La fracturation hydraulique, c’est quoi au juste ?

C'est une technique déjà ancienne : elle a été utilisée pour la première fois en 1947 pour « stimuler » des gisements de pétrole en fin d’exploitation et elle continue à être utilisée dans ce but. Elle consiste à envoyer par le puits de forage de l’eau sous très haute pression de façon à fracturer la roche et libérer l’hydrocarbure emprisonné.

Cette technique a acquis une grande notoriété auprès du grand public grâce à son développement et son utilisation à grande échelle pour l'extraction des hydrocarbures de schiste (SGF). Elle est aussi maintenant utilisée en géothermie (EGS) pour créer dans des couches géologiques profondes et chaudes un réservoir poreux.

D'autres technologies ont été testées pour fracturer la roche, soit pour une meilleure rentabilité, soit plus récemment  pour éviter les impacts environnementaux de la fracturation hydraulique. Elles ont été abandonnées ou restent encore à l'état expérimental.

 

Fracturation hydraulique SGF "Shale gas fracking"

Depuis 2002, le principe a été développé pour l’exploitation du gaz de schiste en le combinant avec la technique du forage horizontal en profondeur qui réduit le nombre de forages verticaux.
Un puits vertical est d’abord foré jusqu’à la roche-mère (1500 à 4000 m), il est ensuite prolongé par un puits horizontal qui suit la couche géologique sur 1000 à 2000 m.  Les fracturations sont provoquées depuis le puits horizontal (10 à 20 orifices ouverts) et se propagent horizontalement sur environ 200 m et verticalement sur 10 à 70 m (ces chiffres varient quelque peu selon les sources). Des divergences existent dans les milieux scientifiques sur le contrôle réel du développement des fracturations, aussi bien en terme de mesure qu’en terme de réalisation.

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 Source : Total.com  Source : IFPEN d'après Zoback et al.

 


Le fluide injecté à très haute pression est composé essentiellement d’eau (90 à 95 %), mais aussi de sable (4 à 10 %) pour maintenir ouvertes les fissures, et d’additifs chimiques (0.5 à 0.15 %) nécessaires à la fracturation et à la protection du matériel (fluidifiants, dissolvants, antibactériens…). La quantité d’eau utilisée pour la fracturation d’un puits est généralement estimée à 10'000-20'000 m3. Le volume des additifs peut donc être estimé parallèlement à 15-100 m3 (la capacité d’un camion-citerne courant varie de 15 à 35 m3). Le trafic de camions généré par un puits est estimé à celui de 900 à 1300 camions. La composition de ces additifs varie selon les compagnies (chacune a ses recettes et ses secrets), selon les gisements (caractéristiques géologiques) et selon le temps (des recherches sont constamment menées pour améliorer la rentabilité, l’efficacité et pour trouver des solutions aux problèmes environnementaux).

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Photos réalisées sur le site de forage d'Ahnet en Algérie en février 2015

Une partie de ce fluide (10-20 à 40-80 % selon les sources) remonte à la surface après la fracturation et pendant l’exploitation. Au cours de son voyage souterrain, il se charge de matériaux présents naturellement dans la roche mère (métaux lourds et éléments radioactifs) ainsi que de substances chimiques nouvelles générées pendant la fracturation qui peuvent être aussi extrêmement toxiques. Ce qui est récupéré est stocké en surface dans des bassins de décantation ou dans des citernes et doit être recyclé comme un déchet industriel. Le restant, soit 90 à 20 % reste au fond du puits.

 

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Source : NewsFirst5.com Source : wvxoro.org

 

L’exploitation du puits peut alors commencer, la production est importante pendant les 2 premières années, puis très réduite ; il est nécessaire de procéder rapidement au forage d’un nouveau puits pour maintenir la production. Afin de limiter l’impact au sol (comme dans la photo ci-dessous), on utilise un même site de forage pour plusieurs puits, jusqu’à 30 puits pour un cluster. Occupation du sol : en savoir plus...

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Google map "Comté de Johnson au Texas" Source : Total.com
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Profil de production d'un puits de gaz naturel conventionnel Profil de production d'un puits de gaz de schiste
Source : Global Chance


Après 6 à 10 ans d’exploitation, le rendement est si faible qu’il ne se justifie plus commercialement. Le puits est bouché et abandonné. Seul 20 % du gaz contenu dans la zone fracturée peut être  récupéré.

