ParisTech Review

D’après le scenario établi par l’Agence Internationale de l’Energie, la consommation de gaz naturel à l’échelle mondiale devrait augmenter de 50 % d’ici à 2035. A cette date, le gaz naturel pourrait représenter 25 % de la demande mondiale en énergie. En première ligne, les pays émergents, dont les besoins en énergie explosent : la demande de la Chine en gaz naturel devrait égaler celle de l’Union Européenne toute entière en 2035, tandis que celle de l’Inde devrait être multipliée par quatre.

La raison de cet essor spectaculaire ? Epargné par les grandes catastrophes qui ont jeté l’opprobre sur le pétrole et le nucléaire – l’explosion de Deepwater Horizon et le désastre de Fukushima –, plus propre que les autres hydrocarbures, d’une grande souplesse d’utilisation, le gaz naturel combine une série d’avantages difficilement égalable.

Il est, surtout, disponible en abondance sur l’ensemble du globe, ou presque. Dans son dernier scenario, l’AIE estime que les réserves de gaz pourraient couvrir jusqu’à 250 années de production au rythme actuel. Mieux encore, elles sont réparties sur l’ensemble des cinq continents. Comme l’expliquait Nobuo Tanaka, directeur général de l’AIE, lors de la présentation du rapport, les développements récents permettent donc non seulement de penser que le gaz naturel occupera une place beaucoup plus importante dans le mix énergétique mondial, mais aussi que « le marché mondial du gaz va devenir plus diversifié, améliorant ainsi la sécurité énergétique ».

Le non conventionnel, clé de l’expansion gazière
Pourtant, peu se seraient risqués à des pronostics aussi optimistes il y a seulement quelques années. L’arrivée en force du gaz non conventionnel a changé la donne : les réserves de ce type seraient aujourd’hui, selon l’AIE, au moins aussi importantes que celles présentes dans les réservoirs de gaz conventionnels, qui représentent actuellement 85 % de la production mondiale. Il en existe plusieurs types : les gaz de schistes ou shale gas sont dispersés dans une roche non poreuse – en général, du schiste argileux, d’où leur nom ; les gaz de réservoir compact ou tight gas sont regroupés par poches dans une roche, également non poreuse mais de nature plus compacte, où la pression est très forte. Moins prometteurs à ce jour, les gaz de houille, présents dans les gisements de charbon, ou encore les hydrates de méthane, présents dans les fonds océaniques, appartiennent également à cette catégorie.

La présence de ces gaz dans nos sous-sols n’est pas une découverte récente, mais le progrès des techniques d’exploration et la hausse des prix de l’énergie les a brutalement sortis de l’ombre.« Les gaz non conventionnels étaient connus depuis très longtemps dans le secteur pétrolier, mais ni les technologies disponibles ni les prix de marché ne permettaient leur exploitation », explique Jean-Michel Gauthier, directeur exécutif de la Chaire Energie et Finance d’HEC et associé au cabinet Deloitte en charge du secteur ‘Energy et Resources’. « Dans le milieu, certains disaient même que ce serait pour ‘l’après nucléaire’… »

Une situation qui a radicalement changé au tournant des années 2000 : « d’un coup, on a vu arriver des quantités très significatives de gaz non conventionnel et pris conscience du vaste potentiel de structures telle les Barnett Shales [gaz de schiste, ndlr] au Texas», explique Jean-Marie Gauthier. « Aujourd’hui, les prévisionnistes ont complètement retourné leur veste et prédisent que les gaz non conventionnels représenteront au moins 45 % de la production dans quelques années ».

Le gaz de schiste, la star montante
Aux Etats-Unis, l’exploitation des gaz de schiste en particulier a causé une véritable révolution : le pays, qui investissait massivement dans les terminaux de gaz naturel liquéfié pour l’importation, se trouve aujourd’hui à la tête de vastes réserves. « On voyait les Etats-Unis comme étant un importateur massif et il est aujourd’hui presque exportateur. Le prix du gaz a été divisé par deux », résume l’économiste Jean-Marie Chevalier, Directeur du Centre de Géopolitique de l’Energie et des Matières Premières (CGEMP) à l’Université de Paris Dauphine.

Les grandes compagnies pétrolières, qui jugeaient cette ressource peu prometteuse dans l’immédiat, n’ont pas été les premières à exploiter le filon. « Les gaz non conventionnels sont venus par les petites compagnies américaines », acquiesce Jean-Michel Gauthier. En Amérique du Nord, rappelle-t-il , le secteur pétrolier est très différent de l’Europe et comporte historiquement une multitude de petits opérateurs, notamment au Canada. « Ce sont un peu des ‘cow-boys’de l’ ‘explo’, dont ils ont la maîtrise, ils testent de nouvelles techniques », explique-t-il.

