Présentation

Depuis son lancement en 2015, l’imagerie optique quantitative du gaz (QOGI) est passée d’une adoption précoce limitée à une utilisation plus large dans certains secteurs. Au cours de la dernière décennie, plusieurs études ont évalué les performances QOGI, les résultats étant influencés par les différences dans la conception des tests, les conditions environnementales et le contexte de l’application.

Les résultats d’un test récent sur le site Total Energies Anomalies Detection Initiatives (TADI) de Lacq, en France, viennent s’ajouter à ce nombre croissant de recherches. L’évaluation s’est concentrée à la fois sur les rejets fugitifs (moins de 1 kg/h) et les rejets d’évent à volume élevé (5 kg/h jusqu’à 50 kg/h), complétant ainsi des études contrôlées antérieures tout en élargissant les informations à un plus large éventail de scénarios de rejet. 

Lors de ces tests, la  G-Series avec quantification intégrée à la caméra a été évaluée pour les taux de libération dans les courbes étalonnées de la technologie actuelle (12 g/h à 12 kg/h), qui sera étendue à la suite de ces tests. Les tests de la technologie intégrée à la caméra Gx320 QOGI de Flir ont inclus 198 résultats de test provenant de 15 emplacements de test de fuite et ont démontré des performances conformes aux résultats rapportés dans des études indépendantes précédentes.

Quantification des émissions de méthane

Le méthane (CH4) est un gaz à effet de serre très puissant, avec un potentiel de réchauffement global plus de 80 fois supérieur au dioxyde de carbone (CO2) sur une période de 20 ans. Malgré sa durée de vie atmosphérique relativement courte, le méthane accélère considérablement le changement climatique en raison de sa capacité intense à piéger la chaleur. Les principales sources d’émissions de méthane comprennent l’agriculture (en particulier la culture du bétail et du riz), la production de combustibles fossiles, la distribution, les décharges et les zones humides naturelles. 

L’urgence de mesurer les émissions de méthane découle de la nécessité d’identifier et de quantifier ces sources avec précision, permettant des stratégies d’atténuation ciblées. Une mesure fiable est essentielle pour suivre les progrès vers les objectifs climatiques, éclairer les décisions politiques et garantir la transparence et la responsabilité dans les efforts de réduction des émissions. Sans une surveillance robuste (et des mesures efficaces), les efforts visant à réduire les émissions de méthane risquent d’être inefficaces ou mal dirigés.

QOGI s'appuie sur des décennies de développement de l'imagerie infrarouge dans l'industrie pétrolière et gazière. La première technologie d'imagerie optique des gaz commercialisée par Flir en 2005 avec l'introduction de la GasFindIR, fournissant un moyen sûr et efficace de visualiser les panaches de gaz pendant les inspections de détection et de réparation des fuites (LDAR). Ces premiers systèmes OGI étaient de conception qualitative, ce qui permettait de visualiser sans mesurer les taux d’émission.

Cette technologie a fourni une capacité unique à visualiser les émissions de gaz et à effectuer des inspections de détection et de réparation des fuites (LDAR) à des distances sûres et beaucoup plus efficacement. Cependant, ces systèmes étaient qualitatifs, capables de visualiser les panaches de gaz, mais pas de mesurer les taux d’émission. Le passage à la quantification a commencé au milieu des années 2010, en particulier avec le développement des tablettes Providence Photonics QL100 et QL320, qui pourraient s’associer aux caméras infrarouges Flir pour estimer les taux de fuite de méthane à l’aide d’une analyse au niveau des pixels du rayonnement infrarouge.

Les premiers déploiements sur le terrain de QOGI pour la quantification du méthane ont eu lieu vers 2015, avec des études de validation menées par des organisations comme Concawe et l’Alberta Methane Field Challenge (AMFC) et des études plus récentes comme l’évaluation METEC. Ces études ont testé la précision des systèmes QOGI dans des conditions contrôlées, montrant des erreurs de quantification allant de +6 % à -18 %, pour les études Concawe et AMFC, respectivement. 

En 2019, après un partenariat formel entre Providence Photonics et Flir, l’industrie pétrolière et gazière a commencé à utiliser QOGI dans des campagnes d’échantillonnage de terrain à grande échelle dans les bassins pétroliers et gaziers du Colorado, du Nouveau-Mexique et du Texas, démontrant son application pratique pour les mesures des émissions de méthane au niveau de l’équipement.

