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Les Hydrocarbures non-conventionnels Les « gaz de roche-mère », les « huiles de roche mère » et les « gaz de houille » CSTI, Vanosc, le 26 novembre 2011.

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1 Les Hydrocarbures non-conventionnels Les « gaz de roche-mère », les « huiles de roche mère » et les « gaz de houille » CSTI, Vanosc, le 26 novembre 2011 D. Bonijoly

2 > 2 Présentation générale du BRGM > Établissement public de recherche et dexpertise (EPIC). Certifié Qualité ISO Labellisé Carnot (recherche partenariale) placé sous la tutelle du Ministère délégué à l'Enseignement supérieur et à la Recherche et du Ministère de lEcologie, de lEnergie, du Développement et Durable et de la Mer. > Deux objectifs : Comprendre les phénomènes géologiques, développer des méthodologies et des techniques nouvelles, produire et diffuser des données pertinentes et de qualité Mettre à disposition les outils nécessaires aux politiques publiques de gestion durable du sol, du sous-sol et des ressources, de prévention des risques naturels et des pollutions, daménagement du territoire > Quatre missions : Recherche et développement technologique et innovation Appui aux politiques publiques et information des citoyens Coopération internationale et aide au développement Prévention et surveillance des anciens sites miniers Lénergie, quel choix pour demain

3 Les hydrocarbures Formation de la roche mère Formation des réservoirs conventionnels Hydrocarbures Non Conventionnels (HNC), prisonniers de la roche mère Hydrocarbures Conventionnels > 3 Lénergie, quel choix pour demain

4 > 4 Sources iconographqiues : IFPEN et Université de Laval Les hydrocarbures conventionnels résultent de la maturation de la roche mère (en bleu), doù migrent les hydrocarbures qui sont ensuite piégés dans des réservoirs poreux et perméables. Les hydrocarbures « non-conventionnels » (HNC) sont restés piégés au niveau de la roche mère. Si la roche mère a subit un enfouissement entre 2000 et 3000 mètres, elle produit des hydrocarbures liquides (Shale Oil), et au-delà des hydrocarbures gazeux (Shale Gas). SHALE OIL SHALE GAS Les hydrocarbures Lénergie, quel choix pour demain

5 Le charbon > Formation du charbon : quantités phénoménales de débris végétaux provenant des forêts s'accumulent dans des zones favorables, au bord de la mer ou d'une lagune. plusieurs millions d'années sont nécessaires pour que le processus de transformation aboutisse Sources iconographiques : wikipedia > 5 Lénergie, quel choix pour demain

6 Audition HNC 06/03/2010 > 6 Les relations méthane - charbon Contenu en gaz des charbons Gardanne Nord Pas de Calais Lorraine Alpes Lénergie, quel choix pour demain

7 Maturation de la matière organique > 7 Plancton (algues) Spores Matière ligno-cellulosique Lénergie, quel choix pour demain

8 Une roche hôte particulière : les roches argileuses > Des minéraux hydrophiles aux capacités dadsorbtion parfois remarquables phyllosilicates > 8 Lénergie, quel choix pour demain

9 Une roche hôte particulière : les roches argileuses > Processus dabsorbtion et dadsorbtion Fixation et échange de cations > Les argiles, grâce à leurs propriétés électro-chimiques,ont la capacité de : former des complexes organo-minéraux, piéger les éléments métalliques, piéger les éléments radio-actifs, piéger leau (gonflement) > 9 Illite Lénergie, quel choix pour demain

10 > Fixation des métaux lourds dépend de la minéralogie des argiles – Sépiolite > bentonite > palygoskite > illite > kaolinite (pour le Zn) de la variation du pH – Ex. Oklo – acidification des eaux entrainent une augmentation de la CEC des argiles - piégeage du lU235 dépend de la charge des argiles > Une désorption facilitée Par un changement de pH du milieu Par un changement de concentration de leau de formation Par un changement de pression > 10 Une roche hôte particulière : les roches argileuses Lénergie, quel choix pour demain

11 Les hydrocarbures > 11 > Quelques définitions : Roche mère : accumulation de matières minérales et de matières organiques Maturation de la matière organique : transformation sous leffet de la température de la matière organique en huile, en gaz et en charbon Hydrocarbures conventionnels : hydrocarbures sous forme liquide ou gazeux, qui afflue naturellement à la surface lors de lextraction (avec ou sans pompes) sans nécessiter dautre étape de traitement ou de dilution Hydrocarbures non conventionnels : bruts extra-lourds, bitume, sables asphaltiques et schistes bitumineux (oilfacts.ch) qui nécessite de stimuler la roche dans laquelle ils sont piégés dès la première phase d'exploitation pour obtenir une production commerciale (ifpen) Lénergie, quel choix pour demain

