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Dans le monde Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01                     2013
Dans le monde                                               Source IEA WO 2011 Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01...
Les ressources de gaz de shale et gaz de                  charbon en EuropeShale (oil+gas)Charbon                   Gaz de...
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Les impacts environnementauxTechnique de fracturation hydraulique par puits horizontaux et enjeux environnementauxassociés...
Les impacts environnementaux spécifiques aux                gaz de schiste                                           - Mis...
Les impacts environnementaux non spécifiques              aux gaz de schiste                         - Mauvaise étanchéité...
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La contamination chimique…les additifs                                                                                    ...
La contamination chimique… le sous-solIndépendamment des additifs injectés, les substances naturellesassociées aux fluides...
Fuites de méthane observées : Origines                    possibles1- Méthane biogénique: généré par la respiration des mi...
Occupation des sols (aux USA)                                                    plate-forme de forage (Horn River Basin),...
La densité des forages  Densité des infrastructures aux USA : 3.5 « plates-formes » / km2  En moyenne 6 puits par plate-f...
Le Risque sismique                                                               Warpinski et al., 2005    Coupe au traver...
Carte de la sismicité induite aux USA à l’occasion               de diverses injections de fluideSource: Inducedseismicity...
Relation entre les magnitudes maximales recensées des séismes créésou probablement créés par des injections de fluides pou...
Ou en est la rechercheAucun programme de recherche public       en France sur ce sujet• Mais des recommandations exprimées...
Recommandations   Connaître la ressource   Améliorer et Controller les techniques existantes   Développer des technolog...
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  1. 1. Gaz de schistes Gaz de roche mère Gaz de Shale Gaz non conventionnels Bruno GofféAffleurement de couches contenantdu gaz de schiste (Fontaine ardentede Gua dans le Dauphiné) Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  2. 2. TerminologieSchiste, shale, roche mère, conventionnel, non conventionnel? – Schiste (français) et Schist (anglais) réfère géologiquement à une roche sédimentaire métamorphisée à plus de 200 °C, qui ne contient plus (ou peu) de méthane mais peut être riche en carbone (Anthracite-graphite). Mais usuellement en français le mot schiste est aussi utilisé pour toutes les roches sédimentaires de couleur sombre à grains très fins présentant un débit planaire. – Shale (mot uniquement anglais) réfère à une roche sédimentaire argileuse riche en carbone organique qui peut contenir de l’huile ou du gaz. Sa traduction littérale en français est pélite. – Roche mère réfère à la roche à l’origine de la formation des pétroles et des gaz – Conventionnel et non conventionnel référent aux technologies d’exploitation des matières premières Pratiquement, en français « gaz de schiste » peut être utilisé dans le senscommun, tandis que géologiquement et technologiquement les expressions «gaz de roche-mère» et « gaz non conventionnel » sont les bonnes. Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  3. 3. Formation des Hydrocarbures Le pétrole et le gaz naturel se forment dans les bassins sédimentaires entre 1000 et 6000m de profondeur Coupe dans la partie externe de la terre Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  4. 4. Origine du Pétrole et du Gaz naturel (formation de roches-mères) Forêts inondées Lacs ou merEnfouissement et dégradation des plancton végétaux dans des marécages Compaction et altération chimique Plancton mort coule Boues riches en matière organique Un profond enfouissement génère du L’enfouissement génère du charbon et du gaz Pétrole et du gaz Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  5. 5. Formation des Hydrocarbures Sous l’effet de l’augmentation la pression et de la température avec la profondeur, la roche-mère produit des hydrocarbures (Huiles, gaz) et un résidu insoluble appelé Kérogène. Huiles et gaz peuvent s’échapper de la roche-mère et+ migrer à travers des roches perméables jusqu’à qu’ils soient arrêtés par des roches imperméables formant une « couvertures ». Les hydrocarbures s’accumulent alors dans la roche poreuse pour former un réservoir. S’ils ne sont pas arrêtés lors de leur migration ces hydrocarbures peuvent s’échapper à la surface . Le kérogène reste dans la roche-mère. Coupes verticales dans un bassin pétrolier Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  6. 6. Les différents types de gisements de gaz roches poreuses et perméablesGisements non conventionnelsroches poreuses et imperméablesGaz de schiste: méthane (gaz shale)Gaz de houille: méthane (coalbed methane)Gaz de mine: méthaneHuiles de schistes: hydrocarbures souvent lourds (oil shale) Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  7. 7. Gaz de mine : exploitation existante nord de la France Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  8. 8. Relations entre sources de Huile matières organiques + Gaz profondeur et température Ref : http://www.ihrdc.com/ + Kerogènelacustre marins terrestre Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013http://monash.edu/