Aujourd’hui, QOGI est reconnu comme un outil précieux pour les programmes de détection et de réparation des fuites (LDAR), offrant une quantification rapide et sans contact des émissions de méthane à des distances sûres en dehors du panache lui-même. Elle est de plus en plus intégrée dans les cadres réglementaires et les pratiques du secteur, d’autant plus que l’atténuation du méthane devient une priorité dans le cadre de politiques telles que le Partenariat sur le méthane dans le pétrole et le gaz (OGMP) 2.0 et les règles sur le méthane aux États-Unis et dans l’UE. 

Malgré ses promesses, sa facilité d’utilisation et sa flexibilité pour les sources difficiles à mesurer (DTM), QOGI fait encore face à certains vents contraires en termes d’applicabilité dans certaines conditions environnementales, ce qui incite les recherches en cours à affiner ses algorithmes et à étendre ses capacités.

Méthodologie technologique

Dès son introduction, les flux de travail QOGI nécessitaient généralement deux appareils distincts : une caméra d’imagerie optique des gaz Flir et une tablette haute performance exécutant des analyses de quantification exclusives. La mesure a été effectuée soit via une connexion directe par câble, soit par des images enregistrées après traitement.

En avril 2023, Flir a lancé les caméras OGI de la série G pour la détection des hydrocarbures, des COV et du méthane. Ces caméras ont intégré la quantification directement dans le dispositif, éliminant ainsi le besoin de matériel secondaire.

Avec la fonction QOGI intégrée à la caméra, les opérateurs peuvent effectuer des inspections LDAR standard tout en obtenant des résultats quantitatifs immédiats sur le terrain. Cette approche intégrée rationalise les flux de travail, réduit la complexité de la configuration et permet des mesures plus efficaces sur l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement pétrolière et gazière.

Configuration pour les tests sur le terrain

L’installation de test TADI située à Lacq, en France, est réputée dans le monde entier pour tester et qualifier les technologies innovantes de détection et de quantification des fuites de gaz, principalement les émissions de CO₂ et de méthane. Cette installation dispose de vastes capacités pour faciliter à la fois les petites émissions fugitives, dans cette plage de grammes par heure à un chiffre, jusqu’aux rejets d’évent à très grand volume, jusqu’à 50 kilogrammes par heure, sur le même site de test.

Les techniciens de Flir chez TADI ont effectué les tests sur quatre jours, séparant les types d’émissions en deux catégories : les émissions fugitives et les rejets d’évent.

• Pour les émissions fugitives, les taux d’émission allaient de 5 grammes/heure (l’une des expériences de test était pour une expérience faussement négative de 0 grammes/heure) à 612 grammes/heure. 
• Avec les rejets d’évent, les taux d’émission allaient de 5 kg/h à 50 kg/h.

Au cours de ces tests sur le terrain, les techniciens de Flir ont effectué plus de 1 100 mesures à partir de plus de 30 échantillons de test pour mieux comprendre les capacités de QOGI en tant que technologie et améliorer les solutions quantitatives de pointe de Flir.

Figure 1 : Conditions météorologiques à Lacq pendant les tests

Pendant les tests, l’opérateur de la caméra a mesuré à différentes distances représentatives de la pratique sur le terrain, allant de 2,5 m à 16 m pour les fuites fugitives et de 4 m à 16 m pour les fuites d’évent. Les conditions reflétaient également la variabilité quotidienne typique, avec une couverture nuageuse matinale et des après-midis plus clairs, et des températures allant d’environ 10 à 24 °C (50 à 75 °F). Les conditions de vent étaient généralement légères à modérées, restant en dessous de 16 km/h (10 mph).

Le principal opérateur de caméras avait une expérience sur le terrain limitée dans l’utilisation des systèmes OGI et était supervisé par un opérateur certifié avec plus de 20 ans d’expérience OGI. Cette configuration a permis d’évaluer les performances dans une gamme réaliste de compétences utilisateur.

Apprentissages et informations clés

Avec les tests étendus effectués, il y a eu plusieurs occasions d’en savoir plus sur l’application, d’affiner la technologie et même de créer de nouvelles fonctionnalités pour répondre aux besoins du marché.

Les mesures agrégées sont plus cohérentes que les mesures individuelles

Les tests ont étayé à la fois la théorie sous-jacente et la recherche antérieure, montrant une précision de quantification améliorée dans les résultats agrégés, ainsi que l’augmentation attendue de la variabilité entre les mesures QOGI individuelles.

