Le Gaz de schiste; un accident qui a ébranlé toute la plate forme de forage

Le Gaz de Schiste Le gaz de schiste, également appelé « gaz de roche-mère » ou « gaz de shale » (en anglais : « shale gas »), est un gaz d'origine naturelle, engendré par la décomposition d'argile riche en matières organiques, et extrait à partir de terrains marneux ou argileux. Contrairement au gaz naturel, il est piégé dans les roches poreuses où il se forme, et il est donc nécessaire de fracturer ces roches pour pouvoir le récupérer. Il joue un rôle croissant dans le mix énergétique participant à l'approvisionnement en énergie aux États-Unis depuis le début du XXIe siècle. Le succès que rencontre ce nouveau type d'exploitation aux États-Unis est sous-tendu par les fortes subventions accordées, et par la législation locale, qui permet au propriétaire de mieux bénéficier des ressources géologiques qu'en France. Le potentiel gazier des schistes intéresse aussi plusieurs gouvernements du Canada, d'Europe, d'Asie et d'Australie. Divers analystes s'attendent aussi à ce que le gaz de schiste puisse accroître considérablement les approvisionnements énergétiques mondiaux2. Selon une étude du Baker Institute of Public Policy de l'Université Rice, l'augmentation de la production de gaz de schiste aux États-Unis et au Canada pourrait contribuer à empêcher la Russie, le Qatar et l'Iran de dicter des prix plus élevés pour le gaz qu'ils exportent vers l'Europe. Toutefois, les risques sismiques et les problèmes environnementaux constatés, et notamment la pollution de l'air et de l'eau, entrainent une forte défiance de l'opinion publique et de certains gouvernements vis-à-vis de cette ressource. Du fait de ces intérêts antagonistes, le sujet fait l'objet de controverses via des blogs ou manifestations, ainsi que d'un lobbying de la part dessociétés industrielles impliquées.

Géologie Le gaz de schiste est présent dans les "schistes" argileux sédimentaires, également appelés « shale » au Canada, le terme lithologique approprié concernant la roche en tant que telle étant argilite ou parfois siltite, selon la granulométrie. En effet, en géologie, le mot schiste désigne plus proprement des roches métamorphiques. Le gaz de schiste est produit depuis des années (gaz conventionnel) dans des schistes fracturés naturellement, mais la matrice rocheuse des schistes présente une faible perméabilité. L'exploitation commerciale à grande échelle nécessite donc une fissuration artificielle de la roche pour en augmenter la perméabilité ; l'essor du gaz de schiste ces dernières années a été stimulé par l'utilisation à grande échelle de la technique de fracturation hydraulique. Le taux de récupération possible est de l'ordre de 20 à 40 %. Les schistes qui ont un potentiel économique de production gazière partagent un certain nombre de caractéristiques ; ils sont riches en matière organique (0,5 % à 25 %), et sont habituellement des roches sources pétrolières à l'origine de gaz thermogéniques (l'action de la chaleur et les pressions élevées convertissent le pétrole en gaz naturel). Ces schistes doivent être assez fragiles et assez rigides pour se fracturer et maintenir les fractures ouvertes. Dans certaines régions, les couches schisteuses à fort rayonnement gamma naturel sont réputées plus productives : un niveau élevé de rayonnement gamma est souvent corrélé à une forte teneur en carbone organique. Ce sont souvent des schistes gris foncés, éventuellement carbonés et calcaires. Une partie du gaz provient des fractures naturelles, le reste étant piégé dans les pores ou absorbé dans la matière organique. Le gaz libre des fractures est immédiatement accessible ; le reste n'est libéré que plus lentement et sous la pression créée via le puits et avec l'aide d'additifs chimiques.

Illustration comparant l'exploitation des gaz de schiste à d'autres types de gisements de gaz naturel.

