Le gaz naturel
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Ils représentent d’importantes réserves souterraines dont l’exploitation demeure complexe et coûteuse. Le gaz de schiste est un gaz piégé dans une roche-mère très peu poreuse et très peu imperméable. Le gaz de charbon est naturellement présent dans les pores du charbon. Le gaz compact est emprisonné dans des petits réservoirs souterrains difficiles d’accès. Les hydrates de méthane sont piégés sous haute pression et à basse température. Ils se trouvent sous les océans et dans les zones de permafrost (Alaska, Russie). Aucune technique économiquement viable ne permet pour l’instant d’exploiter ces gisements.
En amont : l’exploration, l’extraction et la purification L’exploration consiste à rechercher les gisements. Des techniques de cartographie et de sismographie permettent d’identifier les réserves potentielles de gaz techniquement et économiquement exploitables. Le forage permet de confirmer la présence d’un gisement et de déterminer son potentiel économique. Après la phase d’exploration, l’extraction du gaz nécessite des infrastructures complexes. Cependant, une fois le gisement foré, le gaz conventionnel qui est naturellement sous pression remonte facilement à la surface. Il est ensuite traité et épuré (élimination des composés soufrés et du CO2) afin d’être commercialisé.
Le gaz peut être utilisé comme matière première pour l’industrie (production d’hydrogène, de méthanol, d'ammoniac, etc.), ou compte tenu de son haut pouvoir calorifique comme combustible industriel ou domestique (chauffage, cuisson). Il participe pour environ 20% à la production de l’électricité. Considéré comme un combustible souple, efficace et simple d’utilisation, il peut être stocké et transporté. Lors de sa combustion, le gaz génère, à production d’énergie équivalente, de 30 à 50% d’émissions de CO2 en moins que le pétrole(2).
Face à une demande qui ne cesse d’augmenter, l’existence de réserves gazières constitue une manne financière pour les pays producteurs. Toutefois, l’exploitation de ces réserves nécessite d’importants investissements. Les pays producteurs et importateurs doivent financer les infrastructures d’exploitation et de transport du gaz. L’AIE estime à 3 700 milliards d’euros le montant des investissements nécessaires entre 2007 et 2030.
Le transport par gazoduc est la méthode la plus répandue mais elle comporte deux faiblesses : les gazoducs figent la trajectoire des échanges et il est alors difficile de varier les sources d’approvisionnement. Les nombreux pays de transit peuvent potentiellement poser des problèmes de sécurité
Longtemps considéré comme un élément dangereux et gênant des puits de pétrole, le gaz a été progressivement exploité. Le gaz des mines de charbon est d’abord utilisé au XVIIIe siècle pour éclairer les rues. Ensuite au XIXe siècle, les premiers gisements de gaz sont forés, mais les utilisations restent limitées. La construction de plusieurs milliers de kilomètres de gazoducs après la Seconde Guerre mondiale permet de diversifier les utilisations du gaz (domestiques, industrielles). Depuis les années 1970, les avantages du gaz sont reconnus et la demande ne cesse d’augmenter. L’amélioration des techniques d’exploitation permet de répondre à cette demande. Il faut néanmoins veiller à la sécurité des utilisations, parfois sources d’explosions.
Le gaz naturel est une ressource non renouvelable dont les réserves sont très concentrées dans certaines zones géographiques. L’amélioration de ses conditions d’approvisionnement, de transport et de stockage joue un rôle stratégique pour son avenir dans le mix énergétique. Les niveaux futurs d’exploitation du gaz dépendront notamment de l’amélioration des techniques de prospection et d’extraction des réserves pour le moment inaccessibles (sous l’océan, sous les zones de permafrost). Par ailleurs la mutation opérée par l’exploitation récente des gaz de schiste devrait s’accentuer et permettre de répondre en partie aux besoins énergétiques croissants pendant plusieurs années.
Principalement utilisé pour le chauffage et la production d’électricité dans les centrales thermiques, le gaz naturel répond à plus de 20% de la consommation énergétique mondiale actuelle. Par ailleurs, les usages du gaz naturel se diversifient. Des techniques sont actuellement mises au point pour l’utiliser directement comme carburant en le transformant ou en le liquéfiant en vue de produire du diesel et du kérosène. Alors que certaines énergies fossiles sont en recul, l’engouement actuel pour le gaz se développe. Il s’accentue d’autant plus par le développement des gaz dits « non conventionnels » (nécessitant des techniques d’extraction spécifiques), parmi lesquels les gaz de schistes font figure de meneurs.