Les petites fuites fugitives montrent un pourcentage d’erreur plus élevé, un impact absolu plus faible

Les petites fuites fugitives ont tendance à afficher un pourcentage d’erreur plus élevé en raison de leur faible amplitude absolue, même lorsque les écarts sont minimes. Cependant, lorsqu’elles sont agrégées, ces émissions produisent des résultats d’inventaire plus fiables. Les dégagements d’évent plus importants présentent généralement un pourcentage d’erreur plus faible, mais représentent un impact absolu plus important sur les émissions, soulignant l’importance d’une quantification précise sur l’ensemble du spectre d’émissions.

Des dégagements d’évent plus importants produisent un pourcentage d’erreur plus faible, mais un impact plus important sur les émissions

Il existe plusieurs applications où les résultats agrégés peuvent être appliqués sur les marchés où QOGI est utilisé. Les opérateurs peuvent envisager de l’utiliser dans une situation spatiale en calculant la moyenne des relevés sur plusieurs sites ou dans une région large où ils desservent ou plus largement sur une base temporelle en effectuant des relevés sur une semaine, un mois ou même une année, comme souvent nécessaire pour les inventaires annuels des émissions. Bien que les résultats individuels puissent présenter une erreur, élevée ou faible, le résultat de l’utilisation d’une technologie comme la QOGI pour mesurer les émissions d’une seule source, lorsqu’elle est agrégée, est probablement plus précis que l’utilisation de facteurs d’émission prédéterminés. 

Les approches basées sur les mesures préparent les opérateurs à l’évolution des réglementations

En adoptant plus tôt des approches basées sur les mesures, les opérateurs se positionnent devant les cadres réglementaires et de reporting en évolution qui mettent de plus en plus l’accent sur la quantification, la transparence et la compréhension au niveau de la source. À mesure que les réglementations continuent de se développer, ces opérateurs sont mieux préparés pour répondre aux exigences futures sans modifier fondamentalement leurs flux de travail. Les approches basées sur les mesures permettent de refléter ces investissements au fil du temps, démontrant des progrès réels à mesure que les attentes en matière de reporting évoluent vers la quantification.

Formation et expérience des opérateurs Influencer la qualité des mesures

Bien que la QOGI soit simple à utiliser, la formation et l’expérience des opérateurs influencent la qualité des mesures. Au cours de cet essai, une expérience limitée a contribué à une certaine variabilité. Une formation pratique améliore l’interprétation des panaches, la connaissance de l’environnement et l’application des meilleures pratiques, qui soutiennent toutes des résultats plus fiables.

La perception des scènes est essentielle pour la quantification 

Image QOGI montrant les défis des corps étrangers, tels que les balises LDAR, accrochés dans la scène mesurée à l’aide d’un imageur OGI.

Comprendre les facteurs applicables impliqués dans la QOGI en tant que technologie est également essentiel pour obtenir des résultats positifs. Elles ne sont pas difficiles ou accablantes, mais nécessitent une compréhension minimale de la technologie dans son ensemble. Un exemple est lié à ce qui se trouve dans la scène où une fuite est mesurée. Bien souvent, une fuite a peut-être déjà été identifiée et doit être mesurée avec une technologie avancée, comme QOGI. Dans un tel cas, il peut y avoir une étiquette ou un ruban identifiant la fuite qui doit être réparée après la mesure. Dans l’image ci-dessus, il y a une étiquette LDAR qui souffle sur la scène et se déplace dans et hors de la zone de mesure pour la technologie QOGI. Une compréhension de base de la technologie garantirait qu’un opérateur retire cette étiquette avant la mesure.

Les conditions environnementales peuvent biaiser les résultats, mais sont détectables

Image QOGI montrant les effets de regroupement lorsqu’une fuite reste à un endroit et ne se déplace pas depuis l’intérieur de la limite de mesure pour traverser l’anneau.