Technique d’extraction Le procédé commun s'appuie sur le forage directionnel (souvent horizontal), associé à la fracturation hydraulique, d'un grand nombre de puits. Le forage directionnel consiste à forer non pas verticalement, mais à une profondeur et un angle qui permettent au puits de rester confiné dans la zone potentiellement productrice, comme le montre le schéma ci-dessus. La fracturation hydraulique consiste à provoquer un grand nombre de micro-fractures dans la roche contenant le gaz, permettant à celui-ci de se déplacer jusqu'au puits afin d'être récupéré en surface. La fracturation est obtenue par l'injection d'eau à haute pression dans la formation géologique, autour du point d'injection. On ajoute des additifs dans l'eau afin d'améliorer l'efficacité de la fracturation : du sable de granulométrie adaptée, qui va s'insinuer dans les micro-fractures et empêcher qu'elles se referment ; des biocides destinés à réduire la prolifération bactérienne dans le fluide et dans le puits ; des lubrifiants qui favoriseront la pénétration du sable dans les micro-fractures ouvertes par la pression de l'eau ; des détergents qui augmentent la désorption du gaz et donc la productivité des puits. La multitude de puits forés en fait une technique inadaptée aux milieux urbanisés. Les méthodes d'extraction des hydrocarbures de roche-mère actuellement employées sont anciennes: le forage horizontal est généralisé depuis les années 1980, et les débuts de la fracturation hydraulique remontent à 1948. Plus de 10 000 fracturations sont effectuées chaque année dans le monde, y compris pour la géothermie ou la production d'eau potable. Selon des] professionnels[ le coût total d'un seul forage s'élèverait entre 8 à 10 millions de dollars dont 40 à 50 % pour la plateforme de forage, 8 à 10 % pour l’acquisition des tubes et coffrages et 30 à 40 % pour la fracturation hydraulique. Une fois l'exploitation terminée car la ressource épuisée, le forage est refermé avec des bouchons de ciment mesurant entre 50 et 100 m d'épaisseur à plusieurs niveaux différents.

Plateforme de forage horizontal de Chief Oil & Gas dans les Appalaches.

Aspects économiques: Aspects micro-économiques - Rentabilité des extractions Bien que des gaz de schiste soient exploités commercialement depuis plus d'un siècle dans le bassin des Appalaches et dans le bassin de l'Illinois aux États-Unis, ces puits n'étaient rentables sur le plan économique que grâce à une forte déréglementation et une politique active de subventions, sous forme de crédits d'impôts. La hausse des prix du gaz naturel des années 2000 et les progrès technologiques enregistrés dans le domaine de la fracturation hydraulique et des forages horizontaux ont cependant amélioré la rentabilité du gaz de schiste. Ses coûts de production sont généralement plus élevés que pour les gisements traditionnels, en raison des coûts élevés du forage horizontal et de la fracturation hydraulique. Et il existe des incertitudes sur la rentabilité de leur exploitation sur d'autres zones géographiques, d'autant que dans le même temps, la forte production aux États-Unis, liée à une demande de gaz moindre a fait chuter le cours du gaz. L'Amérique du Nord est le chef de file dans le développement et la production de gaz de schiste. Le succès économique du Barnett Shale au Texas a stimulé la recherche d'autres sources de gaz de schiste aux États-Unis et au Canada.

Aspects économiques: Aspects macro-économiques - Enjeux géo-stratégiques Alors que les zones d'exploitation de gaz naturel sont concentrées sur quelques pays, dont la Russie, les gisements de gaz de schiste sont eux présents en Amérique du Nord, en Asie et en Europe. La Russie, qui détient 20 % des réserves de gaz naturel, est le premier exportateur mondial. L'exploitation des gaz de schistes permettrait ainsi aux trois autres blocs de diminuer leur dépendance à l'égard de la Russie. Une autre partie du gaz produit dans le monde provient de co-produits de la production pétrolière, et cette source d'approvisionnement diminuera au même rythme que celle du pétrole10. Pour ces raisons, et si la rentabilité est avérée, il est stratégique pour les États d'utiliser cette ressource qui leur permettrait de réduire leur dépendance énergétique. Tout comme il est stratégique pour les compagnies pétrolières d'être présentes sur ce créneau qui demande un fort savoir-faire. Aux États-Unis, où la production était initialement le fait de petites entreprises, un mouvement de concentration s'est opéré, avec le rachat de celles-ci par des entreprises pétrolières9. Pour une partie de ses opposants, l'exploitation des gaz de schiste retarderait le développement de politiques d’efficacité et d’économie d’énergie et celui des énergies alternatives comme les énergies renouvelables. Ce dernier argument n'est cependant pas partagé par tous. Pour ses défenseurs, loin d'empêcher le développement des énergies renouvelables, la production d'hydrocarbures de schiste permettrait de remplacer des importations extrêmement coûteuses et risquées11. À l'inverse, les conséquences économiques sur d'autres secteurs que l'industrie énergétiques sont insuffisamment prises en compte. Des retombées négatives, via les pollutions engendrées, ont été identifiées dans le secteur des eaux de source et eaux potables12, et ont donné lieu à une forte opposition, au moins en France, dans les secteurs du tourisme et de l'agriculture. La conjonction d'intérêts stratégiques pour les uns, devant amener les États à subventionner le secteur, et les milliards déjà dépensés pour les autres, liés aux incertitudes sur la rentabilité de l'exploitation fait craindre l'avènement d'une bulle spéculative.

