé l’intérêt des compagnies pétrolières pour l’exploration et l’exploitation des fonds marins côtiers polaires à la recherche de nouveaux gisements d’hydrocarbures. Dans ces régions de haute latitude prometteuses mais difficiles d’accès, les nombreux icebergs pourraient faire rejouer aux navires de prospection la catastrophe du Titanic, péril dont les compagnies pétrolières sont bien décidées à se prémunir.

En mai 2008, l’U.S. Geological Survey évaluait à 90 milliards de barils les ressources pétrolifères encore inexploitées circonscrites au nord du cercle polaire arctique (soit 13% du pétrole mondial non découvert et techniquement extractible) et à près de 7,3 milliards de barils la quantité de pétrole brut qui serait présent dans les fonds marins situés entre la côte est du Canada et la côte ouest du Groenland, secteur englobant la baie de Baffin [1].

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Lumière rasante sur une montagne de glace
Crédit photo : Jacrot Christophe
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

Au début des années 1990, la découverte, le long du rivage du centre ouest du Groenland, de suintements étendus de pétrole brut au travers de basaltes datant du Crétacé terminal et du Tertiaire inférieur (Paléogène) a suggéré l’existence de plusieurs roches-mères prolifiques sous-jacentes [2]. Des études exploratoires de sismique réflexion [3] menées quelques années plus tard au large de ce littoral, mais aussi en baie de Melville, au nord-ouest du Groenland, ont révélé la présence de structures géologiques prometteuses et ainsi de possibles gisements d’hydrocarbures dans les sédiments de la plateforme continentale [4].

C’est précisément en baie de Melville, à l’angle nord-est de la baie de Baffin, que l’opérateur Shell Kanumas A/S, mandaté par un consortium de huit compagnies pétrolières [5] – dont la société française GDF-Suez – a entrepris en 2012 un programme de forage exploratoire de neuf semaines sur la zone la plus septentrionale de leurs concessions. L’objectif était en premier lieu scientifique : extraire du sous-sol des échantillons de sédiments et de roches pour déterminer la lithologie (nature des roches) et l’âge des séquences sédimentaires, afin de détecter et de localiser d’éventuelles réserves pétrolières.

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Vêlage d’icebergs depuis le fjord glacé d’Ilulissat - Groenland ouest
Crédit photo : Tim Norris
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

La campagne de carottage de 63 jours s’est déroulée d’août à début octobre 2012. La fin de l’été constitue l’époque la plus propice, les conditions météorologiques étant moins rudes que durant le reste de l’année. En outre, à cette période, la banquise, qui en hiver dépasse 1,50 m d’épaisseur dans ce secteur, a généralement complètement disparu et ne se reforme qu’à partir du mois d’octobre. Ce choix permet donc d’assurer une plus grande sécurité aux opérations et de réduire des coûts de prospection offshore déjà particulièrement élevés sous ces latitudes [6]. Cependant, l’omniprésence des icebergs dérivant à proximité des sites de forage représente un autre danger : celui des collisions.

A la fin des années 1940, on estimait en effet, grâce à des reconnaissances aériennes (comptages visuel et photographique), à environ 40 000 le nombre d’icebergs produits annuellement en baie de Baffin [7], ce chiffre étant à l’heure actuelle probablement sous-évalué en raison du réchauffement climatique particulièrement à l’œuvre en Arctique. Les glaciers émissaires, producteurs d’icebergs, sont nombreux dans les fjords bordant la côte ouest et surtout nord-ouest du Groenland.

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Icebergs au large de l’île de Disko, ouest du Groenland
Crédit photo : Nomadi
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

Et de fait, la majorité des icebergs provient des calottes glaciaires localisées entre la baie de Disko, au centre-ouest du Groenland, et le détroit de Nares, étroit chenal limitant au nord la baie de Baffin, les glaciers les plus actifs occupant les côtes de la baie de Melville. Cette baie est par ailleurs dominée par le courant ouest-groenlandais, courant de surface s’écoulant vers le nord, le long du littoral occidental du Groenland, qui entraîne les icebergs vêlés plus au sud en les faisant dériver dans son sillage, le long des reliefs sous-marins de 200 à 400 m de profondeur de la marge continentale [8]. C’est donc dans cette région, à proximité de la baie de Melville, et surtout au sud et au sud-ouest du cap York qui ferme l’angle nord-est de la baie de Melville que se rencontrent les plus fortes densités d’icebergs, dans une bande de 50 km de large en bordure du littoral groenlandais [9]. Or c’est au milieu de cette « autoroute d’icebergs à la dérive », dans les eaux côtières les moins profondes, que sont prévus les forages exploratoires du plateau continental.

