Le Gaz de Schiste

II - La fracturation hydraulique

Un gaz dit « conventionnel » est un gaz facile d'accès (ex : gaz naturels). Pour l'extraire on utilise des forages ou puits dont les ressources sont rentabilisées en moyenne à 80%.

Le gaz de schiste est un gaz piégé dans une roche extrêmement imperméable, le schiste, et à une très grande profondeur. Il se caractérise donc par le fait d'être très difficile d'accès, on dit dans ce cas qu'il est un gaz « non conventionnel ».
La seule méthode utilisée pour l'extraire actuellement est la fracturation hydraulique ou « fracking ». Cette méthode est la seule connue et utilisée pour l'extraction des gaz non conventionnels bien que sa rentabilité ne soit en moyenne que de 20%.

Haut de page

1) Mise en place du puits

Pour creuser un puits, on construit tout d'abord un « derrick », appareil de levage d'une trentaine de mètres de hauteur servant à soutenir un train de tiges.

Les forages étant de type « Rotary », on utilise des trépans à dents (tricônes) suspendus au bout de la première tige de forage. Cette dernière est rallongée au fur et à mesure par l'ajout de tiges vissées les unes après les autres jusqu'au fond du puits. Le trépan, par la force qu'il exerce, perfore la roche en profondeur.

La table de rotation, comme on le voit sur le schéma ci-dessous, entraîne la rotation des tiges.
Dans le même temps, se produit au niveau du trépan l'injection d'un fluide aussi appelé boue (fluide de forage), qui en remontant à la surface va emporter les débris de roche ou « cuttings » hors du trou de forage. Le derrick comprend aussi une installation consacrée aux traitements des boues.

Vue d'ensemble de la plate-forme de forage Rotary

Le gaz de schiste, comme il a été souligné précédemment, n'est pas localisé dans un réservoir conventionnel mais plutôt présent de façon diffuse dans une roche-mère très étendue (veine de schiste). C'est pour cela que l'on a d'abord recours à un forage pétrolier classique, puis seulement ensuite à un forage dévié avec fracturation hydraulique.

La phase de préparation du puits se divise en 3 étapes :
- D'abord, il faut creuser un puits de forage vertical pour atteindre la veine de schiste.
- Ensuite un second forage à l'horizontale s'impose, en suivant la roche-mère productrice.
La partie horizontale du forage débute entre 1500 et 3000 mètres de profondeur au fond d'un puits vertical, elle peut mesurer entre 1000 et 2000 mètres.
- Enfin, le puits est coffré par un tubage en acier pour éviter la contamination des nappes phréatiques et consolider en même temps les parois du forage. Autour, une gangue de béton vient consolider l'ensemble.

On démarre généralement un forage avec un gros tubage, le « casing » que l'on termine par un plus petit, le « tubing ». Les parties du forage qui parcourent les nappes phréatiques sont renforcées par trois séries de cylindres en acier, eux-mêmes cimentés.

Haut de page

2) L'extraction

La fracturation hydraulique est la technique d'extraction permettant de récupérer du gaz de la pierre de schiste. Elle consiste à provoquer un grand nombre de micro-fissures dans la roche contenant le gaz. Pour cela, il faut injecter un « fluide de fracturation » qui est un mélange d'eau, de sable et d'additifs à très haute pression. Le sable est particulièrement utile pour éviter que les fissures ne se referment une fois la pression redescendue, le gaz prisonnier pourra ainsi être libéré et récupéré.

Nous savons que la pression lithostatique est égale au poids d'une colonne de roche sur un mètre carré et qu'elle augmente avec la profondeur. Au bout de 3000 mètres de profondeur la pression lithostatique est d'environ 700 bar. La pression donnée au liquide de fracturation doit donc être supérieure à cette dernière pour que le liquide de fracturation puisse ouvrir un réseau de micro-fissures dans la roche et ensuite s'y introduire.
Une tête de puits ou « Frac Tree » est donc installée pour fournir cette surpression nécessaire, ajoutant ainsi aux 300 bar de pression hydrostatique (poids de la colonne d'eau s'exerçant sur un mètre carré) une surpression de 600 bar afin de rendre la roche plus perméable.

Un puits peut-être foré jusqu'à 18 fois « multifracking ». On fracture du point le plus éloigné du puits afin de réactiver le réseau de fissures quand la production du puits diminue.

Multifracking

Haut de page

3) Fluide de fracturation

La fracturation hydraulique est très critiquée par de nombreux militants pour la défense de l'environnement car le fluide de fracturation injecté ne contient pas seulement que de l'eau et du sable mais également des additifs (0,5% du mélange) très nocifs pour l'environnement et se retrouvant souvent dans des produits de consommation courante (produits ménagers, alimentaires, ...).
Même si le taux d'additifs injectés semble faible, cela représente tout de même de 80 à 300 tonnes de produits chimiques toxiques introduits dans les sous-sols.

Le tableau ci-dessous regroupe ainsi les principaux additifs utilisés dans les fluides de forage :

Type d'additifs	Principaux composés chimiques	Composition % en volume
1 - Eau		90
2 - Agents de soutènement	Silice cristalline, billes de céramique	9,51
3 - Acides forts, dissolvant les métaux	Acide chlorhydrique	0,123
4 - Agents réducteurs de friction	Polyacrylamide, huiles minérales	0,088
5 - Surfactants (agents diminuant la tension superficielle)	Butoxyéthanol, Isopropanol, Octylphénol éthoxylé	0,085
6 - Stabilisants de l'argile	Chlorure de potassium, Chlorure de tétraméthylammonium	0,06
7 - Agents gélifiants	Bentonite , Gomme Guar, Hydroxyéthylcellulose	0,056
8 - Inhibiteurs des dépôts dans les canalisations	Ethylène-glycol, Propylène-glycol	0,043
9 - Agents de contrôle du pH	Carbonate de sodium, Carbonate de potassium, Chlorure d'ammonium	0,011
10 - Agents de tenue des gels	Hémicellulase, Persulfate d'ammonium, Quebracho	0,01
11 - Agents de maintien de la fluidité en cas d'augmentation de la température	Perborate de sodium, Borates, Anhydride acétique	0,007
12 - Agents de contrôle du taux de fer	Acide citrique, EDTA	0,004
13 - Inhibiteurs de corrosion	Dérivés de la Quinoléine, Diméthylformamide (DMF), Alcool propargylique	0,002
14 - Biocides (antiseptiques)	Dibromoacétonitrite, Glutaraldéhyde, DBNPA	0,001

Source : Association TOXICOLOGIE-CHIMIE

Après fracturation, le gaz est aspiré avec l'eau injectée. C'est ainsi qu'il remonte à la surface.

Haut de page

Mise à jour : 02/2013