La R&D, moteur de la compétitivité de Total

Jalonnée de sauts technologiques devenus au fil des années des standards internationaux, la culture de l’innovation de l’équipe R&D s’inscrit au cœur de la dynamique industrielle de Total. Ses experts, qui bénéficient de moyens d’études patrimoniaux sans équivalent dans l’industrie, contribuent à l’émergence de projets de recherche pétrolière et gazière structurants pour l’avenir de l’Oil & Gas, continuant ainsi à nourrir l’esprit de conquête du Groupe.

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Daniel Plathey

Recherche et Développement

Centre de Recherche, Qatar
Centre de Recherche, Qatar.

Anticipation, sélectivité, rapidité : les leviers d’excellence de la R&D

Afin de réaliser les sauts technologiques pour produire de façon plus économique et plus responsable, l’Exploration-Production (EP) a défini une stratégie d’innovation à la fois mesurée et audacieuse. Elle repose sur l’anticipation, la sélectivité des projets de recherche pétrolière et gazière, des partenariats avec les meilleurs acteurs et chercheurs internationaux ainsi que sur une mise en œuvre rapide de pilotes opérationnels.

L’anticipation au service de la recherche

Les prospective labs sont les "postes avancés" de la R&D. Leur mission est d’identifier et de s’approprier au plus tôt, dans d’autres domaines que ceux du pétrole, des technologies de faible maturité, mais à fort potentiel de rupture lorsqu’on les applique à l’Oil & Gas. Dévolus à des thématiques ciblées, ils sont conçus pour assurer un transfert rapide (en deux ou trois ans seulement) de leurs résultats vers les programmes de R&D ou les Plateformes d’Innovation Technologique (PIT). Cinq prospective labs sont aujourd’hui actifs : nanotechnologies, robotique, biotechnologies, méthodes numériques et traitement d’image.

La sélectivité des projets R&D

La R&D concentre ses efforts sur des thématiques stratégiques pour l’avenir pétrolier et gazier. Ses travaux permettent de guider l’exploration du Groupe vers les meilleurs prospects et de produire mieux et plus, tout en consolidant ses expertises et ses outils pour maîtriser les risques et les impacts sur l’environnement. Centrés sur huit programmes phares, ils se concentrent notamment sur de nouveaux moyens d’acquisition et de traitement de données géophysiques (afin d’imager le sous-sol au plus près de la réalité), l’amélioration des outils de modélisation et de simulation de réservoir, ou encore le développement des technologies de récupération améliorée. Le Groupe affine aussi son expertise dans le traitement des gaz acides, conserve une longueur d’avance dans la conquête du deep offshore et accompagne la présence de l’EP dans les hydrocarbures non conventionnels.

 Les huit programmes de R&D

  • FRONTIER EXPLORATION, pour minimiser les risques et réduire les coûts de l’exploration de bassins frontières à fort potentiel.
  • EP.TOTAL-EXPERTISES_R&D_03_EarthImaging_1502x1004
    EARTH IMAGING, pour délivrer des modèles 3D du sous-sol permettant la compréhension de domaines miniers complexes encore largement inexplorés aujourd’hui.
  • FIELD RESERVOIR, pour débloquer les barils qui ne sont pas encore rentables, produire plus et développer les voies technologiques et économiques de l’Enhanced Oil Recovery (EOR).
  • SUSTAINABLE DEVELOPMENT, pour maîtriser les risques et délivrer les solutions technologiques en ligne avec les attentes légitimes des parties prenantes du Groupe et les exigences réglementaires.stakeholders and regulatory requirements.
    SUSTAINABLE DEVELOPMENT, pour maîtriser les risques et délivrer les solutions technologiques en ligne avec les attentes légitimes des parties prenantes du Groupe et les exigences réglementaires.
  • EP.TOTAL-EXPERTISES_R&D_DeepOffshore
    DEEP OFFSHORE, pour assurer la rentabilité de gisements de plus en plus éloignés des côtes et relever les défis de l’ultra-deep offshore.
  • UNCONVENTIONALS, pour optimiser le développement économique des hydrocarbures piégés dans les roches mères et en maîtriser l’impact environnemental.
  • EP.TOTAL-EXPERTISES_R&D_GasSolutions
    GAS SOLUTIONS, pour mettre au point de nouveaux traitements des gaz acides et de valorisation du gaz naturel et du CO2, plus économiques et réductrices d’émissions de gaz à effet de serre.
  • EP.TOTAL-EXPERTISES_GNL_Wells_69159_1600x1066.jpg
    WELLS, pour optimiser la rentabilité et maximiser la sécurité du forage et des puits.
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Une mise en œuvre rapide, des innovations aux opérations