Pour approfondir en français ce thème et prendre connaissance de l'état des connaissances scientifiques, la ressource canadienne est bienvenue :


Le Collectif scientifique sur la question du gaz de schiste au Québec regroupe 170 scientifiques de différents champs disciplinaires, rattachés à une institution d'enseignement supérieur ou à une structure de recherche indépendante de l'industrie gazière et pétrolière. Son site donne accès à de nombreux rapports, conférences, articles. Ce collectif est opposé à l'exploitation du gaz de schiste.

Le rapport des Académies canadiennes sur les incidences environnementales liées à l'extraction du gaz de schiste au Canada remis en janvier 2014 et réalisé par un comité d'experts canadiens et étasuniens : une évaluation "objective"  de l'état des connaissances sur le sujet (30 pages de bibliographie).

Le rapport du BAPE sur les enjeux liés à l’exploration et l’exploitation du gaz de schiste, remis au gouvernement québecois en novembre 2014 : il fait la synthèse d'une information lancée depuis 2011 auprès des administrations publiques, des universités, des entreprises, des communes, des associations et de tout citoyen souhaitant exprimer son opinion sur ce sujet. Tous les aspects liés à cette exploration sont abordés (environnement, économie, politique, sociologie...). Le rapport a conclu, à la grande satisfaction des environnementalistes, que rien ne permettait d'avancer que le Québec tirerait profit des activités de cette industrie sur son territoire.

 


Fracturation hydraulique EGS (Enhanced Geothermal system)

La géothermie hydrothermale permet de produire de la chaleur et/ou de l'électricité en utilisant un gisement d'eau chaude naturellement présent dans certains sous-sol. Pour l'exploiter il suffit de forer 2 puits et de créer un circuit entre le sous-sol et la surface. Le projet de Saint-Gall était un projet de ce type.

La géothermie petrothermale crée artificiellement un réservoir d'eau dans des roches profondes et chaudes : ces roches sont fissurées par la fracturation hydraulique, on y injecte ensuite de l'eau et l'on peut ainsi mettre en place un circuit comme dans le cas de la géothermie hydrothermale. Cette technologie est encore expérimentale en Suisse (projet abandonné en 2006 à Bâle et projet en cours à Glovelier/Haute-Sorne).

Geothermie_profonde_hydrothermale_Principe_1.jpg Geothermie_profonde_petrothermale_Principe_1.jpg
Géothermie hydrothermale
Source : Geo Energie Suisse 
Géothermie petrothermale
Source : Geo Energie Suisse 

Les risques reconnus pour cette technologie encore balbutiante sont essentiellement d'ordre sismique. Les risques de pollution chimique sont niés : il n'y aurait pas d'additifs chimiques dans le liquide de fracturation. Cet article développe les différents arguments des spécialistes assurant que les techniques EGS et SGF sont complètement différentes quant à leur impact environnemental.

Il n'en reste pas moins qu'en géothermie pétrothermale  des produits "autres que l'eau" doivent être utilisés pour faire le forage, puis pour la fracturation. Par ailleurs, la roche fracturée peut libérer de nouveaux éléments indésirables en surface ou dans les nappes phréatiques. Comme l'étanchéité des puits ne peut être assurée à long terme, la pollution des couches géologiques traversées est probable au moins à long terme...


Les alternatives à la fracturation hydraulique

Même si les risques de pollution chimique sont niées par les compagnies petro-gazières, plusieurs d'entre elles investissent dans la recherche de techniques de fracturation propre.

La fracturation de la roche par injection de CO2, de propane , d'hélium ou  d'air, la stimulation par arc électrique, sont actuellement étudiées expérimentalement, mais ne sont pas sans défauts (explosion, séisme, coûts énergétiques...). Aucune d'entre elles n'est en tout cas véritablement opérationnelle à l'heure actuelle contrairement à ce que laissent croire les représentants de Petrosvibri en Suisse, à propos de l'exploitation des gaz compacts repérés sous le Lac Léman en 2010.

Dans les années 60 de « valeureux » chercheurs souhaitant utiliser la bombe atomique pour des objectifs de paix ( !) ont fait plusieurs essais de fracturation de la roche-mère  avec des bombes atomiques plus puissantes que celles utilisées à Hiroshima. Malheureusement le gaz qui en est sorti était radioactif, on l’a brûlé (tant pis pour ceux qui vivaient sous la fumée…) et l’on a bouché les puits (combien de temps cela tiendra-t-il… méthane radioactif en déshérence…). L’incroyable projet Gasbuggy, un été de folie en 1967 dans le Nouveau Mexique. Science n'est pas raison...