Risques et dangers sur l’environnement1: Conséquences de l’exploitation de gaz de schiste sur l’environnement : C’est vers l’année 2010 que les décideurs, experts et spécialistes commencent à enregistrer les vrais incidents sur l’environnement des différentes exploitations de gaz de schiste qui ont été menées aux Etats Unis d’Amérique (USA), nous pouvons en citer ; Les fuites importantes de gaz dans l’atmosphère La contamination des nappes phréatiques Les impacts sur la santé publique

Risques et dangers sur l’environnement2: Risques liés à l’exploration et à l’exploitation des gaz de schiste : Des dizaines de risques peuvent être énumérés, mais les plus importants lors du début de l’exploitation ou de l’exploration sont ; Les risques multiples : destruction des paysages et pollution des secteurs de forage, à cela, il faut ajouter les importantes quantités d’eau nécessaires à la fracturation hydraulique. Les opérations techniques sont plus nombreuses et plus complexes dans le cas de fracturation hydraulique qu’avec les forages traditionnels. Les risques sont liés à l’utilisation des additifs de fracturation et à des problèmes éventuels de fuites de tubage et de percolation des produits liés à l’extraction avec des nappes phréatiques et liées aux obligations des opérateurs vis-à-vis de la législation.

Risques et dangers sur l’environnement3: Risques, contraintes et conséquences de l’extraction des gaz de schiste : Les risques post-exploitation sont encore plus dévastateurs, nous citons ce qui suit ; Détérioration/destruction du cadre paysager, dégradation de la qualité des paysages : forage d’un grand nombre de puits (tous les 200 à 500 m aux USA). Risque pour l’eau potable (pollution des nappes phréatiques, pollution des sources minérales profondes). Contamination des nappes phréatiques superficielles par des gaz et des fluides de fracturation (défaut de cimentation de la partie supérieure du forage). Volumétrie de l’eau nécessaire à la fracturation (entre 9000 et 20000 m3 par forage selon les sources Total-Ministère de l’écologie français). Traitement des effluents Traitement et rejets/re-largage des résidus d’effluents, composés chimiques du cocktail d’hydro-fracturation+composés chimiques des sols en place (métaux lourds, radionucléides, radon, uranium, radium etc.…). Les équipements industriels qui gèrent l’extraction des gaz de schiste (phase de prospection ou de production) peuvent être soumis à des accidents ou à des risques naturels : explosions, incendies, précipitations, tempêtes, orages cévenoles, inondations, séismes et. Les couches de schiste qui ont la plus grande productivité sont également celles qui ont un fort rayonnement gamma naturel, donc risque pour la santé. Incendies et explosions accidentels ou criminels des puits Fuites de gaz dans l’environnement ; le rejet accidentel de CH4 dans l’atmosphère accroit les GES.

