Les gaz de roches-mères, sont des gaz qui sont contenus dans des roches et non pas  dans des poches entre les couches géologiques. Afin de permettre à ces gaz  de circuler dans la roche, il est d’abord nécessaire de créer dans cette dernière des fractures en exercant une pression. IL faut ensuite maintenir les fractures ouvertes.

« Les alternatives à la fracturation hydraulique tentent de diminuer significativement la consommation d’eau et/ou d’augmenter la production de gaz. Certaines très séduisantes ensont encore à un stade expérimental et demandent à être plus largement testées. A court terme, pour les opérations en cours et à venir, l’enjeu est avant tout de minimiser l’impact environnemental de la fracturation hydraulique tant pour les volumes traités que la qualité des eaux traitées» conclut Jean-Philippe Tridant Bel.

FRACTURATION HYDRAULIQUE

La technique utilisée aujourd’hui pour récupérer le gaz de schiste, est la fracturation hydraulique. La fracturatconsiste à injecter un fluide – consistant d’environ 90% d’eau, 8 à 9,5% de« proppants » (sable ou billes de céramique) et 0,5 à 2% d’additifs chimiques – sous très haute pression.

Interdite en France depuis 2011, cette technique est remise en question pour son impact environnemental : risques de pollution du sous-sol et des ressources en eau. Pour limiter ce risque, les puits doivent être recouverts d’une barrière étanche et une membrane de protection doit être installée au sol.

« Aujourd’hui, environ 99% de la production de gaz de schiste utilise la fracturation hydraulique, mais plusieurs techniques alternatives sont actuellement à l’étude. Ces méthodes ne sont elles-mêmes pas exemptes de risques et ne vont pas remplacer lafracturation hydraulique à court terme » souligne Jean-Philippe Tridant Bel, Directeur de l’activité Energie et Environnement chez ALCIMED. Les techniques visent essentiellement à remplacer l’eau par un autre fluide ou gel.

FRACTURATION AU GEL DE PROPANE

Cette fracturation est en cours d’utilisation sur environ 400 puits au Canada et aux États-Unis  où plus de 1000 fracturations déjà effectuées. Le gel est injecté dans le puits amenant du sable et des additifs pour fractionner la roche. Il revient  sous forme de gaz qui peut être capturé facilement.

Le gel de propane donne un meilleur taux de production par rapport à l’eau car un liquide peut être absorbé dans les roches en empêchant le gaz à échapper. Malgré le prix initial du gel élevé, la différence du coût total peut être réduite en réutilisant ou vendant le gel capturé. Le gel apporte un risque d’explosion : des installations spécifiques et précautions sont indispensables.

– L’eau peut aussi être remplacée par du propane pur non-inflammable, ce qui permettrait d’éliminer l’utilisation de produits chimiques. Le propane pur est injecté sous forme liquide, puis redevient gazeux et peut être alors capturé. Les premiers puits utilisant cette méthode ont été fracturés avec succès en décembre 2012 aux États-Unis.

FRACTURATION AU DIOXYDE DE CARBONE

Le CO2 est  injecté dans le sol sous forme supercritique

– Il peut être injecté en phase liquide – et récupéré sous forme gazeuse. Cette technique, est déjà utilisée dans l’État du Wyoming (États-Unis). La présence d’un réseau de pipelines CO2 rend cette technique économiquement viable. La construction de nouveaux réseaux et la séparation du CO2 du gaz de schiste ajoutent des coûts supplémentaires qui retiennent la diffusion de cette technique. Dans chaque dépôt de gaz de schiste, une grande fraction du gaz naturelcolle à la roche.

Le CO2 a une adhésion à la roche plus élevée ce qui permettrait de remplacer le fioul en stockant le carbone en même temps et pourrait donc faire partie de projets de CCS (Carbon Capture and Storage). Le succès de la fracturation avec CO2 dépend de la disponibilité de l’eau près du site et la monétisation des bénéfices de la capture de CO2.

FRACTURATION EXOTHERMIQUE NON HYDRAULIQUE

Cette technique injecte de l’hélium liquide, des oxydes de métaux et des pierres ponce dans le puits. Les oxydes de métaux réagissent l’un avec l’autre en formant des réactions exothermiques, c’est à dire produisant de la chaleur. L’hélium se transforme en forme gazeuse sous la chaleur des réactions exothermiques, multipliant le volume par 757 et fissurant la roche.

Les pierres ponce renforcent les fissures permettant au gaz de schiste de s’échapper. Les larges quantités de l’hélium utilisé dans cette technique limitent l’application car c’est un gaz abondant sur terre, mais difficile à extraire.

FRACTURATIONS PAR L’AZOTE

Il existe quatre techniques dont la dernière est rarement utilisée dans des opérations commerciales àcause de la nécessité des équipements spéciaux : la fracturation à gaz pur (vapeur), à mousse, énergisée et cryogène (liquide).

La fracturation à gaz pur peu nocive pour l’environnement est surtout utilisée dans des formations de roche sensibles à l’eau à maximum 1500m de profondeur. Il existe un risque que les fissures se referment car l’azote est un gaz inerte et compressible avec une faible viscosité,ce qui en fait un pauvre transporteur de proppants.

o La fracturation à mousse utilise une combinaison d’azote (53 à 95% du volume), d’eau et d’additifs. La viscosité du fluide de fracturation est contrôlée  en faisant évoluer sa composition : plus on met d’azote, moins il est nécessaire de mettre des additifs – mais il ne faut pas oublier que les additifs permettent d’éviter queles fissures se referment. Aussi, plus il y a d’azote dans le mélange, moins cette technique de fracturation est chère et risquée pour l’environnement.

o Les fluides énergisés contiennent 53% moins de volume d’azote, balancé par l’eau et des additifs. Cette technique est utilisée à des plus grandes profondeurs car la concentration de volume liquide est plus élevée.

AUTRES TECHNIQUES

Il existe aussi d’autres méthodes qui visent à éliminer ou diminuer de fluides et /ou des additifs et à augmenter la production de gaz. Ces méthodes sont encore à un stade très expérimental :

– La stimulation par arc électrique (ou la fracturation hydroélectrique) libère le gaz en provoquant des microfissures dans la roche par ondes acoustiques. Cette technique provoque des microfissures dans la roche qui sont encore trop petites pour permettre une exploitation. L’avantage principal de cette méthode et de n’utiliser ni eau, ni proppants, ou produits chimiques. En revanche, le besoin en électricité peut être problématique.

– La fracturation pneumatique injecte de l’air comprimé dans la roche-mère pour la désintégrer par ondes de chocs. L’utilisation de l’eau est donc complètement remplacée par l’air. Le problème principal reste les produits chimiques.

– La fracturation par chocs thermiques : en jouant sur les écarts de températures, des fissures peuvent être créées en injectant de l’eau froide à grande profondeur.

Aujourd’hui, les fissures créées sont encore trop petites pour permettre une exploitation et la consommation d’eau est élevée.