Les gaz et pétroles de schistes

 

Gaz et pétrole de schistes

 

Dernieres nouvelles le 13 SEPTEMBRE 2012

Les personnes mobilisées contre l'exploitation  des gaz et pétrole de schiste ont  raison . Bruxelle vient de livrer 3 rapports qui confirment la dangerosité de cette exploitation:

Pour consulter les rapports voir les liens ci-dessous :

 

Dans le débat sur l'exploitation des gaz et pétrole de schistes, Moins2watts a voulu interroger directement un géologue pour savoir les risques liés à cette exploitation.

Nous laissons la plume à DOMINIQUE :

 

Hydrocarbures de roche-mère

Les gaz de schistes

 

1- La formation des hydrocarbures

Les produits qu'on appelle « hydrocarbures » ou « huile de pierre » (c'est la signification du mot « pétrole ») sont, pour les chimistes, des mélanges complexes de différentes substances. Chaque champ pétrolier a son pétrole, et parfois chaque forage fournit un produit légèrement différent du forage voisin.

A l'origine de ces substances, il y a eu des dépôts de matière organique au fond des océans, voici quelques dizaines de millions d'années. Ces algues, et autres débris végétaux ont ensuite été enfouis avec les sédiments et ont fermenté pendant très, très longtemps.

Comme ils se sont déposés dans des mers avec peu de courant, ils étaient associés à des roches plutôt argileuses. En effet, les débris végétaux, comme les minéraux argileux sont des particules légères et, s'il y a des courants, ils restent en suspension dans l'eau.

Les sédiments qui sont à l'origine du pétrole sont ainsi des argiles riches en matière organique, fortement compactées par la suite lors de leur enfouissement et de leur transformation en roche sédimentaire.

Ces roches, dans lesquelles le pétrole s'est formé sont appelées « roche-mère » par les géologues pétroliers. Le terme de « schistes » désigne, lui des roches argileuses très compactées, qui se débitent en feuillets, qu'elles contiennent ou non de la matière organique.

On peut dire que pratiquement toutes les « roches-mères » sont des schistes, mais tous les schistes ne sont pas des « roches-mères », loin de là.

2- Roches mères et roches-magasins

Dans la roche-mère où il s'est formé, le pétrole est intimement lié aux particules argileuse, de plus, les roches argileuses sont plastiques. Depuis des millénaires, les potiers savent modeler les argiles mélangées à un peu d'eau pour façonner des récipients, des tuiles, des briques…

En conséquence, les roches-mères contiennent des hydrocarbures, mais ne les livrent pas facilement.

Par chance, au fil des millénaires, une partie de ces hydrocarbures (gaz et/ou pétrole) se sont échappés de leurs roches-mères et se sont accumulés dans ce qu'on appelle des « roches-magasins ».

Ce sont souvent des grès ou des calcaires. Les grès sont des roches constituées de grains de sables plus ou moins cimentés entre eux, il reste entre les grains des espaces vides (des pores) dans lesquels des fluides peuvent s'accumuler. Les calcaires sont des roches plus compactes, mais ils sont souvent fracturés et, là aussi, des fluides peuvent s'accumuler dans les fractures.

Les fluides peuvent être de l'eau, du pétrole ou du gaz.

Pour récupérer pétrole ou gaz dans des conditions de productivité et de rentabilité à échelle humaine (c'est à dire sans être obligé d'attendre des siècles pour avoir quelques litres de pétrole), on a, jusqu'à maintenant foré dans les « roches-magasins ».

Les hydrocarbures de « roches-mères » existent en grandes quantités, mais, pour les récupérer, les techniques de forage qu'on employait avec les « roches-magasins » sont insuffisantes, il faut avoir recours à des techniques de stimulation de gisements pour pouvoir les soutirer.

3- La fracturation hydraulique

Parmi les différentes techniques de stimulation de gisement, c'est la « fracturation hydraulique » qui a été très majoritairement employée aux Etats Unis ces dernières années.

Le principe en est simple : on injecte de l'eau sous pression dans la roche de façon à la casser et à ouvrir des fractures par où les hydrocarbures pourront d'écouler vers le forage.

La mise en œuvre du principe est plus complexe : on doit ajouter divers additifs à l'eau injectée pour éviter que les fractures ne se referment très vite.

On mets, déjà, des graviers qui vont aller se glisser dans les fractures pour qu'elles restent ouvertes (comme on glisse un pied dans une porte entrouverte pour empêcher qu'elle ne se referme). Et puis, on va ajouter à l'eau un épaississant pour que les graviers restent bien mélangés à l'eau et ne se déposent pas au fond du forage.

