Qu’est-ce que la fracturation hydraulique et son processus ?

La fracturation hydraulique (également appelée hydrofracturation ou simplement fracturation) est un procédé d’extraction d’énergie de la terre qui existe depuis une cinquantaine d’années, mais qui est tout aussi controversé qu’utile. Développée en 1947 aux États-Unis, la fracturation hydraulique était un moyen d’utiliser les ressources naturelles de la terre pour obtenir de l’énergie. En d’autres termes, la fracturation hydraulique consiste à pomper des millions de litres d’eau, de sable et de produits chimiques sous terre afin de créer une pression suffisante pour fissurer ou briser la roche et libérer le gaz. Ces puits contenant du gaz naturel commencent par un forage vertical (droit vers le bas) à des centaines de milliers de pieds sous la surface du sol, puis tournent la foreuse de manière à ce qu’elle s’étende horizontalement sur des milliers de pieds.

Vous avez entendu parler du « gaz naturel » ?

Il s’agit d’un processus conçu pour libérer et capturer des gaz naturels qui peuvent ensuite être raffinés et distribués comme source d’énergie.

L’intérêt de la fracturation hydraulique est qu’elle rend les pays moins dépendants des pays du Moyen-Orient et d’Asie qui contrôlent certaines zones de production pétrolière. Comme l’ont montré les dernières décennies, l’augmentation des prix du pétrole peut provoquer des troubles dans une économie, de sorte que de plus en plus de pays se tournent vers des moyens nationaux de production d’énergie.

Selon l’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA),

La fracturation hydraulique est un procédé permettant de stimuler un puits de gaz naturel, de pétrole ou de géothermie afin d’en maximiser l’extraction. L’EPA définit le processus au sens large comme comprenant l’acquisition de l’eau de source, la construction du puits, la stimulation du puits et l’élimination des déchets.

La fracturation est réalisable si tous les produits chimiques utilisés sont entièrement divulgués. Deuxièmement, c’est la science qui dicte la politique et non la politique. Troisièmement, il y a une collaboration entre les groupes environnementaux et l’industrie du gaz naturel.

– Bill Richardson

Cependant, la fracturation peut également être utilisée pour :

• Faire s’effondrer les roches pour l’exploitation minière
• Rendre les puits d’eau souterraine plus productifs
• Éliminer les déchets
• Mesurer la capacité de la Terre à tolérer les contraintes liées à des processus similaires

Gaz récupérés lors de la fracturation hydraulique

En fonction du type d’énergie naturelle recherchée et du paysage naturel où se déroule l’opération, il existe plusieurs types de gaz qui sont les principaux centres d’intérêt de la fracturation hydraulique :

• On parle de gaz de réservoir étanche lorsque de minuscules poches de gaz sont piégées dans des roches denses sous la terre, le plus souvent dans du grès ou du calcaire. La procédure de fracturation est nécessaire pour extraire le gaz dans ces cas-là, mais le gaz de réservoir étanche ne s’est pas avéré être une source d’énergie très fiable ou cohérente.
• Le pétrole de réservoirs étanches est un pétrole brut piégé dans des formations rocheuses souterraines, qui peut être extrait par fracturation hydraulique. Cette source d’énergie devient de plus en plus populaire, mais les zones peuvent donner des quantités variables de pétrole et il peut être incroyablement dangereux de le déplacer et de le transporter.
• Le méthane de houille est, comme son nom l’indique, du méthane produit dans des zones de charbon. Il s’agissait autrefois de l’une des plus grandes préoccupations toxiques pour les mineurs de charbon qui travaillaient sous terre, mais aujourd’hui, de plus en plus de régions l’utilisent comme source d’énergie.
• Le gaz de schiste est devenu la méthode la plus populaire d’extraction du gaz naturel au cours des deux dernières décennies, et il est au centre de la plupart des fracturations hydrauliques réalisées aux États-Unis.

Qu’est-ce que le schiste ?