12 > 12 Carte des ressources mondiales en huile de roche mère Source : An Overview of Oil Shale Resources (2010), Emily Knaus, James Killen, Khosrow Biglarbigi,and Peter Crawford in Oil Shale: A Solution to the Liquid Fuel Dilemma; Ogunsola, O., et al.; ACS Symposium Series; American Chemical Society: Washington, DC, Ressources mondiales : environ 390 to 460 milliards de tonnes. Europe : 16 milliards de tonnes France : 920 millions de tonne, 3ième principal détenteur après lItalie et lEstonie Les hydrocarbures non-conventionnels

13 > 13 Distribution des ressources potentielles en « shale gas » à léchelle mondiale Ressource estimée à tcf soit milliards de m3 (US National Petroleum Concil) Les hydrocarbures non-conventionnels Ressources mondiales en gaz de roche mère Lénergie, quel choix pour demain

14 > 14 Source :: U.S. Energy Information Administration based on Advanced Resources International, Inc. data Ressources mondiales : environ 456 mille milliards de m3 (Tm3) dont 180 récupérables. Europe : 6,5% soit 30 Tm3 France : 5 Tm3, 2 ième principal détenteur juste après la Pologne. Les hydrocarbures non-conventionnels Carte des ressources mondiales en gaz de roche mère

15 Réunion de lancement 07/01/2010 > 15 Les hydrocarbures non-conventionnels Carte des prospects de HNC en Europe

16 > 16 Les hydrocarbures non-conventionnels Carte des prospects de HNC en Europe Lénergie, quel choix pour demain

17 Les hydrocarbures non-conventionnels en France Bassin de Paris Shale oil Jura Shale gas Bassin du SE Shale gas Causses Shale oil > 17 Les cibles jurassiques (Toarcien…) Shale oil & Shale gas Lénergie, quel choix pour demain

18 Les cibles permo-carbonifères potentielles Shale gas & Coal Bed Methane Yves Paquette – rapport des Houillères de Bassin du Centre et du Midi Lorraine bassin de Paris Sillon houiller De Blanzy à Ronchamp Bassin du sud du Massif central De Brive à Alès Bassin de lArc (Gardanne) Nord Pas de Calais En jaune : gisements permo-carbonifères (-245 à -345 Ma) En vert : gisement crétacé (- 70 à -76 Ma) > 18 Les hydrocarbures non-conventionnels en France Lénergie, quel choix pour demain

19 Les HNC en France Lias du bassin de Paris Huile de roche mère Permo Carbonifère de Lorraine Gaz de houille Source BRGM Position des aquifères au regard des cibles HNC > 19 Coupe géologique simplifiée du bassin de Paris Position du Lias marneux et principaux aquifères Le Lias du bassin de Paris Carte du toit des argiles du Toarcien (185 Ma) Formation géologique contenant la roche- mère « Schistes cartons »

20 > 20 Sources : Comparaison entre le potentiel Shale Oil du bassin de Paris et celui de Bakken (USA / Canada), publié par la compagnie Toreador sur son site web Comparaison USA - France – huiles de roche-mère Lénergie, quel choix pour demain

21 Les HNC en France – Le Lias du bassin du Sud-Est Source BRGM > 21 Permis dexploration attribués en France pour les Shale Gas : Nant, Villeneuve de Berg et Montélimar. Sur le permis de Montélimar, Total annonce 85 tcf de gaz en place soit 2400 milliards de m3 (Les Echos, 28/01/2011). A titre de comparaison, la consommation annuelle de gaz en France est de 45 milliards de m3. Lénergie, quel choix pour demain

22 LES HNC EN France Le Lias du bassin du Sud Est Source : Documents du BRGM, Géologie Profonde de la France, 1992 TOARCIEN Épaisseur 550m Balazuc Villeneuve de BergValvignères 2650 m 400 m calcaire argiles marnes calcaire alternances > 22 Lénergie, quel choix pour demain

23 > 23 Gas shale Bassin du Sud-Est * Gas shale Bassin de Barnett ** TOC4 à 6%4,5% Tmax °C455°C Roche mèreArgiles Matière organiqueType 2 probableType 2 Environnement de dépôtMarin profond Syst. Progr. bas niveau Marin restreint Epaisseur nette200 m ?90 m Porosité?6% Perméabilité?0,02 mD Comparaison USA – France – gaz de roche-mère * Organic geochemistry and thermal history of the Mesozoic series of the Ardeche Margin, Disnar, J.R., (1996), Marine and Petroleum Geology ** Assessment of the Gas Potential and Yields from Shales: the Barnett Shale Model, Daniel M. Jarvie, Ronald J. Hill, and Richard M. Pollastro. in Cardott, B.J. (ed.), Unconventional energy resources in the southern Midcontinent, 2004 symposium: Oklahoma Geological Survey Circular 110, 2005, p Lénergie, quel choix pour demain

24 > 24 > Fracturation hydraulique pour augmenter la perméabilité acidification, fracturation hydraulique, fracturation hydraulique avec sable, autres produits pour faciliter la fracturation Exploiter le gaz de roche-mère par forage Les fracturations sont réalisées par injection dun fluide sous pression. Ce fluide est composé deau ( m 3 par forage, en moyenne), dadditifs chimiques et de particules permettant de maintenir les fractures ouvertes. Lénergie, quel choix pour demain