Mais devant l’ampleur du potentiel, les autres acteurs du secteur ont vite suivi. « Depuis deux, trois ans, les ‘shale gas’ se sont installés au coeur de la stratégie des grands groupes », affirme Jean-Michel Gauthier. « Les fusions-acquisitions, les grosses transactions qui ont eu lieu ces derniers temps sur le marché ‘Oil&Gas’ concernent dans leur grande majorité le non conventionnel. Regardez ExxonMobil sur XTO ou Total sur Synenco et UTS Energy. Les grands groupes s’associent à des petits opérateurs ou les rachètent. Aujourd’hui la majorité des investissements dans les gaz non conventionnels vient des grandes compagnies ».

Les Etats-Unis sont pour l’instant les seuls à avoir massivement développé cette ressource, mais d’autres pays aux sous-sols prometteurs s’activent. En Asie, la Chine s’apprête à accorder ses premiers permis d’exploration, et l’Indonésie les prévoit pour 2012. Côté européen, la Pologne, où les réserves sont les plus importantes de la région, a d’ores et déjà accordé 86 permis d’exploration.

Mais le gaz de schiste n’a pas que des qualités : depuis quelques mois, il traîne aussi derrière lui une odeur de soufre. En cause : la dangerosité de la technique de fracturation hydraulique, au cœur du procédé d’exploration et d’exploitation.

La fracturation hydraulique, technique très controversée
Dans le cas des ressources conventionnelles, le gaz est regroupé dans une « poche » de roche poreuse et perméable, d’où il peut être extrait par un simple forage vertical. Le gaz de schiste, comme les gaz de réservoir compacts, nécessitent une autre approche, car les cavités où se trouvent le gaz sont éparpillées dans la roche, et non reliées entre elles.

« Si vous percez juste un trou, vous n’obtenez rien », résume Hedi Sellami, directeur de recherche au laboratoire de Géosciences des Mines ParisTech et spécialiste des techniques d’exploitation du sous-sol. Pour pouvoir « aspirer » le gaz, il faut non seulement chercher à augmenter le volume de gaz piégé auquel permettra d’accéder le puits, en réalisant un ou plusieurs forages horizontaux au sein de la couche- profonde- où est stocké le gaz, mais aussi fissurer la roche autour de ces « drains » horizontaux. La fracturation hydraulique, qui repose sur l’injection de fluides à haute pression dans la roche, permet de générer ces fissures. « Il faut créer des fractures, et surtout qu’elles restent ouvertes », précise Hedi Sellami. « On a joué sur la composition des ‘propellants‘, les matériaux injectés, notamment avec des mélanges d’eau et de sable », pour développer ces techniques et les rendre plus abordables.

La fracturation hydraulique et le forage horizontal étaient déjà utilisés dans l’exploration-production conventionnelle, notamment pour « pousser » les réservoirs en fin d’exploitation, mais à faible échelle. « La différence par rapport au conventionnel c’est qu’il y a beaucoup plus de puits », afin de multiplier les points de contact avec le réservoir, explique Jean-Louis Durville, ingénieur général des ponts, des eaux et des forêts et co-auteur du rapport commandé par le ministère de l’Ecologie français sur le sujet – la France pourrait posséder, à l’instar de la Pologne, d’importantes réserves. « Tous les deux, trois quatre kilomètres, il y a un forage ».

Aujourd’hui, ces forages répétés, qui fracturent les roches en profondeur, sont accusés de générer des dégâts aux conséquences incontrôlables dans les sous-sols, et de menacer notamment les réseaux aquifères. Aux Etats-Unis, ils sont dénoncés par certains spécialistes dès le milieu des années 2000, mais c’est le documentaire Gasland, sorti en 2010, qui met véritablement le feu aux poudres : des habitants vivant à proximité d’exploitations de gaz de schiste s’y plaignent d’une dégradation brutale de leur santé suite aux forages, montrent des échantillons d’eau brunâtre précieusement conservés. Certaines scènes spectaculaires – un homme filme des poches de gaz inflammables sortant du robinet d’une cuisine – , marquent les esprits.

Le film, qui obtient le prix spécial du jury dans la catégorie documentaire au Festival de Sundance 2010, attire l’attention de l’opinion et des médias sur une exploration menée tambour battant, sans garanties suffisantes sur le plan environnemental.

Des conséquences environnementales encore mal connues
Les militants américains recensent des dizaines d’incidents, sans qu’il soit toujours possible d’en déterminer les causes avec certitude. Les autorités américaines avaient dans un premier temps jugé négligeables les impacts de la fracturation hydraulique sur les réserves d’eau locales – elles furent exemptées en 2005 de la régulation imposée en la matière par le « Safe Drinking Water Act ». L’Agence environnementale américaine a depuis reconsidéré sa position et a lancé en 2010 une nouvelle étude de grande ampleur sur le sujet.