Le schiste est une formation rocheuse similaire à l’ardoise, composée d’une variété de minéraux, de roches et de boue ou d’argile qui se trouve sous le sol. Le schiste se trouve le plus souvent à proximité d’étendues d’eau, c’est pourquoi le forage en mer est souvent un processus identique ou similaire à la fracturation hydraulique.

Pour se former, les composites qui constituent le schiste sont soumis à une pression suffisante pour se lier les uns aux autres et former un morceau de roche solide au fil du temps.

Comme cela se produit sous le sol ou dans l’eau, certains gaz naturels se retrouvent coincés entre les formations de schiste ; le processus de fracturation hydraulique a été mis au point pour éliminer ces gaz.

Le processus de fracturation hydraulique

Le processus de fracturation hydraulique se déroule de la manière suivante :

• Une station en surface envoie des millions de litres d’un mélange d’eau, de produits chimiques et de matériaux abrasifs à un rythme incroyablement rapide dans le sol ;
• La force et le mélange de cette solution brisent la couche rocheuse souterraine de la Terre, ce qui libère un gaz qui est ensuite utilisé comme source d’énergie.

La technique de fracturation hydraulique est utilisée dans la production de gaz « non conventionnel ». Une technique de stimulation spéciale ou d’autres procédés et technologies de récupération spéciaux sont utilisés pour extraire le gaz qui est fortement dispersé dans la roche plutôt que concentré en un seul endroit. Il s’agit d’injecter de grandes quantités d’eau, de sable et de produits chimiques à haute pression dans le puits de forage et dans la formation rocheuse cible afin de maintenir les fractures ouvertes pour permettre la production de pétrole et de gaz dans le puits.

Une fois l’injection terminée, le mélange sous pression élargit les fractures dans la formation rocheuse et peut s’étendre à plusieurs centaines de pieds du puits de forage. Ces fissures sont maintenues ouvertes par les particules de sable, ce qui permet au gaz naturel de remonter dans le puits. Sous l’effet de la pression interne, le fluide retourne à la surface par le puits de forage. L’eau récupérée est stockée dans des réservoirs ou des fosses, puis acheminée vers une station d’épuration où elle est traitée avant d’être rejetée dans les eaux de surface.

Tout comme la pression est responsable de la combinaison d’éléments pour former une roche, des quantités égales de pression peuvent également être exercées pour briser cette roche, libérant ainsi le gaz qui était emprisonné entre les deux.

Quels types de solutions sont utilisés pour la fracturation hydraulique ?

Les produits chimiques ajoutés à l’eau à des fins de fracturation sont les suivants :

• Méthanol
• Acide chlorhydrique et acide acétique
• Polyacrylamide
• Chlorure de sodium
• Sels de borate
• Sodium et potassium
• Éthylène glycol
• Gomme de guar
• Glutaraldéhyde
• Isopropanol
• Acide citrique

Ajoutées à l’eau, ces solutions prennent un certain nombre de formes finales :

• Gels linéaires : généralement dérivés de la cellulose
• Fluides réticulés au borate : utilisant une base de guar mélangée à de l’acide borique, ce sont des fluides plus visqueux.
• Fluides réticulés organométalliques : ils combinent des sels de chrome, de zirconium et de titane pour les réticuler avec un gel de guar.
• Phosphate d’aluminium – huile d’ester : une combinaison de phosphate d’aluminium et d’huiles d’ester utilisée pour fabriquer un gel.

La plupart de ces types de fluides sont conçus pour être évacués une fois que le processus de fragmentation des roches est terminé.

Quelles sont les régions du monde qui utilisent la fracturation hydraulique ?

Alors que les préoccupations énergétiques augmentent avec la croissance démographique et les progrès technologiques, de plus en plus de régions du monde se tournent vers la fracturation hydraulique pour compléter les sources d’énergie traditionnelles.

Bien entendu, ce processus étant lié à la formation de roches naturelles, il n’est possible que dans les régions du monde où ces formations rocheuses existent. Cependant, on trouve des formations de schiste naturel sur presque tous les continents.