Un autre exemple de compréhension de la technologie est de savoir comment les facteurs environnementaux externes peuvent affecter les résultats. Lorsque la mesure est effectuée dans des conditions venteuses, il est toujours préférable de tenter de mesurer lorsque la fuite se déplace horizontalement dans la scène, car nous utilisons une technologie bidimensionnelle pour mesurer un événement tridimensionnel. Lorsque les conditions venteuses sont minimales, un utilisateur QOGI souhaite s’assurer que l’émission ne « s’accumule » pas au centre de l’image ou ne se déplace pas dans le cercle tout en changeant plusieurs fois de direction avant de quitter la bague de mesure, ce qui aurait un impact négatif sur la mesure. Vous trouverez ci-dessus un exemple de regroupement dans une image montrant une fuite qui se déplace à l’intérieur de la limite de mesure avant de quitter la bague. Dans ce cas, la mesure, la mesure qu’un utilisateur formé le voit cela lors de l’utilisation de la caméra sur le terrain , nous

QOGI continue d’évoluer pour faire face aux conditions réelles

Bien qu’une formation et une compréhension appropriées de la technologie aideront les opérateurs dans de nombreux scénarios, il existe des défis lors de l’utilisation de la QOGI sur le terrain qui sont plus difficiles à surmonter. Même avec une formation solide et une bonne compréhension de la QOGI, certaines conditions sur le terrain restent intrinsèquement difficiles à aider les opérateurs à naviguer dans ces réalités, les fournisseurs de technologie, y compris FLIR, ont ajouté des fonctionnalités conçues pour réduire l’impact des environnements difficiles et améliorer la confiance dans les mesures. 

Les conditions environnementales peuvent être atténuées, mais pas éliminées

Un exemple spécifique est les conditions nuageuses. Les nuages étant composés de fines gouttelettes d’eau, ils peuvent apparaître dans la scène infrarouge et, dans certains cas, leur mouvement peut ressembler à un mouvement de panache, ce qui rend la quantification plus complexe et, dans cette étude, tend à biaiser les mesures. Étant donné que les opérateurs ne peuvent pas limiter les mesures à des conditions de ciel dégagé et parfait, il est important de comprendre ces effets et d’appliquer les outils disponibles pour les atténuer. Sur l’image ci-dessus, le panache se déplace de gauche à droite lorsqu’il y a des nuages en arrière-plan ; l’opérateur a donc masqué une partie de l’anneau de mesure (environ « 6 heures » à « 11 heures ») pour réduire l’influence de l’arrière-plan. 

Les environnements de test difficiles ne reflètent pas toujours les conditions sur le terrain

Bien que TADI et METEC soient d’excellents sites de test pour évaluer les technologies, l’un des défis rencontrés dans ces environnements de test est la végétation qui n’est pas aussi courante dans les applications pétrolières et gazières réelles.

Dans l’image ci-dessous, la technologie pourrait confondre de petits mouvements d’herbe sur l’anneau de mesure, comme on le voit dans la moitié inférieure de l’anneau, comme du gaz en mouvement sur le cercle. Cela se traduit presque toujours par une mesure très élevée lorsque l’on observe de petites émissions fugitives, comme celle-ci. Un opérateur formé sait :

a) choisir un angle de mesure différent, si possible, ou
b) masquer la moitié inférieure de l’anneau.

Malheureusement, si cette fuite se déplaçait de l’équipement au centre vers le bas de cette bague, la mesure serait difficile et entraînerait probablement des résultats négatifs ; en pratique, les opérateurs doivent envisager de répéter les mesures, une durée de mesure plus longue le cas échéant, en plus de l’utilisation du masquage/positionnement de la scène pour améliorer la confiance dans le résultat.

Tests sur le terrain Améliorations utiles et éclairées des produits

Au cours des tests chez TADI, les opérateurs de la caméra Flir ont également remarqué certaines choses qui peuvent être mises en œuvre et améliorées dans la technologie. Comme indiqué précédemment, le masquage est essentiel à la réussite des mesures, mais n’était auparavant disponible que sur l’ancienne tablette de quantification Flir QL320. Cette fonctionnalité a été ajoutée à la caméra et améliorée en permettant également le mouvement de l’anneau vers n’importe quel emplacement de l’image. 

Nous avons également observé des situations dans lesquelles l’écran QOGI intégré à la caméra montrait une colorisation des fuites sursaturées dans les zones où aucune fuite n’était présente. Dans l’exemple ci-dessus, la mesure est très élevée car l’imageur colore l’équipement, malgré l’absence d’émissions visuelles dans la bague. Cela peut être atténué par le masquage, mais serait extrêmement évident pour un opérateur formé. Suite à l’apprentissage de cette étude sur le terrain, la technologie QOGI de Flir a été améliorée pour réduire la colorisation des équipements sans fuite. 