25 Exploiter le gaz de roche-mère Audition HNC 06/03/2010 > 25 > Les contraintes de la technique +/ m 3 deau par puits +/- 3 million m 3 deau requis par jour aux USA four la fracturation hydraulique 25 puits consommeraient en eau, léquivalent de la consommation dune commune française de habitants 20 à 100 % of du fluide de fracturation est récupéré > 25 La formulation chimique varie dun champ à un autre et dun puis à un autre

26 26 Risques lié à la fracturation hydraulique : Impact quantitatif sur la ressource en eau Besoins importants en eau : entre 8000 et m3 par forage Evaluer les besoins en quantité et qualité (gestion de la ressource en fonction des contextes géographiques) Risque : impact sur la ressource en eau (diminution de niveau piézométrique, diminution de débit de cours d'eau...) Une bonne connaissance des ressources en eaux de surface ou peu profondes (B2D Ades, BDHydro, BDRHF), des modèles de gestion des ressources Des connaissances très fragmentaires sur les eaux profondes Impacts et risques spécifiques de l'exploitation Lénergie, quel choix pour demain

27 Risques lié à la fracturation hydraulique : Utilisation de produits chimiques : 0,5% environ, pour développer lextension des fractures et les maintenir ouvertes Gestion des effluents liquides et gazeux Analyses des entrants/sortants Risque : Influence du fluide sur la minéralogie des roches (géochimie) Contamination des eaux de surface et souterraines Risques sanitaires associés aux émanations gazeuses en surface (toxicité des additifs) Impacts et risques spécifiques de l'exploitation Lénergie, quel choix pour demain

28 Risques lié à la fracturation hydraulique : Désorption des éléments adsorbés ou absorbés par les minéraux des roches mères lors de la production du fluide de fracturation Risque : désorption de complexes organo-minéraux, des éléments métalliques (Pb, Zn, Cu, …) et/ou déléments radioactifs (Uranium, radium, radon) La désorption est facilitée Par un changement de pH du milieu Par un changement de concentration de leau de formation Par un changement de pression Illite Impacts et risques spécifiques de l'exploitation Lénergie, quel choix pour demain

29 29 Risque liés à la fracturation hydraulique (suite): Déformation du massif (augmentation ou retrait sous l'effet de la pression) Risque : déformation en surface Impacts et risques spécifiques de l'exploitation Lénergie, quel choix pour demain

30 30 Risque liés à la fracturation hydraulique (suite): Sismicité induite Sismicité résultant de la fracturation hydraulique très faible (nécessite des capteurs à haute sensibilité) Sismicité de magnitude 1 à 2,5 induite par linjection de saumure Risque : réactivation de fractures existantes résultant de la modification locale des contraintes tectoniques Impacts et risques spécifiques de l'exploitation Lénergie, quel choix pour demain

31 31 Risques liés aux installations de surface : Installations similaires à l'extraction conventionnelle (moyens de forage, collecte de gaz, installations de stockage de gaz et de fluides...) Installations spécifiques : Installations de stockage, de mélange (eau+sable+réactifs) et d'injection d'eau sous haute pression Installations de récupération, de stockage et de traitement de « l'eau usée » Nuisances Nuisances sonores Circulation d'engins Pollution air Impact paysager Pression foncière et prix de limmobilier Limitation de l'usage des terrains de surface Impacts et risques spécifiques de l'exploitation Lénergie, quel choix pour demain

32 > 32 Augmentation de la pression sur leau Fuite de gaz ou deau de gisement dans un aquifère superficiel via les forages Équipent de traitement des eaux inadapté Fuite de gaz ou deau de gisement par failles Sismicité induite inattendue Scénario dégradé

33 Conclusion > 33 > La France dispose dun grand nombre de formations géologiques aptes à produire – De lhuile ou de gaz de roche mère – Du gaz de houille Le potentiel existe mais Les ressources ne sont pas connues – Elles ont été estimées à partir dun très petit nombre de données de forage Quant au calcul des réserves, celui-ci est du domaine des travaux dexploration Lénergie, quel choix pour demain

34 34 Un éventuel déploiement de la technologie de production des Gaz et Huiles de schiste nécessite de : Identifier les enjeux environnementaux, en termes notamment de disponibilité et de vulnérabilité des ressources en eau ; Établir les scénarios-type à considérer (évolution normale / altérée) sur des cas théoriques représentatifs de chaque bassin (en priorité les zones où ont été déposées des demandes) Réaliser un inventaire des mesures de maîtrise du risques disponibles Proposer des préconisations sur les modalités détudes des impacts et des risques dans les documents réglementaires à fournir par les opérateurs (phase dexploration et dexploitation) Conclusion Lénergie, quel choix pour demain

35 Bénéfices: Emplois directs (ex. état de New York : environ emplois) Revenus fiscaux (ex. état de New York : 185 millions de US$ Coûts coûts environnementaux (Analyse du Cycle de Vie) Impacts sur les émissions de gaz à effet de serre Conclusion Lénergie, quel choix pour demain


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