Comment dès lors assurer la sécurité et l’efficacité des opérations avec une telle menace de collisions ? S’appuyant sur des modèles existants, un nouveau système opérationnel de prévision de dérive des icebergs a été développé et intégré à la stratégie de gestion des glaces.

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Navire de prospection pétrolière avant le départ pour l’Arctique
Crédit photo : James Brooks
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

Quatre zones de risque croissant ont été définies, bornées par trois cercles concentriques centrés sur le navire de forage. Le cercle le plus large, d’un rayon de 12 milles nautiques (plus de 22 km), au-delà duquel les icebergs sont simplement suivis par imagerie satellite, délimite la zone de surveillance radar des icebergs si ceux-ci viennent à y pénétrer. Le deuxième cercle, plus restreint, détermine la zone d’alerte. Sa dimension, variable, est calculée en fonction du temps nécessaire pour remonter la tige de forage jusqu’à moins de 50 m en-dessous du fond marin et est donc liée à la vitesse de déplacement de l’iceberg. Enfin, tout iceberg empiétant sur le cercle le plus restreint, la zone d’exclusion, déclenche l’évacuation immédiate du site. Son rayon est équivalent à 0,5 mille nautique ou 30 mn de dérive avant le choc.

Le modèle utilise des observations en quasi temps réel comprenant des données sur les dimensions et la dérive des icebergs, des mesures in-situ de vagues, de vents et de courants marins, des observations et des prévisions météorologiques. L’ajustement des différents paramètres de l’outil permet d’optimiser les prévisions afin que les trajectoires simulées rétrospectivement épousent au plus près les parcours réellement observés. Ce système, d’un degré d’adaptabilité élevé, prévoit sur 24h la trajectoire de dérive des icebergs potentiellement dangereux et calcule en temps réel des informations clés, telles que la distance d’un iceberg par rapport au point de rapprochement maximal [10] et le temps de parcours restant jusqu’à ce point, ainsi que les dimensions des zones d’alerte et d’exclusion. Les bulletins de prévision qui fournissent en outre des observations de position, de vitesse et de direction de dérive des icebergs, permettent d’évaluer la menace et sont intégrés aux prises de décision concernant une éventuelle suspension des opérations, voire une évacuation du site de carottage.

Tout au long des opérations, 208 prévisions de dérive ont été calculées pour 73 icebergs.

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Navigation d’un ferry de la compagnie groenlandaise Arctic Umiaq Line au mileu des icebergs
Crédit photo : Greenland Travel
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

La qualité des prévisions s’est révélée être bonne à proximité ou dans la zone « d’autoroute d’icebergs », là où de forts courants marins de direction persistante dominaient. En revanche, plus au large, là où les courants d’inertie [11] et les courants de marée l’emportaient sans direction de courant prépondérante, les performances se sont dégradées, les vitesses de dérive des icebergs étant plus faibles en amplitude et plus irrégulières en direction. En outre, la fiabilité des prévisions a souffert de mesures des courants océaniques éloignées des zones de dérive des icebergs ou entachées d’erreurs de mesure. Ce point souligne la nécessité, pour parfaire un tel outil de gestion des risques, de disposer de mesures locales des courants océaniques, en temps réel et de haute qualité, ainsi que de prévisions robustes des fluctuations affectant ces courants sous l’action du vent ou des variations du relief sous-marin.

Néanmoins, au terme des 9 semaines de prospection, aucun incident n’a été déploré, alors même que 447 icebergs sont passés à moins de 12 milles nautiques du navire de forage, 316 ont dérivé à moins de 5 milles nautiques, 61 d’entre eux à moins de 1 mille nautique et qu’au moins un iceberg, traversant l’un des sites de carottage, a forcé le navire à se déplacer.

Prévoir la dérive des icebergs

La dérive d’un iceberg est gouvernée par plusieurs forces qui sont : la force de Coriolis (liée à la rotation terrestre), la force de gradient de pression de l’eau (proportionnelle à la différence de pression entre deux points du fait d’une répartition inhomogène de la salinité et de la température), le coefficient de traînée dans l’air (lié à l’action du vent) et le coefficient de traînée dans l’eau (associé aux diverses forces de l’eau, notamment les courants marins).

Pour simuler la trajectoire des icebergs dérivants, le modèle de prévision utilise des prévisions météorologiques locales et est initialisé avec des observations atmosphériques (notamment de vent) et océanographiques, des mesures de courants marins, ainsi que des paramètres de dimension des icebergs mesurés sur site : longueur de flottaison et hauteur de la partie émergée calculées au moyen de photographies numériques, profondeur de la quille (ou tirant d’eau) estimée grâce aux facteurs de forme associés aux différentes morphologies des icebergs, qui, elles, sont déterminées visuellement avec l’aide de la classification normalisée du service canadien des glaces.