  9. 9. Le gaz de schiste en quelques mots• Le gaz de schiste est un gaz naturel le plus souvent enfoui à très grande profondeur (1500 à 3000 m), dans des roches compactes et imperméables. Ses réserves sont considérables et bien réparties dans le monde : on estime quelles pourraient fournir 120 à 150 ans de la consommation actuelle de gaz naturel.• En Europe, les réserves de gaz de shale sont estimées entre 3 000 à 12 000 milliards de m3 (entre 75 et 300 ans de consommation annuelle de la France).• L’évaluation de ces réserves fait actuellement débat (par exemple en Pologne: entre 30 et 440 ans de consommation du pays, Exxon a arrêté l’exploration). Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  10. 10. Dans le monde Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  11. 11. Dans le monde Source IEA WO 2011 Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  12. 12. Les ressources de gaz de shale et gaz de charbon en EuropeShale (oil+gas)Charbon Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013 Source: Le Monde, 21/12/2012
  13. 13. En Franceexemple du Bassin Parisien Source BRGM Du charbon à très grande profondeur (6000m) dans le socle? Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  14. 14. L’état de la connaissance académique: huile de shale 3759 publications, 1975-2012 Nombre annuel de publications scientifiques ayant pour sujet « shale oil » ou « oil shale » dans le catalogue « Web of Science » entre 1975 et 2012. Leur nombre annuel est influencé par les cours du pétrole. Institut Montaigne le 14 01 Gaz de schiste, 2013
  15. 15. L’état de la connaissance académique: gaz de charbon 785 publications, 1975-2012 Nombre annuel de publications scientifiques ayant pour sujet « coalbed + methane » dans le catalogue « Web of Science » entre 1975 et 2012. Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  16. 16. L’état de la connaissance académique: gaz de shale374 publications, 1975-2012Nombre annuel de publications scientifiques ayant pour sujet « shale gas » ou « gasshale » dans le catalogue « Web of Science » entre 1975 et 2012. Leur nombreaugmente fortement depuis 2007 (données au 31 Décembre 2012).Une grande partie de la connaissance est « privée » (compagnies pétro-gazières) Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  17. 17. Technologies d’exploitation des gaz de shale La fracturation Hydraulique Inventée en 1949 Plus d’un million de puits Toutes applicationsEn 1990 elle est associée au forage horizontal Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  18. 18. Schéma d’un forage horizontal utilisant une fracturation hydrauliqueSource: Induced seismicitypotential in energytechnologies, NationalResearch Council of theNational Academies; Thenational Academies PressWashington, 2012Les fractures sont en jaune (cf agrandissement). Le forage appelé « domestic well » donne une échellecomparative des profondeurs d’exploitation pour l’eau. Les profondeurs indiquées sont les moyennesobservées pour les USA (les profondeurs et distances de 2000 et 10000 pieds correspondent à environ 600et 3000 m). Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  19. 19. Production à Fayetteville (USA) 5 puitsen millions de pieds cube 25% du gaz est produit la première année James E. Mason, Hydrogen Research Institute, Farmingdale, NY, Oil & Gas journal Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  20. 20. Les impacts environnementauxTechnique de fracturation hydraulique par puits horizontaux et enjeux environnementauxassociés à la production de gaz de schiste. Image de fond : Schlumberger. Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  21. 21. Les impacts environnementaux spécifiques aux gaz de schiste - Mise en contact avec un aquifère profond du fait du réseau de fissures existant. - Mise en contact avec un aquifère profond du fait X d’une fracturation progressant vers la surface. - Consommation d’eau - Emploi du procédé à une très grande échelle avec multiplication des puits. Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  22. 22. Les impacts environnementaux non spécifiques aux gaz de schiste - Mauvaise étanchéité du tubage (casing) au passage d’un aquifère - Fuite de surface (arrive aussi pour les gisements conventionnels!) - Traitement des eaux de forage (lixiviation, réinjection souterraine, filière de traitement en surface) - Remplacement d’additifs dangereux par des équivalents moins nocifs (REACH) Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  23. 