Comment font-ils la fracturation ? Fracturation hydraulique 101

Récemment, à New York, des manifestants sont descendus sur la promenade des Rockaways pour exprimer leur opposition au projet Rockaway Lateral, qui vise à installer un gazoduc sous les plages Jacob Riis et Fort Tilden de New York pour relier deux systèmes de distribution de gaz naturel existants. Le gazoduc, contrôlé par Williams Partners L.P., permettra au gaz naturel issu de la fracturation des schistes de Marcellus, en Pennsylvanie, de s’écouler vers un nouveau compteur et une station de régulation à Floyd Bennett Field, à Brooklyn, puis vers les lignes de distribution actuelles qui remontent Flatbush Avenue. Les preuves des dommages environnementaux causés par les procédures non réglementées de fracturation s’accumulent au moment même où les États-Unis s’efforcent de réduire leur dépendance au pétrole et au charbon. La fracturation est-elle le moindre des deux maux ? Ou pourrait-il l’être ?

Bien que le processus existe depuis environ 60 ans, la fracturation hydraulique est récemment devenue la coqueluche de l’industrie pour deux raisons principales. Premièrement, la fracturation permet d’extraire du pétrole et du gaz naturel de formations rocheuses qui seraient normalement inaccessibles. Deuxièmement, lorsqu’elle est combinée au forage horizontal, elle permet d’extraire plus de pétrole et de gaz à partir d’une seule plateforme de forage que ce qui était possible auparavant. Nous vivons aujourd’hui une sorte de « renaissance de la fracturation » ; environ 27 000 nouveaux puits de fracturation ont été forés aux États-Unis rien qu’en 2011. Mais que se passe-t-il réellement lors de la fracturation hydraulique ?

Les roches

Le pétrole et le gaz naturel résident dans des formations rocheuses de grès et de schiste situées profondément sous la surface de la terre. Il y a des milliards d’années, lorsque ces roches se formaient par sédimentation, des organismes tels que le plancton et les algues se retrouvaient piégés avec les minéraux. Les corps de ces micro-organismes formaient des poches de matière organique, à base de carbone. À mesure que la roche vieillissait et s’enfonçait dans la terre, la chaleur et la pression transformaient lentement ces organismes en hydrocarbures, créant ainsi des combustibles fossiles comme le pétrole, le charbon et le gaz naturel (ou méthane). Lorsqu’il est nouvellement fabriqué, le méthane remonte vers la surface depuis sa roche mère dans la roche réservoir, généralement du grès ou du schiste, où il est piégé.

Le grès, qui est souvent foré pour le pétrole conventionnel, est assez poreux et retient le pétrole comme une éponge retient l’eau. Lorsqu’il est foré, le grès est suffisamment poreux pour que la différence de pression entre le puits de forage et la roche (là encore, le pétrole veut remonter mais est piégé) et les grands espaces entre les grains de la roche permettent au pétrole de s’écouler hors de la roche et de remonter à la surface. Le schiste, en revanche, est plus serré et ne peut être exploité de la même manière. Au lieu de cela, il doit être fracturé.

Le forage

Une fois qu’une formation de schiste est ciblée, une société d’énergie met en place une plateforme de forage, ou base d’attache, pour le forage. La première étape consiste à forer (avec un trépan de 18 à 20 pouces de diamètre en général) verticalement vers le bas, au-delà des couches de roche plus jeunes qui peuvent entourer une nappe phréatique ou contenir des types de gaz plus jeunes. Une fois que le trou a atteint une profondeur d’environ 1 000 pieds, un tubage en acier, plus fin que le trou lui-même, est inséré. Ensuite, du ciment est pompé dans le tubage, suivi par de l’air à haute pression, qui pousse le ciment au fond du trou de forage et le fait remonter dans l’espace, ou les cordes, entre le tubage en acier et la roche environnante. Cela devient le puits de forage vertical. Le processus est répété jusqu’à ce que le trou de forage soit suffisamment profond pour atteindre le schiste, qui pourrait être aussi profond que 10 000 pieds sous la surface, mais plafonne généralement autour de 7 000-8 000 pieds.

L’invention des trépans horizontaux permet au puits de forage de changer de direction une fois qu’il est à une profondeur cible. À partir d’une seule plateforme de forage, les sociétés d’énergie sont donc en mesure de forer plusieurs puits verticaux à moins de cinq pieds les uns des autres, capables d’atteindre un rayon très large, parfois des kilomètres, à partir de la plateforme de forage, éliminant ainsi la nécessité de mettre en place plusieurs plateformes de forage à travers un paysage. L’étape suivante consiste à envoyer de petits explosifs ou un pistolet de perforation dans la section ciblée du puits de forage horizontal pour percer des trous dans le tubage en acier et le ciment. Une fois les trous percés, entre 3 et 5 millions de gallons d’eau contenant un mélange de sable et de produits chimiques sont pompés à une pression extrêmement élevée dans le puits de forage. Ce fluide de fracturation explose hors des trous, pulvérisant la roche de schiste et créant de multiples fractures ou fissures dans toute la formation. (FracFocus, un site web à but non lucratif, tient des listes des produits chimiques utilisés dans la fracturation à travers le pays, mais la divulgation n’est pas légalement obligatoire et les entreprises répertoriées soumettent volontairement les « ingrédients » de leur solution de fracturation). Le sable et les produits chimiques du fluide de fracturation se faufilent dans les fissures créées dans la roche et les maintiennent ouvertes, ce qui permet au gaz naturel piégé de refluer dans le puits de forage horizontal. La roche peut être maintenue ouverte par quelques minuscules grains de sable.

Comme le gaz est plus léger que la solution de fracturation, il remonte à la surface et est canalisé dans des pipelines qui l’amènent soit à une usine de traitement du gaz, soit à une installation de séparation, soit au stockage. Environ 10 à 30 % du fluide de fracturation (désormais appelé flowback) remonte dans le puits. Dans l’idéal, il est recyclé lors de la prochaine opération, car les produits chimiques et le sable contenus dans la solution le rendent inutilisable à bien d’autres fins. S’il n’est pas recyclé, le fluide de reflux est évacué dans un puits de dépôt situé au plus profond de la terre. L’eau qui reste dans le puits est absorbée par la roche fracturée.

Les risques

La fracturation a le potentiel de fournir une alternative énergétique moins chère et plus propre que le charbon et le pétrole, ainsi que de générer d’énormes profits pour les entreprises énergétiques. Mais les risques sont importants : Le méthane est un gaz à effet de serre beaucoup plus dévastateur que le dioxyde de carbone, les fuites pourraient donc saper les efforts visant à réduire les émissions de carbone. Le liquide de fracturation contamine déjà les ressources en eau, et ses effets sur l’environnement et la santé publique sont encore largement inconnus. Des recherches en cours portent également sur les liens potentiels entre le fracking et les tremblements de terre.

Mettre en balance les avantages connus de la réduction de notre dépendance au pétrole avec les coûts et les risques largement inconnus du fracking est un chemin délicat à parcourir. Fred Krupp, président de l’Environmental Defense Fund, a appelé à un « pragmatisme ambitieux » sur la fracturation dans une interview au magazine Foreign Affairs : « Nous vivons dans le monde réel et des choses comme la fracturation et l’exploitation des ressources en gaz naturel des États-Unis vont se produire. Alors, maximisons le bénéfice que nous tirons de la conversion d’une centrale électrique au charbon en gaz naturel tout en mettant la pédale douce pour accélérer l’introduction de l’énergie éolienne et de l’énergie solaire. »