Lors des tests TADI, il y a également eu des scénarios où une fuite a été mesurée, et même observée dans la caméra, mais pas coloriée dans l’imageur QOGI. Avec l’image ci-dessus, il y a eu une petite fuite de 100 g/h provenant de la bride au-dessus de ce réservoir qui a été mesurée par la caméra, mais pas coloriée. Ce phénomène a été considérablement amélioré dans la dernière révision technologique.

Après les tests sur le site TADI, plusieurs améliorations ont été apportées à la technologie QOGI intégrée à la caméra de Flir. Comme indiqué précédemment, le masquage a été ajouté à la solution avec la possibilité de déplacer l’anneau de mesure loin du centre de l’image. Les analyses ont été améliorées pour garantir la précision des mesures tandis que les capacités de colorisation du panache ont été améliorées pour garantir la colorisation des émissions visibles et mieux définir le mouvement et la dynamique des émissions. Dans l’image ci-dessus, le masquage et la nouvelle couleur du panache sont affichés sur une petite fuite plus légère de butane.

Conclusions et étapes suivantes

La technologie QOGI intégrée à la caméra de Flir s’est avérée efficace pour fournir des estimations agrégées des émissions pendant les tests TADI. Les résultats ont montré que les estimations d’émissions agrégées, temporelles ou spatiales, peuvent fournir de bons résultats globaux d’inventaire des émissions ; mais sur une base unique, la mesure des émissions qui sont à la fois turbulentes et dynamiques par nature peut être incohérente dans leurs résultats, ce qui peut être plus difficile avec QOGI. Pour mieux représenter les résultats de mesure individuels, la technologie des solutions QOGI intégrées à la caméra de la G-Series de Flir a ajouté une fonctionnalité de mesure de l’incertitude pour chaque mesure. Cela permet de comprendre les valeurs d’émission au niveau de la source et de s’aligner sur les exigences de certaines normes de mesure mondiales, comme OGMP 2.0.In ajout, la QOGI en tant que technologie permet aux utilisateurs non seulement de mesurer leurs émissions, mais également de mieux comprendre leur situation en matière d’émissions, comme la séparation des mesures des émissions fugitives des événements opérationnels.

Nous avons également appris qu’il existe des fonctionnalités exceptionnelles dans l’ancienne technologie QOGI Flir qui peuvent être bénéfiques si elles sont ajoutées à la caméra, comme le masquage. À mesure que Flir fait évoluer la technologie, il y aura des fonctionnalités plus avancées actuellement disponibles dans la QL320 déplacées dans la caméra après certains tests, comme l’outil d’étalonnage des super émetteurs et la fonctionnalité de stabilisation permettant l’utilisation de QOGI sans trépied.

Un autre enseignement tiré des tests est la nécessité d’affiner nos courbes d’étalonnage de volume (évent) plus élevé qui ont été mises en œuvre dans la technologie QOGI intégrée à la caméra.

Alors que nous examinons le paysage de la mesure du méthane au cours des 10 dernières années, lorsque Flir et Providence Photonics ont inventé QOGI en tant que technologie, beaucoup de choses ont changé à cette époque. Il y a dix ans, l’accent mis sur les émissions fugitives dans le monde de la mesure du méthane était mis sur les rejets de type évent plus importants. Aujourd’hui, il est souhaitable d’avoir une compréhension plus large de toutes les émissions au sein de la chaîne d’approvisionnement du méthane, des petites fuites fugitives aux grandes évents emissions.As Flir travaille depuis 20 ans dans le monde de l’OGI, il y aura un accent continu sur les améliorations d’innovation conditionnelles et itératives de la technologie QOGI intégrée à la caméra pour rendre plus facile à utiliser, plus précis et largement accepté dans les applications d’atténuation du méthane.

Références :

1. TotalEnergies. (n.d.). TADI – Centre de test à portée internationale (Lacq).
2. Providence Photonics. (n.d.)
3. Concawe. (2017). Rapport 17/2. 
4. Petroleum Technology Alliance Canada. (2024). Rapport final du Alberta Methane Field Challenge (AMFC). 
5. Centre d’évaluation technologique des émissions de méthane (METEC). (2024). Évaluation METEC. ChemRxiv. 
6. Systèmes Flir. (n.d.). Flir Systems complète son investissement stratégique dans Providence Photonics LLC. Flir News Center.
7. Fil commercial. (4 avril 2023). Teledyne FLIR lance les caméras d’imagerie optique des gaz G-Series avec une quantification supérieure des gaz et un transfert de données sans fil.