23. Fracturation hydraulique: la consommation d’eau Shale (USA) Profondeur Porosité (%) Carbone Profondeur Eau (m) organique aquifère (m) consommée (%) m3/puits Barnett 1980-2591 4-5 4,5 366 8700 Fayetteville 304-2135 2-8 4-10 152 11000 Haynesville 3200-4115 8-9 0,5-4 122 10200 Marcellus 1220-2590 10 3-12 259 14400 GWPC and ALL Consulting, 2009Pour comparaison: Un golf haut de gamme de 18 trous en Franceconsomme en moyenne 5.000 m3/jour, (eau apportée, ref : rapportOPECST, Sénat 2003)  ce qui correspond à la production nécessaire à la satisfaction des besoins dune collectivité de 12.000 habitants  ce qui correspond à la moitié des besoins en eau d’un puits de shale gaz Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  24. 24. La contamination chimique…les additifs Ethylene glycol Du bénin au hydroxyéthylcellulose dangereux Gomme de guar carbonates sables isopropanol quinoléine polyacrylamide Acide Chlorydrique glutaraldéhyde Modifié d’après Arthur et al. 2009 (2009 SPE Americas E&P Environmental & Safety Conference, San Antonio, TX, SPE 121038)Une dizaine de produit parmi 750 références vendues par 2500 sociétés aux USA
  25. 25. La contamination chimique… le sous-solIndépendamment des additifs injectés, les substances naturellesassociées aux fluides des gisements de gaz peuvent être remontéesen surface. Le fluide de formation (saumure) Les Gaz (méthane, éthane, sulfure d’hydrogène, Hydrogène, hélium) Eléments en trace (mercure, plomb, arsenic, lithium, fer, …) Élément en trace radio-actif (Radium, Thorium, Uranium) Matière organique (acides, aromatiques polycycliques volatils et semi volatils), Les Schistes à gaz sont aussi des ressources minières ! Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  26. 26. Fuites de méthane observées : Origines possibles1- Méthane biogénique: généré par la respiration des microorganismes dans les couches plus superficielles2- Méthane géogénique: flux naturel dans les zones de failles de fortes pressions3- Méthane exploité : fuites induites par les activités de fracturationDifférentiation possible des origines par la signature chimique et isotopiqueNature des chemins de migration - fracturation existante - fracturation induite - fuite entre puits de production ou puits voisinsMigration des gaz différente de la Migration des fluides - chemins d’écoulement différents - processus de transport différents (vitesse de migration) Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  27. 27. Occupation des sols (aux USA) plate-forme de forage (Horn River Basin), 14 puits forés Durée de la mise en place ~1 an 1/2Zone d’exploitation dans le Wyoming (Jonah Field)J. SARTORE/National Geographic Stock
  28. 28. La densité des forages Densité des infrastructures aux USA : 3.5 « plates-formes » / km2 En moyenne 6 puits par plate-forme, max actuel 40 plateformes Source: [Wood et al., 2011; rapport, Université de Manchester, Angleterre] 1-1,5 km (extensible 4 km)Exemple de projet à 16 drains 6,4 x1,7 km
  29. 29. Le Risque sismique Warpinski et al., 2005 Coupe au travers d’un puits de stimulation montrant six épisodes d’hydrofracturation et la sismicité induite (magnitude -1,0 to -2,5) en moins de 24 heures.• Sismicité induite: elle est faible car les volumes d’eau injectés sont plutôt faibles et les injections sont de courtes durées (quelques heures à quelques jours). La magnitude est très faible (négative = chute d’un objet lourd).• La sismicité induite est différente de la sismicité déclenchée, possiblement plus forte. Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  30. 30. Carte de la sismicité induite aux USA à l’occasion de diverses injections de fluideSource: Inducedseismicity potential inenergy technologies,National ResearchCouncil of the NationalAcademies; The nationalAcademies PressWashington, 2012 Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  31. 31. Relation entre les magnitudes maximales recensées des séismes créésou probablement créés par des injections de fluides pour la productiond’énergie aux USA et la quantité de fluide injecté pour différentesapplications Source: Induced seismicity potential in energy technologies, National Research Council of the National Academies; The national Academies Press Washington, 2012 Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  32. 32. Ou en est la rechercheAucun programme de recherche public en France sur ce sujet• Mais des recommandations exprimées dans le Rapport de l’Alliance pour l’Energie ANCRE « Programme de Recherche sur lExploitation des Hydrocarbures de Roches Mères » Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013
  33. 33. Recommandations Connaître la ressource Améliorer et Controller les techniques existantes Développer des technologies alternatives Impliquer le citoyen Définir et appliquer les réglementations Mettre en place un site pilote de recherche Gaz de schiste, Institut Montaigne le 14 01 2013

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