Les Plateformes d’Innovation Technologique (PIT) assurent le lien entre la R&D et les opérations. Amenant les technologies à maturité industrielle, notamment par le biais de pilotes sur sites opérationnels, elles œuvrent à leur intégration rapide dans les études de développement, les projets et les opérations de l’EP. Onze PIT couvrent l’ensemble de la chaîne des métiers de l’EP :

  • Géologie
  • Géophysique
  • Chaîne Intégrée Géosciences
  • Gisement
  • Non-conventionnel
  • Développement
  • Technologies
  • Forage/puits
  • Exploitation
  • HSEQ (Hygiène, Sécurité, Environnement, Qualité)
  • Systèmes d’information

L’ouverture par des accords de coopération

Afin de réaliser les sauts technologiques attendus, la R&D s’appuie aussi sur les découvertes réalisées hors de ses murs en sciences de la Terre et des matériaux, en physico-chimie des fluides multiphasiques complexes, en simulation multiphysique/multi-échelle, etc. Ces alliances avec le monde scientifique et technique se concrétisent par des partenariats de longue durée et à haute valeur ajoutée avec des leaders mondiaux de l’industrie et de la recherche. Total est notamment engagé avec :

  • l’Onera, leader européen de la télédétection : partenariat développant des technologies (imagerie hyperspectrale, radar, Lidar) pour l’exploration et la protection de l’environnement (2014-2019) ;
  • l’Ifremer et un réseau de partenaires académiques au sein de PAMELA (Passive Margins Exploration Laboratories) : vaste programme d’acquisition de données novatrices sur la géologie des marges (2013-2019) ;
  • l’Université de Stanford : collaboration développant une chaîne de simulation de la pyrolyse industrielle des schistes bitumineux de la génération des hydrocarbures à leur production (2014-2020) ;
  • le Massachusetts Institute of Technology (MIT) : partenariat exclusif sur la compréhension de la propagation de la fracturation hydraulique des roches mères et de sa réponse microsismique (2014-2017) ;
  • l’Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielle de la ville de Paris (ESPCI) : laboratoire commun pour la compréhension de phénomènes complexes aux interfaces entre l’huile, l’eau et la roche réservoir (convention de cinq ans renouvelable, signée en 2015).

Cette stratégie d’ouverture se matérialise aussi par des accords de coopération en R&D avec des compagnies pétrolières nationales (National Oil Companies, NOCs) et internationales (International Oil Companies, IOCs). Ces projets sont pour Total et ses partenaires l’opportunité de progresser ensemble sur des domaines d’expertise spécifiques, tout en permettant au Groupe d’accéder à des sites pour la réalisation de pilotes de technologies innovantes. Parmi les 28 thématiques de R&D couvertes par ces accords de coopération : la thermodynamique des mélanges à haute teneur en gaz acides, la résistance à la corrosion de nouveaux aciers spéciaux, ou encore le développement de robots sous-marins autonomes.

CSTJF, puissance de calcul... des moyens qui font la différence

Pour être à l’avant-garde, avoir les bonnes idées ne suffit pas. Il faut disposer de tous les moyens humains, organisationnels et matériels qui permettent de les concrétiser. Chez Total, ces moyens sont à la mesure des ambitions de la R&D et de la complexité des défis à relever.

Une communauté de chercheurs de haut niveau

Préservées des pressions et urgences opérationnelles, les équipes des programmes R&D disposent de moyens garantis sur la durée pour faire aboutir leurs idées. Souvent multipolaires, elles sont réparties sur plusieurs des centres internationaux de R&D de Total. Imprégnées d’une véritable culture de l’innovation, elles unissent des communautés de chercheurs de haut niveau aux profils et expertises complémentaires : experts en géophysique, sciences des matériaux ou pétrophysique, géologues, ingénieurs réservoir, spécialistes en thermodynamique, construction et productivité des puits, valorisation du gaz, ingénieurs méthodes numériques, robotique, etc.

