Les gaz de schiste

20/04/2011

Piégés dans de vastes roches mères profondément enfouies, les gaz de schiste représentent d’immenses ressources. Leur production nécessite l’adaptation de techniques classiquement utilisées dans l’industrie pétrolière, dont l’impact environnemental doit impérativement être maîtrisé.

Le gaz de schiste, qu’est-ce que c’est ?

Le gaz de schiste (on trouve aussi l’appellation anglaise shale gas) fait partie des gaz dits « non conventionnels ». Pourquoi ? Du point de vue chimique, il est parfaitement identique au gaz naturel « classique ». En revanche, dans le sous-sol, il est situé dans des roches spécifiques, très différentes des réservoirs gaziers habituels.

Les hydrocarbures (gaz et pétrole) conventionnels ont en effet quitté la roche mère où ils se sont formés. C’est une couche géologique issue de sédiments, riches en matière organique, déposés sur les fonds océaniques ou dans des lacs et qui se sont progressivement enfoncés dans le sol. Au fil de cet enfouissement, les sédiments se solidifient et la matière organique se décompose en hydrocarbures. Ces derniers sont progressivement expulsés de la roche mère et migrent, pour l’essentiel, jusqu’en surface. Certains hydrocarbures sont arrêtés dans leur remontée par un obstacle de roches infranchissables. Ils s'accumulent sous ce « toit » et forment au fil du temps un réservoir classique de pétrole et/ou de gaz. Le gaz de schiste, lui, est encore « piégé » dans cette roche mère argileuse, enfouie à de grandes profondeurs (2 000 à 3 000 mètres).
 

Ces argiles (transformées par l’effet de la pression et de la température en schistes, roche feuilletée compacte, d’où le nom du gaz) sont très compactes et imperméables : elles ne laissent pas naturellement s’échapper le gaz. C’est pourquoi il faut recourir à des techniques d’extraction particulières pour permettre au gaz de s’écouler vers le puits.

Des ressources importantes et largement répandues

Les roches mères sont des formations géologiques largement répandues à l’échelle mondiale.
On trouve donc des gaz de schiste sur tous les continents et, notamment, aux États-Unis, au Canada, en Europe, en Chine, en Australie et en Inde.

Les ressources globales de gaz non conventionnels (dont les gaz de schiste constituent
une part prépondérante) sont estimées¹ à 380 000 milliards de mètres cubes, soit le même volume que celles de gaz conventionnel restant. L’ensemble permettrait ainsi de fournir
entre 120 et 250 ans de la consommation actuelle de gaz !

Des techniques d’extraction spécifiques

Avec le gaz conventionnel, il suffit (en théorie !) de forer un puits vertical jusqu’au réservoir pour que le gaz s’échappe. Dans le cas du gaz de schiste, emprisonné dans la roche mère imperméable, il est nécessaire de créer artificiellement un réseau constitué de multiples petites fissures (ou « micro-fractures ») qui vont permettre au gaz de s’écouler vers le puits.

Pour cela, on injecte au fond des puits, à très forte pression, un mélange d’eau, de sable et de produits chimiques (appelés « additifs », et qui comptent pour moins de 1 % du volume total). On parle de « fracturation hydraulique », une technique utilisée depuis plusieurs décennies. L’eau ouvre les fissures dans la roche, le sable permet de maintenir ces fissures ouvertes tandis que les produits chimiques servent principalement à détruire les bactéries présentes et à améliorer l’efficacité du procédé. Enfin, les réserves n’étant pas concentrées dans un réservoir classique, mais présentes de manière diffuse dans des couches de roches étendues, on pratique des forages horizontaux, longs de plus d'un kilomètre, qui permettent de récupérer une plus grande quantité de gaz.

Des enjeux environnementaux

En raison des techniques d’extractions utilisées, l’impact environnemental de la production du gaz de schiste est plus élevé que celui des hydrocarbures conventionnels, notamment sur l’eau et sur les paysages. La fracturation hydraulique nécessite en effet de plus grandes quantités d’eau que pour un forage classique : pour un puits, on en injecte en moyenne de 10 à 20 000 mètres cubes, soit l’équivalent de 4 à 8 piscines olympiques. Il faut donc disposer sur place :

   • d’importantes ressources en eau pendant les opérations de fracturation qui durent quelques semaines ;

   • et de moyens de traitement des eaux qui remontent du puits après injection.

Une fois traitées, ces eaux peuvent être réinjectées en profondeur, remises dans le circuit des eaux de surface ou utilisées pour le puits suivant.

Les additifs ne sont utilisés qu’en très faible quantité et à très grande profondeur. Toutefois, par précaution, l’industrie développe des additifs issus de l’industrie alimentaire pour les remplacer. Enfin, l’exploitation des gaz de schiste provoque également des nuisances de surface liées :

   • au bruit : les opérations de forage et de fracturation ne durent que quelques semaines  par puits, mais elles sont bruyantes. En zone urbaine, elles peuvent nécessiter la construction de murs anti-bruit ;

   • au trafic routier : de nombreux camions acheminent le matériel de forage, du sable et parfois l’eau. Comme les problèmes liés au bruit, le trafic est limité dans le temps à la phase de mise en production des puits ;  

   • au nombre de puits : chaque puits permettant d'extraire moins de gaz que dans la production conventionnelle, il faut en multiplier le nombre. Afin de limiter la place qu’ils occupent (leur « emprise au sol »), les puits sont regroupés par 10 ou 15 au sein d’une même plateforme de forage, baptisée « cluster ». À noter, qu’en phase de production, il ne reste que les têtes de puits (le derrick est enlevé à la fin de chaque forage).

Une ressource d’avenir ?

Avec des réserves mondiales considérables et une présence sur tous les continents, les gaz de schiste pourraient offrir une réponse efficace aux besoins énergétiques croissants de la planète tout en réduisant la dépendance à quelques pays producteurs. En se substituant au charbon dans les centrales, ils pourraient accompagner l’essor de la demande d’électricité et réduire les émissions de gaz à effet de serre pour une production donnée d’électricité.

Mais pour que ces gaz non conventionnels tiennent toutes leurs promesses, l’impact environnemental doit être évalué en amont des opérations de façon à être limité. En particulier, il est bien évident que de telles exploitations ne peuvent se faire que dans des cadres réglementaires et d’autorisation bien définis. Et notamment en respectant les zones protégées et en recueillant l’avis des populations concernées. C’est le sens des recherches menées actuellement par l’industrie dans le domaine de l’eau ou des additifs.
 

[1]Source Agence Internationale de l’Énergie – World Energy Outlook 2009