Géologie

Quelques éléments pour mieux comprendre les impacts des forages

Le sous-sol n'est pas inerte

Nos ancêtres ont créé de nombreux mythes à propos du monde souterrain qu’ils percevaient comme vivant, en interaction avec la vie en surface et celle des humains en particulier. En ce sens, ils avaient une meilleure intuition que l’homme occidental moderne qui n’hésite pas à transpercer, salir et piller ces roches qui dans un subtil accord scellé avec l’atmosphère ont permis la vie, le développement des plantes et des animaux.

Le sous-sol est très généralement conçu comme un monde minéral et inerte. Il est pourtant en transformation et mobilité perpétuelles (quoiqu’extrêmement lentes) et le manifeste de temps à autres par des événements ponctuels et donc visibles (effondrements, éruptions, séismes).

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On voit sur le schéma ci-dessus qu’il consiste en une mince couche rocheuse de 6 à 40 km, en orange (croûte continentale) et en noir (croûte océanique). Il est constamment soumis au déplacement des plaques tectoniques et donc à des pressions gigantesques, ainsi qu’à des transformations physico-chimiques (sous l’effet de la température, de l’érosion, des échanges liquides et gazeux…). 

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Source : geol-alp.com Source : seismo-ethz

Le sous-sol n’est pas un sage empilement de tapis bien distincts, isolés par leurs spécificités minérales. Les schémas présentés ci-dessus illustrent la compréhension que l’on peut avoir de la formation des Alpes, du Plateau Suisse et du Jura sous l’effet de la poussée de la plaque africaine. Au rythme du temps géologique (milliers et millions d’années), les différentes couches géologiques peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres, se plisser, glisser sous une autre ou au contraire la recouvrir ; elles peuvent aussi se fracturer (failles) et donner ainsi naissance à des plans verticaux ou obliques selon lesquels les roches continueront à se déplacer de façon préférentielle. Une video-animation en ligne permet de suivre en accéléré la formation des Alpes, du Lac Léman, du plateau molassique et du Jura.

Les failles principales sont visibles en surface, mais leur profondeur reste précisément inconnue. Les failles peuvent être plus ou moins importantes, plus ou moins ouvertes, elles constituent des espaces de circulation pour les fluides et les gaz et sont aussi des zones sensibles en cas d’événement sismique. Elles se mesurent en km ou hm.

Les événements tectoniques, les changements de pression et de températures, des transformations chimiques peuvent par ailleurs donner lieu à des ruptures de plus petite échelle : on parle alors de fractures, de fissures (dam, m) et de microfissures, elles ne concernent qu’un type de roche particulier dans le contexte dans lequel elle se situe : profondeur, pression, température.

Le sous-sol est essentiellement minéral, mais il abrite aussi une vie microbienne anaérobie importante, encore mal connue et d’une grande diversité : elle s’adapte à des conditions de vie souvent extrêmes aussi bien physiques (pression, température, radioactivité) que chimiques (acidité, salinité…). Certaines bactéries sont très agressives pour le matériel de forage, c’est la raison pour laquelle des biocides sont toujours intégrés à la soupe chimique que constituent les boues de forage ou le liquide de fracturation.

Les interventions humaines (creusement de mines, forages et carottages, enfouissements, frackings et explosions de toutes sortes) constituent des intrusions qui interagissent avec les milieux rencontrés. Elles vont démarrer de nouveaux processus et créer et/ou accélérer des échanges entre des milieux différents, caractéristiques des profondeurs auxquelles chacun se situe.

 

Notions et terminologie de base

La porosité d’une roche se définit par les vides existants au sein de cette roche. Ces espaces peuvent être plus ou moins denses et plus ou moins volumineux. Cette caractéristique permet l’éventuelle richesse d’un gisement ou d’un aquifère : un même volume de roche pourra contenir plus ou moins d’hydrocarbures ou d’eau.

La perméabilité d’une roche c’est la possibilité plus ou moins grande de communication entre ces différents espaces. Une roche est imperméable lorsque gaz ou liquide ne peuvent pas circuler à travers, mais elle peut cependant en contenir dans des interstices qui ne communiquent pas : c’est le cas des roches qui contiennent les gaz et huile dits « de schiste ». Une roche de gisement d’hydrocarbures conventionnels est au contraire perméable : l’ascension naturelle des hydrocarbures vers la surface y est bloquée uniquement par une couche rocheuse imperméable située juste au-dessus.
L’unité de mesure de la perméabilité est le darcy qui se divise en millidarcy, microdarcy et nanodarcy.

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Source : Total

Sur son site web, Total propose ce schéma d’ordonnancement des différents types de gaz selon la perméabilité de la roche dont ils sont issus.

La rigidité d’une roche est une caractéristique importante lorsqu’il s’agit d’apprécier l’efficacité de la fracturation hydraulique. Une roche très argileuse (+ de 40%), donc relativement élastique, donnera de mauvais résultats.

Un aquifère est une roche perméable ou une formation de type sables ou graviers qui contient de l’eau. Son identification suppose qu’il soit au moins partiellement isolé d’autres aquifères par des couches relativement imperméables. Une nappe phréatique est l’eau qui circule dans un aquifère donné. Les nappes phréatiques sont alimentées par les eaux de surface à l’exception des eaux salées présentes en profondeur et datant de l’époque de formation des sédiments.

 

Pour la formation des hydrocarbures (gaz naturel et pétrole), vous trouvez quelques données de base sur cette page.

Les technologies développées pour l’extraction dans le sous-sol profond des hydrocarbures ou pour la géothermie sont présentées sur les pages suivantes :

Fracturation hydraulique

Étanchéité des puits de forages