CSTJF et centres de recherche : un réseau mondial de R&D  

  • Pôle d’études et de recherche de LACQ (PERL, France) : traitement des gaz acides • physico-chimie des interfaces • environnement.
  • HOUSTON (USA) : microsismique, HPC • deep offshore, flow assurance, forage • chemical EOR, simulation réservoir • environnement, enjeux sociétaux.
    HOUSTON (USA) : microsismique, HPC • deep offshore, flow assurance, forage • chemical EOR, simulation réservoir • environnement, enjeux sociétaux.
  • ABERDEEN (Royaume-Uni) : sismique 4D • techniques avancées de géomodélisation • digital rock physics • technologies en développement pétrolier.
  • DOHA (Qatar) : fluides et géochimie organique • stimulation acide de puits en milieux carbonatés • gestion de l’eau • pétrochimie (conversion de CO2).
  • STAVANGER (Norvège) : technologie environnementale en milieu marin • flow performance • technologie sous-marine • technologies du futur forage.
  • MOSCOU (Russie) : grands froids • modélisations mathématiques.
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Le centre névralgique de la R&D se situe au CSTJF (Centre Scientifique et Technique Jean-Féger), à Pau, dans le Sud-Ouest de la France. Ce centre technologique de premier ordre dans le monde pétrolier et gazier regroupe une grande partie de l’expertise scientifique et des moyens d’étude de l’EP.

Six autres centres de recherche, spécialisés sur des sujets stratégiques, sont implantés dans le monde entier, au plus près de pôles régionaux de compétence de l’industrie pétrolière et gazière. Têtes de pont et sites d’excellence de R&D, ils permettent de bénéficier de compétences régionales académiques et industrielles de pointe au travers de liens étroits avec des entités de recherche publiques ou privées de premier plan.

Du pétaflop à l’exaflop : une puissance de calcul informatique sans précédent

6,7 pétaflops, c’est la nouvelle puissance de calcul du supercalculateur de Total, Pangea, qui traite encore plus de données sismiques.

La puissance de calcul haute performance (HPC, High Performance Computing) installée au CSTJF place Total en tête des entreprises mondiales en matière de puissance informatique scientifique. Portée à 6,7 pétaflops (millions de milliards d’opérations/seconde) début 2016, elle devrait atteindre le seuil de l’exaflop (milliard de milliards d’opérations/seconde) à l’horizon 2020. Pour rester sur la ligne de crête du calcul scientifique, la R&D prépare les architectures HPC du futur, évalue langages et modèles de programmation et développe les algorithmes à partir de calculs intensifs. L’enjeu ? Maintenir le leadership de Total en imagerie et simulation de réservoir, en traitant des volumes de données toujours plus considérables, avec des algorithmes de plus en plus sophistiqués, pour des résultats toujours plus proches de la réalité physique.

Des installations R&D de grande taille

Afin de tester ses technologies et de les valider à grande échelle, la R&D dispose d’une chaîne complète de laboratoires d’études hautes performances. Elle s’appuie notamment sur le Pôle d’Etudes et de Recherche de Lacq (PERL, France), situé à proximité du CSTJF et doté d’outils patrimoniaux sans équivalents dans l’industrie.

  • Rivières pilotes - Ce dispositif de plein air unique au monde est composé de 16 cours d’eau artificiels dérivés d’une rivière. Il permet d’étudier les impacts des rejets industriels sur l’eau, de les apprécier au moyen d’indicateurs biologiques et d’évaluer les risques.
  • Plateforme intégrée de tests EOR - Reproduisant une chaîne complète d’installations de surface de production d’hydrocarbures par EOR chimique, elle est dédiée à la qualification de procédés de séparation des effluents et de traitement d’eau.
  • Pilote gaz acides - Il est utilisé depuis sa construction en 1990 pour mettre au point et tester nos procédés de traitement aux amines des gaz acides, dont HySWEET®, dernier-né de la gamme des solutions de Total. En 2017, il sera remplacé par un nouveau pilote, conçu pour traiter des compositions de gaz complexes et dont la modularité permettra de tester une large gamme de procédés.
  • Plateforme Pilote de Lacq (PPL) - Dévolue à l’implantation de pilotes de R&D de grande taille dans un environnement industriel, la PPL offre un terrain d’essais privilégié de 6 ha aux programmes de la R&D. Située sur une plateforme industrielle classée Seveso 3, elle a pour vocation d’accueillir des pilotes fonctionnant dans des conditions proches de celles de sites de production.