Emprisonnés dans des roches feuilletées, ces gaz sont difficiles à extraire et requièrent des technologies élaborées de forage horizontal et de fracturation. Mais compte tenu des efforts de recherche et d’un contexte favorable, leur exploitation s’avère de plus en plus rentable. Contrairement au traditionnel or noir, ils présentent l’avantage d’être abondamment répartis sur le globe. Par conséquent, ils suscitent la convoitise des compagnies pétrolières et gazières qui investissent massivement. Les réserves mondiales de gaz de schiste représenteraient plus de 4 fois les réserves de gaz conventionnel(1). Leur exploitation est passée de 1% de la production de gaz naturel en 2000 à plus de 12% en 2010.
Les enjeux sont eux aussi conséquents. Ainsi les Etats-Unis sont devenus en 2009 les premiers producteurs de gaz naturel, fait inédit depuis l’essor du gaz russe il y a une dizaine d’année. Selon les prévisions, d’ici à 2030, 60% de la production américaine de gaz naturel proviendraient des gaz de schistes. Ceux-ci disposent des réserves les plus importantes, en particulier dans le Colorado. Sur le continent européen, les bassins les plus intéressants sont situés en Europe du Nord et de l'Est, et en France dans le bassin du Sud-est. Par ailleurs, la Chine a annoncé en 2010 qu’elle disposait de réserves de gaz de schistes équivalentes à une année de production du Qatar soit plus de 30 000 milliards de m3. Parmi les limites environnementales, l’exploitation des gaz de schistes présente encore les inconvénients d’être fortement consommatrice d’eau et de dégrader les paysages. Chaque fracturation de puits nécessite près de 15 000 m3 d'eau, un puits pouvant être fracturé jusqu'à 14 fois. Pour ces raisons couplées aux aspects économiques, des avancées technologiques s’avèrent encore nécessaires pour trouver un écho favorable et assurer à ces gaz une position de premier rang dans le mix énergétique futur
Les gaz de schiste ou shale gas en anglais, se trouvent sous terre, occlus dans des roches-mères argileuses. Leur composition (essentiellement du méthane) est semblable à celle des gaz dits « conventionnels » mais la technique utilisée pour les extraire diverge : emprisonnés dans des roches très peu perméables et très peu poreuses, les gaz de schiste ne peuvent être exploités comme ceux qui sont piégés dans des structures géologiques. On les extrait par fracturation des roches qui les retiennent. Les schistes sédimentaires argileux sont généralement structurés en bancs horizontaux épais, entre 2 et 4 kilomètres de profondeur, longs de plusieurs centaines de mètres. Présent en faible concentration dans un important volume de roche, le gaz peut être piégé dans les pores ou les fractures de la roche. Il peut également être adsorbé, ce qui signifie que le gaz a imprégné la matière constituant la roche. A l’instar du gaz conventionnel, le gaz de schiste est principalement utilisé pour le chauffage et la production d’électricité.
Les techniques d’exploration utilisées pour rechercher les gisements de gaz de schiste sont comparables à celles utilisées pour les gisements de gaz conventionnel. Géologues et géophysiciens étudient le sous-sol, sa composition et sa structure grâce à des techniques de cartographie et de sismographie. Le gaz de schiste est généralement présent dans les zones souterraines composées d’argile litée : c’est une argile schisteuse contenant des sédiments à grain fin.
Faiblement concentré et piégé dans des roches imperméables, le gaz est difficile à extraire. La remontée du gaz vers la surface nécessite donc d’être stimulée.
Solidement coincé dans la roche, le gaz ne peut pas remonter à la surface. Il faut alors briser la roche, afin de libérer le gaz et lui assurer une meilleure circulation dans le sous-sol avant de remonter à la surface grâce aux puits. La fracturation permet de maintenir les fissures ouvertes et d’augmenter la perméabilité des roches. Elle peut être réalisée avec des fluides sous très haute pression (eau additivée, azote, dioxyde de carbone, etc.) : on parle alors de fracturation hydraulique. Des explosifs peuvent parfois être utilisés localement pour créer des orifices dans le tubing. La fracturation de la roche ne se fait toutefois que par la pression hydraulique.
Emprisonné dans des couches souterraines horizontales, le gaz de schiste ne peut être extrait grâce à un puits vertical comme c’est le cas pour le gaz conventionnel. En traversant dans le sens de la longueur la roche, le forage horizontal dit « dirigé » permet d’extraire d’importantes quantités de gaz de schiste. Il est réalisé à l’aide d’une tête de forage rotative capable d’incliner progressivement l’axe de forage. Ce type de forage permet d’élargir la couverture d’extraction sans déplacer les équipements de forage et d’augmenter la surface en contact avec le gisement.