Deux icebergs, de morphologie définie comme trapue, ont permis de tester et d’affiner le modèle : un iceberg « moyen », d’une masse estimée de 100 000 à 400 000 tonnes (selon le mode de calcul), pour un tirant d’air de 22 m, un tirant d’eau de 110 m et une longueur de flottaison de plus de 70 m ; le second, de la classe des « gros icebergs », plus massif (de 650 000 à plus de 3,4 millions de tonnes selon le mode de calcul), s’élevant à 48 m au-dessus de l’eau et plongeant à 240 m sous la surface de la mer, pour une longueur de flottaison de près de 150 m.

La qualité du résultat est évaluée en comparant une simulation du trajet déjà parcouru par l’iceberg avec celui réellement observé. Mais le paramétrage du système souffre de quatre sources d’incertitude : la masse de l’iceberg, la forme et le tirant d’eau de sa quille, les coefficients de traînée. Le modèle y est-il sensible ? Grâce aux deux « icebergs témoins », les tests révèlent que les trajectoires simulées sont quelque peu affectées par la masse des icebergs, mais assez peu par la forme de leurs quilles (représentée par une géométrie semi-elliptique, rectangulaire, ou triangulaire selon le degré d’érosion) ni par leurs tailles, si ce n’est une légère variation de la direction de dérive, ce dernier paramètre étant cependant fonction de la masse de l’iceberg. En revanche, les coefficients de traînée dans l’air et dans l’eau, qui quantifient la résistance de l’air et de l’eau au déplacement d’un iceberg, ont un impact significatif sur les résultats en termes d’orientation et de longueur de parcours. Ces coefficients, uniques pour chaque iceberg, ont donc été ajustés pour minimiser les différences entre trajectoires simulées et observées.

L’effet de la glace de mer n’a pas été introduit dans le modèle puisque celle-ci était absente tout au long de la campagne de prospection. L’action des vagues a quant à elle été négligée, leur intégration dans le modèle n’ayant apporté aucune amélioration aux résultats et les observations indiquant des hauteurs de vagues modérées ayant peu d’influence sur la dérive des icebergs près des côtes, là où des courants forts dominent. De plus les vagues suivant la direction du vent, leur prise en compte s’est faite indirectement via ce paramètre.

Camille de Salabert, INIST-CNRS

[1]Circum-Arctic Resource Appraisal : Estimates of Undiscovered Oil and Gas North of the Arctic Circle

[2] Oil seepage onshore West Greenland : evidence of multiple source rocks and oil mixing

[3]Sismique réflexion : technique de prospection permettant d’obtenir des informations sur les structures du sous-sol à partir de la réflexion par les interfaces géologiques d’ondes sismiques émises artificiellement.

[4]A New Frontier Province Offshore Northwest Greenland : Structure, Basin Development, and Petroleum Potential of the Melville Bay Area

[5]Le 26 novembre 2010, le gouvernement groenlandais a annoncé avoir attribué une licence exclusive d’exploration pétrolière et gazière en baie de Baffin à sept compagnies pétrolières : la compagnie anglo-hollandaise Shell, l’entreprise française GDF-Suez, les deux compagnies danoises Maersk Oil et DONG Energy, StatOil, géant norvégien et ConocoPhillips, société américaine, ainsi que l’entreprise britannique Cairn Energy. Nunaoil, compagnie pétrolière nationale groenlandaise, détient quant à elle un droit sur toutes les zones explorées.

[6]En 2010, le coût d’un forage d’essai en mer de Baffin s’élevait pour la compagnie écossaise Cairn Energy à 100 millions de dollars (L’or noir de la blanche Arctique : le pétrole est arrivé plus tôt que prévu).

[7] Weather, Sea and Ice Conditions in Eastern Baffin Bay, Offshore Northwest Greenland

[8]Une partie de ces icebergs traversera la baie de Baffin, emportée par les eaux qui s’écartent de la côte à différentes latitudes et bifurquent vers l’ouest pour rejoindre le courant de l’île de Baffin.

[9]Plus au large, notamment au-delà de 150 km de la côte, ne se croisent plus que quelques icebergs parmi les plus imposants.

[10]Point de rapprochement maximal : notion utilisée en navigation pour estimer le risque de collision entre deux navires.

[11]Courants inertiels ou courants d’inertie : courants principalement liés à la force de Coriolis.

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