• On pense actuellement que la Chine possède les plus grandes réserves naturelles de gaz de schiste, mais qu’elle n’en utilise pas suffisamment pour que sa consommation d’énergie soit significative.
• Les États-Unis produisent une quantité importante de gaz de schiste et l’utilisent en pourcentage de leur consommation totale de gaz naturel.
• Le Canada produit également du gaz de schiste, qui est également utilisé à des fins énergétiques au niveau national.

Le méthane de houille est également devenu populaire dans un certain nombre de régions :

• L’Australie a consacré beaucoup de ressources à l’extraction du méthane de houille dans des régions telles que le bassin de Bowen et le bassin de Sydney.
• Dans les zones traditionnelles d’extraction du charbon aux États-Unis, telles que le Colorado, le Nouveau-Mexique, le Wyoming et d’autres États de la région des montagnes Rocheuses, le méthane de houille est devenu populaire.
• Le Kazakhstan s’est tourné vers le méthane de houille comme source de croissance économique et de production d’énergie.
• Le Canada, en particulier la Colombie-Britannique, est une zone d’intérêt pour le méthane de houille, mais les écologistes et les compagnies d’énergie sont actuellement engagés dans un débat sur les avantages et les inconvénients de cette source d’énergie.
• L’Inde a récemment entrepris d’importants forages dans les gisements de gaz de houille, afin de devenir plus autonome, notamment en raison de l’augmentation de la population et des pénuries d’énergie.

Il existe un certain nombre d’endroits dans le monde qui disposent de ressources pétrolières limitées qui n’ont pas encore été exploitées, et de nombreux pays considèrent cette ressource comme une solution globale à leur dépendance énergétique.

• États-Unis : Schiste de Bakken (Dakota du Nord), schiste de Barnett, formation de Niobrara, schiste d’Eagle Ford
• Golfe Persique : Formation de Sargelu
• Syrie : Formation de R’Mah
• Russie : Formation de Bazhenov, Formation d’Achimov
• Australie : Coober Pedy
• Mexique : Formation de Chicontepec
• Argentine : champ pétrolifère de Vaca Muerta

La controverse derrière la fracturation hydraulique

Bien que cette forme de production d’énergie gagne en popularité dans le monde entier afin de réduire la dépendance globale vis-à-vis des régions productrices de pétrole, nombreux sont ceux qui citent un certain nombre de raisons de s’inquiéter au sujet de la fracturation hydraulique.

• De nombreuses régions ont présenté les procédés de fracturation comme des moyens de développer les économies locales, mais des rapports récents ont montré que la plupart d’entre eux n’ont que très peu d’impact sur les zones environnantes. De nombreux habitants de la région se méfient donc des compagnies pétrolières qui promettent une croissance locale.
• La plupart des études relatives à la fracturation hydraulique ont été publiées par des entreprises énergétiques impliquées dans le processus, ce qui a amené de nombreuses personnes à remettre en question la légitimité de ces rapports

En outre, de nombreux groupes de défense de l’environnement font état d’un certain nombre de préoccupations concernant les effets que la fracturation hydraulique peut avoir sur l’environnement, notamment :

• L’une des principales préoccupations est que le processus de fracturation hydraulique peut entraîner la présence de gaz toxiques dans les sources d’eau locales, entraînant des maladies et d’autres conséquences.
• Un autre problème est que le processus libère du méthane nocif dans l’atmosphère terrestre, ce qui peut avoir des effets à long terme sur le climat et l’environnement.
• En outre, les zones situées à proximité immédiate d’un puits de fracturation hydraulique sont sujettes à des expositions chimiques plus nocives liées aux fuites des puits.
• Étant donné que le processus nécessite de briser des roches sous la surface de la terre, des liens ont également été établis avec l’activité sismique des tremblements de terre. Cela a suscité des inquiétudes non seulement en ce qui concerne les dégâts matériels, mais aussi le bien-être des personnes.