Les roches-mères étant argileuses, l'eau va les ramollir et, comme l'argile entre les mains d'un potier, les fractures vont avoir tendance à « cicatriser ». On va donc rajouter des produits pour empêcher le gonflement et le ramollissement des argiles.

Le bouillon ainsi préparé va alors être injecté dans le forage sous forte pression, pour faire éclater les schistes et transformer une roche compacte et plutôt étanche en un ensemble de blocs sillonné de fractures nombreuses et ouvertes. Les hydrocarbures (gaz et/ou pétrole) pourront ainsi s'écouler vers le forage.

La composition du « fluide de fracturation » obéit aux mêmes principes de base, mais la préparation du fluide qui permettra de réaliser une fracturation productive sur un forage donné doit être ajustée en fonction de multiples éléments.

D'un forage à l'autre, la profondeur de la roche à fracturer n'est pas la même, la composition de la roche peut varier (on connaît plusieurs milliers de type de minéraux argileux), la nature des hydrocarbures est aussi variable, il peut y avoir plus ou moins de gaz, plus ou moins de pétrole (avec , là aussi, plusieurs milliers de composés chimiques différents), plus ou moins d'eau chargée en sels dissous. La préparation du fluide optimum pour un forage donné est à la fois une science (le préparateur doit être un excellent chimiste) et un art qu'on peut comparer à la grande cuisine.

4- Les fluides de fracturation

Si on peut savoir, à peu de choses près ce qu'on utilise pour « fabriquer » le fluide de fracturation hydraulique, il en est tout autrement pour ce qui est de la composition du fluide qui va ressortir du forage.

En effet, cette « soupe » va comprendre, non seulement les produits injectés, mais aussi tous les produits récupérés dans la roche. Or cette roche renferme des hydrocarbures et d'autre produits issus de la fermentation, au cours des millénaires, de la matière organique originelle.

On pourra donc récupérer divers hydrocarbures qui, formés par fermentation à grande profondeur, présentent des formules chimiques diverses et variées. Certains de ces produits sont classés comme « CMR » (Cancérigènes, Mutagènes, Reprotoxique).

On récupérera aussi d'autre gaz de fermentation, dont l'hydrogène sulfuré qui, à faible teneur présente une odeur d'œuf pourri et, à teneur plus forte est extrêmement toxique, souvent mortel.

On pourra aussi remonter, sous forme dissoute, des composés radioactifs, tels que radon et radium, ainsi que leurs descendants.

C'est pourquoi, selon qu'on examine les composition des fluides données par les pétroliers qui disent avec quoi ils fabriquent leurs bouillon, ou qu'on analyse les « soupes » qui remontent des forages, on peut avoir des variations assez fortes.

Celui qui prépare le fluide de fracturation sait ce qu'il a mis dans son mélangeur, mais ce qui va ressortir est toujours une surprise.

5- Les produits récupérés

Les hydrocarbures présents dans le sous-sol résultent de processus naturels de fermentation de débris organiques, dans des conditions de température, de pression et de compositions chimiques très variées.

Les différents pétroles et gaz naturels exploités dans le monde ont des compositions chimiques variées. Les proportions de gaz, de pétrole, d'eau sont très variable.

Rappelons simplement que le gisement de gaz de Lacq, dans les Pyrénées, présentait une telle teneur en hydrogène sulfuré que son exploitation a été différées pendant plusieurs années, le temps de mettre au point des aciers capables de résister à la corrosion.

Lorsque l'exploitation a été lancée, la quantité de soufre récupérée dans les opérations d'épuration du gaz a été telle que la plupart des mines de soufre existant dans le monde ont fermé : le soufre fabriqué comme « sous produit » a saturé le marché mondial.

L'eau qui remonte avec les hydrocarbures contient des quantités impressionnantes de substances dissoutes : c'est une « eau minérale », mais elle n'est pas forcément bénéfique pour la santé humaine. Parmi les substances, on trouve du carbonate de calcium, du chlorure de sodium, mais aussi des éléments radioactifs, tels que radium et radon.

La plupart du temps, pour éviter de polluer l'environnement, cette eau est réinjectée dans les forages afin de maintenir le gisement en pression.

6- Le risque de contamination

Les gisements de « gaz de schistes » sont à des profondeurs considérables, de l'ordre de 3 000 mètres, alors que les nappes phréatiques utilisées pour l'alimentation en eau potable sont entre quelques dizaines et quelques centaines de mètres de profondeur, les pétroliers affirment donc que le risque de mélange est quasi-nul.

