Les risques de l’exploration et de l’exploitation des gaz de schistes François Renard ISTerre, Univ. J. Fourier & CNRS, Grenoble Deuxième Journée CNRS.

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1 Les risques de l’exploration et de l’exploitation des gaz de schistes François Renard ISTerre, Univ. J. Fourier & CNRS, Grenoble Deuxième Journée CNRS de Dialogue sur la Transition Energétique 22 octobre 2013, Paris

2 Le gaz de shale (ou de schiste) en quelques mots Le gaz de shale est un gaz naturel (= méthane) le plus souvent enfoui à très grande profondeur (1500 à 3000 m), dans des roches compactes et imperméables. Ses réserves sont considérables et bien réparties dans le monde : on estime qu'elles pourraient fournir 120 à 150 ans de la consommation actuelle de gaz naturel. En Europe, les réserves de gaz de shale sont estimées entre 3 000 à 12 000 milliards de m 3 (entre 75 et 300 ans de consommation annuelle de la France). L’évaluation de ces réserves fait actuellement débat (par exemple en Pologne: entre 30 et 440 ans de consommation du pays, Exxon a arrêté l’exploration).

3 L’état de la connaissance académique: gaz de shale Nombre annuel de publications scientifiques ayant pour sujet « shale gas » ou « gas shale » dans le catalogue « Web of Science » entre 1975 et 2012. Leur nombre augmente fortement depuis 2007 (données au 31 Décembre 2012). Une grande partie de la connaissance est « privée » (compagnies pétro-gazières) 374 publications, 1975-2012

4 Les impacts environnementaux Technique de fracturation hydraulique par puits horizontaux et enjeux environnementaux associés à la production de gaz de schiste. Image de fond : Schlumberger.

5 Gasland by Josh Fox Risque de contamination des nappes phréatiques et de l’atmosphère Dans le film Gasland, l’origine du méthane a fait débat: biogénique (marais) ? gaz de shale ? contamination de surface ?

6 Trois origines possibles du méthane observé en surface 1- Méthane biogénique: généré par la respiration des microorganismes dans les couches plus superficielles 2- Méthane géogénique: flux naturel dans les zones de failles de fortes pressions 3- Méthane géogénique: fuites induites par les activités de fracturation Différentiation possible des origines par la signature chimique et isotopique. Un débat scientifique qui a débuté en 2010 et qui s’est terminé en 2013: les fuites de méthane proviennent d’une mauvaise étanchéité de certains puits.

7 L’expérience américaine: des puits d’eau avec une teneur élevée en méthane, dans un rayon de 1 km de puits de production Jackson et al., PNAS, 2013 = 141 mesures Osborn et al., PNAS, 2011 = 34 mesures

8 Extension verticale des fractures Fisher & Warpinski, SPE, 2012

9 Sismicité induite: elle est faible car les volumes d’eau injectés sont plutôt faibles et les injections sont de courtes durées (quelques heures à quelques jours). La magnitude est très faible. La sismicité induite est différente de la sismicité déclenchée, possiblement plus forte. Coupe au travers d’un puits de stimulation montrant six épisodes d’hydrofracturation et la sismicité induite (magnitude -1,0 to -2,5) en moins de 24 heures. Warpinski et al., 2005 Risque sismique

10 On 26 April 2012, Asahi Shimbun reported that United States Geological Survey scientists have been investigating the recent increase in the number of magnitude 3 and greater earthquake in the midcontinent of the United States. Beginning in 2001, the average number of earthquakes occurring per year of magnitude 3 or greater increased significantly, culminating in a six-fold increase in 2011 over 20th century levels. A researcher in Center for Earthquake Research and Information of University of Memphis assumes water pushed back into the fault tends to cause earthquake by slippage of fault… …Until two years ago Oklahoma typically had about 50 earthquakes a year, but in 2010, 1,047 quakes shook the state…. …U.S. Government Confirms Link Between Earthquakes and Hydraulic Fracturing… Risque sismique La réinjection souterraine de fluides de forage ou de production peut induire une sismicité. Quelques exemples récents: -Crise sismique de Bâle en 2009, dans le cadre d’un forage géothermique profond -Crises sismiques dans l’Arkansas en 2011 dues à la réinjection de fluides de forage (gaz de shale)

11 Carte de la sismicité induite aux USA à l’occasion de diverses injections de fluide Source: Induced seismicity potential in energy technologies, National Research Council of the National Academies; The national Academies Press Washington, 2012

12 Ce qui est spécifique aux gaz de shale -Mise en contact avec un aquifère profond du fait du réseau de fissures existant. -Mise en contact avec un aquifère profond du fait d’une fracturation progressant vers la surface. -Emploi du procédé à une très grande échelle avec multiplication des puits.

13 Ce qui n’est pas spécifique aux gaz de shale -Mauvaise étanchéité du tubage (casing) au passage d’un aquifère -Fuite de surface (arrive aussi pour les gisements conventionnels) -Traitement des eaux de forage (lixiviation, réinjection souterraine, filière de traitement en surface) -Remplacement d’additifs dangereux par des équivalents moins nocifs (REACH)

14 Quelles alternatives pour l’exploitation des gaz de schistes ? Réactiver le plus efficacement le réseau de fissures existantes sans créer trop de nouvelles fissures Augmenter la densité de fissures et non l’étendue de la fissuration Eviter d’utiliser un fluide de fracturation « stratégique » pour l’environnement Définir des normes d’exploitation et éviter les fuites Deux pistes : Changer le fluide de fracturation Changer le chargement

15 Mieux étanchéifier les puits et suivre les fuites Concept multi-barrière dans la construction des puits Gestion du sous-sol limitée à des opérateurs agréés par l’Etat Monitoring et surveillance des aquifères de surface et des fuites dans l’atmosphère

16 Une communauté scientifique française à organiser sur l’étude des risques et les développements technologiques Vers un site pilote pour la recherche publique, à vocation fondamentale et appliquée ? Ce type de recherche est autorisé par la loi du 13 Juillet 2011. - Réalisation d’un état zéro avant tout début d’étude - Forages profonds et complétions adhoc pour assurer la collecte d’échantillons - Plateformes d’essais des échantillons au laboratoire - Essais hydrauliques in-situ et monitoring (sismicité, composition des fluides, fuites) - Transparence des données et des résultats (ouverture aux associations