Le drain horizontal est situé à plus de 2 000 m de la surface. (©Connaissance des Énergies)
L’exploitation du gaz de schiste se généralise progressivement. Elle représente pour beaucoup d’États une alternative possible au gaz naturel conventionnel : L’opportunité pour les Etats de développer leur autonomie énergétique Pour les États important de grandes quantités de gaz naturel (États-Unis, pays de l'Union Européenne), la valorisation du gaz de schiste présent sur leur territoire permet de réduire la dépendance énergétique développée auprès des pays exportateurs. Ainsi aux États-Unis, l’exploitation du gaz de schiste se développe rapidement afin de réduire la dépendance énergétique développée vis-à-vis du Canada.
Aujourd’hui, la valorisation du gaz de schiste est principalement justifiée d'un point de vue économique lorsque la zone de consommation est proche. Peu de temps après le premier forage d’exploitation, le débit du gaz extrait ralentit considérablement, affectant ainsi la rentabilité de l’exploitation. Il est alors nécessaire de réitérer le processus en creusant de nouveaux puits.
L’eau injectée dans le sous-sol pour briser la roche est mélangée à du sable et à des produits chimiques. Pour faciliter la remontée du gaz à la surface, de nombreux puits sont également creusés ce qui peut dénaturer le paysage et altérer la structure du sous-sol. Cela représente un frein au développement des exploitations de gaz de schiste dans les zones habitées ou protégées. Il existe toutefois des moyens de limiter l'emprise au sol, en implantant notamment de multiples drains à partir de la même plateforme en surface.
Les réserves de gaz de schiste sont abondamment réparties dans le sous-sol terrestre. De nombreux gisements ont été identifiés en Amérique du Nord et du Sud, en Chine, en Australie, en Russie et dans plusieurs pays d’Europe (Pologne, France ou encore Royaume-Uni, Allemagne, Suède et Autriche ). Les États-Unis possèdent d’importantes ressources recouvrables de gaz de schiste sur la quasi-totalité du territoire, estimées à près de 24 000 milliards de m3.(3)
La première exploitation de gaz de schiste date du début du XIXe siècle (à Fredonia aux États-Unis). A la fin du XIXe siècle, de toutes petites quantités de gaz sont extraites. Ces gisements ne sont pas exploités car ils sont difficiles d’accès et plus coûteux que les gisements dits conventionnels dont le gaz remonte facilement à la surface. Malgré les découvertes de nouveaux gisements de gaz conventionnel, les industriels cherchent dès les années 1980 à développer l’exploitation des gaz de schiste afin de pallier l’éventuel épuisement des réserves de gaz conventionnel. Les innovations techniques (forage horizontal et fracturation hydraulique), les coûts de transport inférieurs et l’augmentation de la demande de gaz rendent accessibles et rentables de nombreux gisements de gaz de schiste. C’est aux États-Unis que le développement des gaz de schiste est le plus rapide car ils y représentent les ⅔ des ressources de gaz non conventionnels domestiques (qui représentent déjà 50% de la production nationale de gaz naturel en 2010). Cela s’explique par des réserves abondantes dans le sous-sol américain, par le coût des forages et de la fracturation plus faible qu'ailleurs (puissance du secteur parapétrolier aux États-Unis), et aussi par le fait que les propriétaires de terrains y sont également propriétaires du sous-sol. Depuis ces 5 dernières années, l’exploitation du gaz de schiste devient progressivement mondiale et d’importantes campagnes de prospection sont menées afin de trouver de nouveaux gisements.
L’avenir du gaz de schiste dépendra de la prospection, afin de préciser les volumes de gaz de schiste présents dans le sous-sol et surtout de l’économie des procédés d’exploitation de ce gaz. Le développement du gaz de schiste devrait être plus lent en Europe où les coûts de production risquent d’être plus élevés et où les réserves sont situées dans des zones densément peuplées. Le respect des villes avoisinantes représente un coût supplémentaire susceptible de freiner le développement du gaz de schiste en Europe. Reste donc à démontrer que le gaz de schiste peut être produit de façon économique et durable en accord avec les populations. Une production mondiale et généralisée du gaz de schiste remettrait en cause la géopolitique gazière et énergétique. L’exploitation des réserves situées aux États-Unis, en Europe ou en Asie offrirait la possibilité de diversifier les sources d’approvisionnement en gaz naturel. L’exploitation de gaz de schiste concurrencerait véritablement les relations d’échanges établies (ex : les échanges entre la Russie et l’Union Européenne). Le phénomène des gaz et huiles de schiste est d'ores et déjà un « game changer » au plan énergétique, économique, industriel et géopolitique, même s'il est encore concentré en Amérique du Nord. |
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Bibliographie
Pour citer cette page: (gaz naturel)
ABROUGUI, M & al, 2021. Le gaz naturel. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/Le_gaz_naturel>, consulté le 19, avril, 2024