En fait, il faut garder en mémoire que, dans le quart Sud-Est de la France, les différentes couches de terrain ont été fortement déformées lors de la formation des Alpes, il en résulte des plissements et, surtout, une forte densité de fractures.

Ces fractures sont plus ou moins bien connues car nous ne pouvons observer directement que les roches qui sont à la surface du sol. La constitutions du sous-sol ne peut être extrapolée qu'à partir de sondages ou de mesures indirectes.

Il suffirait qu'une injection de fluide de fracturation débouche dans une faille qui recoupe plusieurs milliers de mètres de terrain et les « soupes » pourraient remonter jusqu'au niveau des nappes phréatiques.

De plus, nous avons de nombreuses sources thermales et minérales dont les eaux circulent à grande profondeur : les injections de fluides de fracturation sont susceptibles de perturber gravement ces circulations.

Il serait, bien sur, possible techniquement parlant, de faire des études géologiques fines, afin de localiser toutes les fractures et de restreindre les exploitations aux seules zones « sans risques avérés ».

Il est cependant probable que de telles études auraient un coût disproportionné et qu'elles amèneraient à classer comme « inexploitables sans risques » des volumes trop important de gisements potentiels.

7- Et à l'avenir

Il existe d'autres techniques que la fracturation hydraulique pour récupérer de gaz dans le sous-sol, des sociétés australiennes ont réalisé, en France, des forages « en arêtes de poisson » pour récupérer le gaz restant dans les anciennes mines de charbon, le procédé est plus onéreux que la fracturation hydraulique, mais il est certainement plus respectueux de l'environnement.

Cette méthode de forage est extrêmement sophistiquée : à partir d'un forage principal, qui est grossièrement identique à un forage « pour fracturation hydraulique », on va forer de nombreux petits forages, s'écartant du forage principal et allant récupérer les hydrocarbures. Sur un plan, le dessin de ces petits forages s'écartant, à intervalles réguliers, du forage principal, ressemble à une arête de poisson.

La méthode est bien plus lente à réaliser que la fracturation hydraulique, puisqu'il faut aller forer des drains les uns après les autres, en mettant en œuvre des techniques particulièrement pointues. En fracturation hydraulique, on fracture la roche sur toute la longueur d'un forage en une seule opération.

Par contre, le forage « en arête de poisson » est infiniment plus précis et permet d'aller récupérer les hydrocarbures là où ils sont et sans risquer d'ouvrir, de façon irréversible, des fractures qui communiquent avec les niveaux géologiques qui renferment les nappes phréatiques.

Dans quelques décennies, le prix du gaz naturel aura vraisemblablement encore grimpé et nous serons peut-être bien heureux d'avoir, en réserve, des volumes de gaz pouvant alors être exploités avec des techniques présentant bien moins de risques. A moins que, d'ici là, nous n'ayons développé de nouveaux moyens de production de gaz combustibles, notamment par fermentation des matières organiques résiduelles.

Enfin, une forte proportion de la consommation actuelle de gaz naturel est consacrée à la fabrication d'engrais azotés, une reconversion de l'agriculture vers des pratiques plus respectueuses de l'environnement pourrait réduire ce besoin.

8- en conclusion (de Dominique et Moins2watts)

L'existence des gaz de schistes dans le sous-sol est quasi-certaine et son exploitation arrivera tôt ou tard.
Vouloir exploiter maintenant, et avec des techniques qui ont fait la preuve de leur danger pour l'environnement m'apparaît un peu fou. Ce serait illustrer le vieux dicton « manger son blé en herbe ».
Savoir attendre et mettre au point des techniques qui pourront mettre en valeur, dans le futur, cette ressource, avec un respect correct de l'environnement permettrait de mieux valoriser la ressource.

Elle pourrait nous laisser le temps de nous réorganiser en diminuant fortement nos besoins énergétiques et permettre, ainsi, aux énergies renouvelables (hydraulique, solaire et surtout biomasse) de prendre le relais des énergies fossiles .

En d'autres mots, cette exploitation de « fond de tiroir » pourrait permettre d'amortir la "décroissance" et faire en sorte qu'elle se passe sans conflits violents.