Bilan énergétique global et émissions de gaz à effet de serre Le calcul du bilan total au regard de la contribution à l'effet de serre implique d'ajouter au CO2 issu de la combustion du gaz, celui qui est issu du pétrole dépensé pour la construction et le fonctionnement des puits, mais aussi le méthane qui fuit vers l'atmosphère lors de l'extraction et lors du transport du gaz. Des fuites sont visibles (en infrarouge, montrées par le film Gasland), et la NOAA avait déjà identifié en 2007 des panaches occasionnels d'air pollué par du méthane, du butane et du propane15, puis en 2008 à partir de nouveaux équipements dans la région, permettant un échantillonnage et analyse en temps réel qui ont montré comme origine le bassin Denver-Julesburg, où plus de 20.000 puits de pétrole et de gaz ont été forés en 40 ans. Une quantification plus fine des fuites a été faite dans ce bassin en 2011 par deux équipes distinctes, de l'Université Cornell et de l'EPA (Environmental Protection Agency) ; Ces deux équipes ont conclu en 2011 qu'on manquait encore de données fiables (peu de mesures réelles de terrain, malgré la présence de dizaines de milliers de puits) mais selon les données disponibles, les émissions de méthane provenant des gaz de schiste étaient beaucoup plus élevées que ce qu'affirmait l'industrie gazière. Sur la base des données de l'EPA et de l'industrie gazière elle-même, Robert Howarth (Université Cornell) affirmait en 2011 dansClimatic Change Letters que l'empreinte carbone du gaz de schiste dépassait celle des puits de gaz conventionnels ; En effet, chaque puits de gaz de schiste perd de 3,6 % à 7,9 % de son méthane dans l'atmosphère (c'est 30 % à 200 % de plus qu'à partir d'un puits conventionnel)16. R. Howart a proposé d'appliquer à ces pertes non plus l'indice de pouvoir de réchauffement global (PRG) retenu par le 4e rapport d’évaluation du GEIC (soit 72 fois le pouvoir réchauffant du CO2 pour une période de 20 ans), mais l'indice proposé en 2009, par Drew Shindell de la NASA, plus élevé de 23 % en moyenne, car intégrant les interactions climatiques des gaz à effet de serre (GES) avec les aérosols particulaires de l'air, alors l'empreinte en équivalent CO2 d’un puits de gaz de schiste en 20 ans serait de 20 à 50 % plus élevée que si on avait utilisé du charbon pour produire la même quantité d'énergie16,17. En 2012, le caractère massif des fuites de méthane était confirmé par des analyses faites en 2011-2012, publiées dans un rapport de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) dans le journal Nature (février 2012) ; Le CH4 perdu dans l'air l'est en quantité au moins deux fois supérieur à ce qu'annonçaient les industriels gaziers14 ; dans le bassin Denver-Julesburg (près de Denver) en exploitation ce sont dans ce bassin environ 4 % de la production qui sont perdus dans l'atmosphère (sans prendre en compte d'autres pertes à partir des systèmes de canalisations et de distribution). Ces chiffres confirment l'évaluation de Howarth de 2011, qui avait été contestée par l'industrie gazière et certains universitaires. Le processus de fracturation implique que de premiers rejets irréguliers (bulles de gaz et "rots de production" que les sociétés gazières rejettent dans l'air au début (durant un mois voire plus)14. Ce n'est que quand la production est régulière que le puits est relié à un pipeline14. En fin de vie, d'autres fuites plus diffuses peuvent survenir. Les nouvelles données de terrain montrent qu'une petite partie du CH4 perdu provenait de réservoirs de GPL (stocks avant expédition), « mais une grande partie de celui-ci (le CH4) est juste du gaz brut fuyant de l'infrastructure », avec de 2,3 à 7,7 % de perte, soit une estimation moyenne de 4 %, légèrement plus élevée que celle faite par l'université Cornell en 2011 (de 2,2 % à 3,8 %) pour les puits et la production de gaz de schiste. Cette estimation est également plus élevée que celle, précédente de l'EPA (qui a révisé sa méthodologie, « ce qui a en 2011 à peu près doublé l'inventaire officiel des émissions de l'industrie du gaz naturel au cours de la dernière décennie aux États-Unis »14. 1,9 % du gaz perdu durant la durée de vie d'un forage s'échappe du puits lui-même à la suite de la fracturation. Capter et stocker ce gaz et ceux issus du processus de fracturation est techniquement faisable, mais trop couteux selon l'industrie gazière14. L'EPA a annoncé pour avril 2012 un règlement promouvant de tels changements en réglementant les émissions des champs gaziers14. Robert Howard précise que le gaz de schiste aurait pu avoir un certain avantage sur le charbon s'il était uniquement brûlé dans des centrales performantes pour produire l'électricité, mais hélas, seuls 30 % du gaz américain servent à faire de l'électricité, 70 % étant affectés au chauffage individuel, qui ne bénéficie pas d'un tel avantage14. L'administration Obama aux États-Unis estime toutefois que l'intensification de l'exploitation des gaz de schiste permettra de réduire les émissions de gaz à effet de serre18. Cependant, la production et le transport ne peuvent éviter des rejets accidentels ou délibérés de méthane, principal constituant du gaz naturel, dont le potentiel de réchauffement global est très élevé.

Ces données (201214) montrent que les fuites de CH4 du bassin gazier de Denver dans l'air ont été très sous-estimées par l'industrie. Ces chiffres confirment le bilan négatif du gaz de schiste en termes d'empreinte carbone, annoncé en 2011 par R Howard.