Mais la polémique a pris entre-temps une ampleur mondiale, provoquant un émoi particulier en France, où les premiers permis d’exploration venaient tout juste d’être accordés. Le gouvernement a décrété un moratoire sur les permis d’exploration tout justes accordés.

Certains regrettent une levée de bouclier qui a lieu alors même que l’étendue des réserves reste à déterminer. Jean-Marie Chevalier, auteur d’une tribune sur le sujet publiée par « Le Monde », est de ceux-là. « Mon sentiment, c’est qu’il faut d’abord évaluer une estimation du potentiel », explique-t-il. « En tant qu’économiste, je suis très sensible au fait qu’on a peut-être sous les pieds une source de gaz abondante, bon marché, et créatrice d’emplois. »

« Aux Etats-Unis, [les travaux de forage] ont été fait de manière très rapide et vraisemblablement peu contrôlée, et certains incidents peuvent clairement être attribués à l’exploration gazière», explique Jean-Louis Durville. «Mais on peut dire aussi qu’il n’y en a pas eu tant que ça, au vu du nombre de forages réalisés ». S’il reste prudent en attendant les conclusions du rapport américain, l’expert souligne que « les causes ne sont pas toujours la fracturation hydraulique, c’est souvent un problème de cimentation du puits ».

Une analyse partagée par Hedi Sellami, qui souligne la profondeur à laquelle a lieu la fracturation : « dans l’architecture d’un puits [destiné à extraire du gaz de schiste], il y un premier forage vertical, qui est fait pour tout type de forage : c’est lui qui traverse les aquifères superficiels. Après deux kilomètres environ, on fait un coude, un puits horizontal […], puis on fracture. Les fractures s’étendent sur une dizaine de mètres, parfois un peu plus. C’est très difficile d’imaginer, pour des réserves suffisamment enfouies, que les fractures communiquent avec les aquifères superficiels. En revanche, il arrive qu’il y ait des problèmes de cimentation sur le conduit vertical, et que du gaz s’échappe». Ce type de problème, même s’il est rare, a toutes les chances de se répéter lorsque des milliers de puits sont forés, comme c’est le cas aux Etats-Unis.

Les fissures ne sont pas les seuls dangers de la fracturation hydraulique, très gourmande en eau et en additifs utilisés pour optimiser le procédé. Dans tous les cas, explique Jean-Louis Durville, « le risque le plus important est la pollution des nappes phréatiques, par mauvaise étanchéité du puits de forage mais aussi par des accidents en surface. Par exemple, le nombre de poids lourds qui doivent circuler pour alimenter les opérations est impressionnant : on peut redouter les conséquences d’un camion citerne contenant des produits chimiques qui se renverserait, ou d’une fuite sur un tuyau d’alimentation ».

Poursuivre la recherche de manière encadrée
Aujourd’hui, s’il n’existe pas d’alternative à la fracturation hydraulique pour le gaz de schiste, les compagnies gazières assurent qu’elles sont capables de proposer « une exploration propre ». « Devant la pression environnementale et médiatique, les entreprises se sont lancées en R&D pour essayer d’améliorer le procédé, même si elles sont très peu bavardes là-dessus au vu des enjeux… », explique Jean-Louis Durville. Plusieurs voies peuvent être explorées, notamment en limitant les produits chimiques utilisés, et les besoins en eau par le recyclage.

Une étude plus approfondie du mécanisme de fracturation pourrait aussi permettre de mieux le contrôler, par exemple grâce à l’écoute sismique. « En analysant le bruit émis lors de la fracturation, explique Hedi Sellami, on arrive à localiser les fractures. C’est une technique en plein développement, et porteuse de beaucoup d’avancées, qui peuvent notamment permettre de s’assurer que la fracturation ne s’éloigne pas des zones visées ».

Pour Jean-Louis Durville, l’exemple américain montre surtout l’absolue nécessite d’un encadrement strict : « s’il n’y a pas de règlementation, il ne faut pas s’étonner qu’il y ait des problèmes » , résume-t-il.

Son rapport, rédigé avec trois autres experts, suggère une phase de recherche s’appuyant sur des travaux d’exploration strictement encadrés et recommande que, « en l’attente des résultats de ce programme de recherche, la technique la plus contestée, à savoir la fracturation hydraulique, ne soit pas utilisée hormis pour le programme scientifique ».

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• Gilles

  Gaz de schiste fracturation par arc électrique
  Les chercheurs sont au cœur du débat sur le gaz de schiste. Ils ont déposé deux brevets en mars 2011 sur les méthodes alternatives à la fracturation hydraulique, une fracturation par arc électrique.
  http://www.sudouest.fr/2011/05/19/des-labos-de-l-uppa-integrent-le-club-des-instituts-carnot-402333-4344.php

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