Le biogaz est une solution alternative qui couplé à d'autres énergies renouvelables, pourrait être substituée aux gaz de schistes. Pour les chimistes, il s'agit de méthane, comme pour l'actuel « gaz naturel », et comme pour le « gaz de schistes », il ne nécessite donc pas de renouvellement des équipements existants. La différence essentielle est qu'il est produit par la fermentation de déchets organiques tels que les boues des stations d'épuration ou les lisiers des élevages.

Le biogaz issu de la fermentation de nos ordures ménagères est aujourd'hui récupéré dans beaucoup de décharges, afin, d'une part, de limiter les rejets atmosphériques de méthane (gaz à effet de serre), d'éviter les risques d'incendie par formation de « feux follets » et de produire de l'électricité qui est vendue. Ce choix de produire de l'électricité plutôt que d'épurer le gaz pour l'injecter dans le réseau de distribution est motivé par les difficultés rencontrées pour l'épurer et le rendre « conforme aux normes de distribution ».

Ce biogaz a un tout petit impact sur l'atmosphère (98% de rendement – diminution des dégagements de méthane et dioxyde de carbone) (1), il permet aussi de diminuer la pollution des sols et des nappes phréatiques.

En effet, actuellement, une grande partie du méthane est utilisée pour produire du nitrate d'ammonium, employé comme engrais et dont l'excédent va polluer les nappes phréatiques. Pendant ce temps, les lisiers de porc bruts sont épandus sur les terres agricoles et ajoutent encore des nitrates.

La fermentation méthanique des lisiers permettrait, d'une part de récupérer du méthane valorisable après épuration, et, d'autre part, d'obtenir un engrais azoté d'origine biologique à substituer au nitrate d'ammonium produit, à base de méthane fossile, par l'industrie chimique. On économise ainsi sur les deux tableaux.

Les possibilités de production sont énormes, mais l'exploitation de cette ressource est quasi-inexistante. Il est donc important de réfléchir avec bon sens et de choisir l'énergie la moins polluante.

C'est un choix politique à faire au niveau mondial. Préparer la transition vers une société sans énergie fossile et minière en gérant "à l'économie" des énergies qui sont et seront de plus en plus coûteuses à obtenir est un des défis de la paix mondiale (avec la gestion de l'eau).

 

 

Quelques Commentaires :

 

#1 Spring 27-06-2011 17:10
Entièrement d'accord avec le contenu .
Pour le dernier point , la décharge "SITA "
cise aux GRANGES GONTARDES (à côté de PIERRELATTE )en est un exemple magistral.
Le gérant en est tellement fier ( et honnêtement , il a de quoi) qu'il la fait visiter ainsi que ces groupes électrogènes "au gaz poubelles"De plus , il est intarissable sur les problèmes rencontrés inhérents à ce type de combustible .Et là on ne peut plus parler d'écologie bornée , mais d'efficacité silencieuse .Les seuls problèmes , là aussi ,sont le coût et la volonté .
 
#2 Dominique 13-07-2011 12:50
Tout à fait d'accord avec ce commentaire, il existe de nombreux exemples d'exploitation du biogaz de décharge pour production d'électricité.
Hélas pour notre industrie nationale, les spécialistes qui fabriquent les moteurs adaptés à ce combustible sont autrichiens!
 
#3 Daniel JAGLINE 16-11-2011 16:24
Je suis globalement d'accord avec votre description sauf au point 5 titré : les produits récupérés
pour deux raisons :
1- vous ne faites pas mention des remontés de gaz méthane, qui me semblent pourtant avérés.
2- vous dites que l'eau de fracturation est réinjectée, ce qui est peut-être exacte pour une partie, mais il est aussi avéré, qu'une partie est belle et bien non réinjectée, et disséminée.parfois elle ont été répandu, parfois rejetée directement dans les rivières ou ruisseaux, ou évacuées vers des systèmes d'épurations d'eaux non préparés à cet effet, quand elles ne restent pas stockées dans des immenses réserves, en attente de solutions, ou d'abandon.

#4 Dominique 11-12-2011 19:10
Bonsoir Daniel et merci de vos remarques.
Pour ce qui est des remontées de gaz méthane, je l'avais inclus dans la rubrique "hydrocarbures", car il est souvent plus ou moins dissous dans des mélanges d'hydrocarbures ; et puis, le méthane, pour les chimistes est le premier terme de la série des alcanes, et c'est donc un hydrocarbure.
Lorsque je dis que, la plupart du temps, l'eau est réinjectée, je veux dire aussi que c'est ainsi qu'on devrait procéder quand on travaille "correctement". mais il est vrai que, trop souvent, les exploitants ne respectent pas spécialement les codes de bonne pratique.

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