L’innovation au cœur des projets de recherche pétrolière et gazière

En 1957, Total valorisait, grâce à ses travaux de R&D, le premier gisement de gaz très acides dans le monde (Lacq, France) ; dans les années 1970, il inventait le forage horizontal, mis en œuvre sur le champ pétrolier de Rospo Mare (Italie). Sans oublier, plus récemment, le déploiement d’une séparation sous-marine gaz-liquide deep offshore (Pazflor, Angola), en première mondiale. Ces innovations majeures, témoins de l’esprit pionnier et de la créativité des chercheurs de R&D, repoussent sans cesse les frontières de l’EP.

Quinze ans d'innovation

  • 2001: Elgin-Franklin (UK), the world’s largest high pressure/high temperature field (1,100 bar and 190°C). Produces the deepest reserves (5,500 m) ever developed in the North Sea.
  • 2001: Petrocedeño (Venezuela), the world’s first heavy oil development to integrate production and refining with an upgrader.
  • 2001: Girassol (Angola), the largest deep offshore field to be developed at the time (at a depth of 1,400 m). Comprises a large number of innovations, including 1,300 m riser towers that connect the seabed to the surface.
  • 2001: Genny-1 well (Astrid Marine permit, Gabon), record water depth (2,840 m) for the drilling of a well.
  • 2002: Canyon Express (US), the deepest development at the time (2,250 m). Simultaneously produces three gas fields in the Gulf of Mexico.
  • 2002: South Pars (Iran), world record for the multiphase transportation of wet gas from the offshore platform to the onshore processing centre through two 100 km gas pipelines.
  • 2006: Glenelg field (British North Sea), one of the very first Extended Reach Drilling wells (ERD) in a high pressure/high temperature environment. Length: 7,300 m. Horizontal offset: 4,000 m. Depth: 5,600 m.
  • 2007: Development of all-metal PCPs (Progressing Cavity Pump) for the pumping of SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage) high-temperature wells for the production of bitumen.
  • 2008: Sprex®, ground-breaking cryogenic separation technology dedicated to the processing of very acid gas. Qualified for the separation of H2S. (Adapted to the separation of CO2 at the end of 2013.)
  • 2008-2012: First global industrial polymer injection pilot for the purposes of EOR (Enhanced Oil Recovery) in deep offshore implemented in the Dalia field (Angola).
  • 2010-2013: First European CO2 capture, transport and storage pilot implemented on the Lacq industrial platform (France). The pilot permitted the successful testing of this greenhouse gas emission reduction solution.
  • 2011: FWI (Full Waveform Inversion), an in-house tool for seismic wave speed modelling. This solution pushes back the boundaries of tomography to provide increasingly reliable subsoil imaging.
  • 2011: Pazflor (Angola), the world’s first development to use subsea production activation systems that combine gas/liquid separation and new-generation hybrid pumps over several fields.
  • 2012: Spill Watch, an innovative operational process that monitors and forecasts oil slicks. Represents qualitative progress and consolidates our ability to fight against marine pollution.
  • 2012: T-StoRM (Total Seismic to Reservoir Modeling), integration of all reservoir geo-modelling chain tools. In 2015, this multi-sector platform, which optimises and accelerates the geo-modelling workflow, was extended to include reservoir simulation.
  • 2013: First licence sold for Total’s new acid gas processing process, HySWEET®, an economical solution to respond to increasingly stringent specifications regarding the sulphur compound content of gas.
  • 2015: The world’s first subsea high boost multiphase pumps (pressure differential of up to 150 bar) implemented in the GirRI field (Angola).
  • 2016: Laggan-Tormore, first subsea-to-shore development (West Shetlands) of two isolated fields, whose gas is exported to the shore through a 143 km subsea tie-back (UK). This development won the 2016 IPTC Award.

BILLET D'EXPERT

Argos, un robot autonome pour les opérations Oil & Gas

PROJET

Kashagan ph1

PROJET

Laggan-Tormore