Impact sur l'eau et l'air du site Les préoccupations officielles pour les impacts environnementaux et sanitaires induits par la fracturation hydraulique apparaissent vers 2010, notamment avec l'EPA qui - à la demande du Congrès américain - a décidé d'étudier (de 2010 à 2012) ses conséquences sur les eaux potables et la santé publique, après la publication d'une première synthèse en 2004, et de fortes alertes enregistrées sur la zone de Barnett Shale par la revue American Scientist. Ces alertes sur des émissions importantes de gaz carcinogènes dans l'environnement ont été confortées par le film documentaire Gasland de Josh Fox. Celles sur la contamination de nappes phréatiques superficielles par du gaz et des fluides de fracturation, a fait l'objet d'explication de l'Institut Français du Pétrole, qui les attribue à un défaut de cimentation de la partie supérieure du forage21. Le congrès américain a réservé en 2010 un budget pour ces questions et l'EPA a confié à son Bureau de recherche et développement (Office of Research and Development ou ORD) une étude scientifique à lancer en 2011, après des ateliers de travail et consultations d'experts (de juillet à septembre 2010) et appel public à expertise23 concernant les effets possibles de la fracturation hydraulique sur les ressources en eau potable. L'EPA prévoit une évaluation de l'étude par des pairs. Des manifestations de citoyens et d'associations ont eu lieu dans divers pays en opposition à ce mode d'extraction ainsi qu'à l'usage continu d'énergies fossiles. Selon des études récentes , « On utilise dans les techniques de forage des centaines de produits chimiques qui sont pour la plupart toxiques, voire cancérigènes. Ces polluants peuvent s’infiltrer dans les nappes phréatiques, contaminer l’eau que nous consommons et donc avoir des effets sur notre santé. A cela s’ajoute la question du retraitement des eaux usées qui remontent à la surface et que nous ne savons pas traiter… » expliquait le Dr Pierre Souvet, Président de l’ASEF dans un communiqué de presse25. L’ASEF s’est mobilisée pour lutter contre l’exploitation de ce gaz en France et a dénoncé ses dangers sur la santé. Dans une dépêche AFP datée du 28 août 2012, l'ASEF dénonçait les dangers de l'exploitation des gaz de schiste sur la santé26. Trois jours plus tard, l'Amicale des foreurs et des métiers du pétrole (AFMP) s'insurgeait contre ces déclarations

Consommation d'eau Chaque forage nécessite une quantité importante d'eau. Seule une partie de l'eau est récupérée, polluée par les additifs des fluides de fracturation. En 2012, la sécheresse aux États-Unis a opposé les agriculteurs et certaines villes aux pétroliers pour l'accès à la ressource. Ainsi, au Texas (en situation de sécheresse depuis l'été 2011), des municipalités ont prohibé l'utilisation de l'eau pour les forages et d'autres villes en ont interdit le transport. Le 16 juillet, la Pennsylvanie a interdit à la soixantaine de sociétés de forage qui exploitent notamment le gisement Marcellus de pomper l'eau de certaines rivières, alors que les pétroliers texans et du Montana ou du Dakota peinaient également à s'approvisionner en eau. Dans certains états les agriculteurs qui avaient les droits sur l'eau vendent leur eau aux pétroliers à un prix qui a plus que doublé suite à la canicule, ce qui a ainsi freiné l'implantation de nouveaux puits. Les agriculteurs du Colorado voient des sociétés de forage plus riches qu'eux qui achètent l'eau lors des ventes aux enchères des ressources hydrauliques (moyen courant d'attribution de cette ressource aux États-Unis). Au même moment le secteur nucléaire et d'autres centrales électriques risquent de manquer d'eau pour leur refroidissement.

Les risques sismiques Selon le British Geological Survey, le centre britannique des tremblements de terre, il existe un lien bien connu entre fracturation hydraulique et tremblements de terre. En juin 2011, la société Cuadrilla Resources a du interrompre son activité d'exploration dans le nord-ouest de la Grande-Bretagne, en raison de plusieurs séismes de magnitude 1,5 à 2,3. Plus qu'à la fracturation des roches, ces séismes seraient principalement dus à l'injection d'eau. Le phénomène avait été constaté dans le Colorado en 1960, alors que l'armée américaine se débarrassait par injection dans le sous-sol d'armes chimiques. Le séisme enregistré d'une magnitude de 5,5 sur l'échelle de Richter avait conduit à l'arrêt de ces injections

Intérêts antagonistes et lobbying Du fait des intérêts contradictoires, et d'une sensibilité de la population plus réceptive aux aléas environnementaux directs qu'aux enjeux géopolitiques, le sujet des gaz de schiste fait l'objet de fortes controverses. Des manifestations se sont déroulées pour demander l'interdiction de l'utilisation de cette technique.