Extraction du gaz de schiste : le fluoropropane, une méthode alternative à la fracturation hydraulique prometteuse

Les gaz non-conventionnels représentent quelques 380 000 milliards de m3 de ressources (soit environ 135 ans de la consommation actuelle) pouvant contribuer à l’indépendance énergétique ou diminuer considérablement les importations de certains pays[1] (tels que la Chine, l’Argentine, l’Algérie, les Etats-Unis ou encore le Canada).

Les gaz de schiste (shale gas en anglais) sont des mélanges d’hydrocarbures (principalement constitué de méthane) enfouis dans les roches sédimentaires argileuses, très peu perméables et très peu accessibles. Les roches mères se disposent en strates horizontales épaisses, entre 2 et 4 km de profondeur, et les hydrocarbures emprisonnés à l’intérieur des fissures ou des pores de la roche s’y trouvent en très faible concentration. Leur valorisation nécessite donc des techniques d’extraction spécifiques.

Pour l’heure, 99% de la production de gaz de schiste utilise la technique de fracturation hydraulique : afin de libérer le méthane des roches sédimentaires, un fluide – composé à 90% d’eau, 8 à 9,5% de sable et 0,5 à 2% d’additifs chimiques[2] – est injecté à haute pression dans un puits d’extraction horizontal.

Cette technique de fracturation hydraulique présente des risques environnementaux: non-démantèlement du matériel d’extraction, affaiblissement et fragilisation des sous-sols, risque de remontées des additifs chimiques dans les nappes phréatiques, augmentation des risques sismiques, etc. Sont également évoqués les volumes d’eau considérables employés lors de la fracturation, le risque de fuites d’hydrocarbures (à la fois dans les réserves d’eau naturelles souterraines et les rejets dans l’atmosphère) et les nuisances provoquées sur l’environnement local : circulation des camions transportant le fluide d’extraction, nuisances sonores liées aux travaux (voir sur le sujet notre article Les Gaz de Schiste : pourquoi l’extraction par fracturation hydraulique est-elle si controversée ?).

Dans ce contexte délicat, le gouvernement français a interdit l’exploitation des gaz de schistes par fracturation hydraulique par la loi Jacob de juillet 2011, abrogeant ainsi le droit d’exploitation sur plusieurs sites en métropole. La France est à ce jour le seul pays au monde avec la Bulgarie à avoir interdit la fracturation hydraulique.

D’autres méthodes d’extraction des huiles et des gaz de schistes ont vu le jour depuis la fin des années 1970. La société eCorp avait à cette époque, lancé un programme de fracturation des roches mères au moyen de propane gélifié. Cette technique fonctionne selon les mêmes principes que la fracturation hydraulique : un fluide composé en majeure partie de propane sous forme de gel est injecté à haute pression dans le puits, toujours en contenant des proppants (très souvent du sable) et des additifs chimiques pour élargir puis stabiliser les failles et faciliter la remontée des hydrocarbures. Le gel de propane donne de meilleurs rendements que l’eau : il permet non seulement d’extraire plus d’hydrocarbures mais est également plus facilement captable lors de sa remontée le long du puits. Cette technique, est actuellement en cours d’utilisation sur environ 400 puits au Canada et aux États-Unis soit 0,08% des quelques 493 000 puits de forage actifs aux États-Unis recensés en 2009. Elle présente l’avantage de réduire les risques d’altération des sous-sols grâce au caractère anhydre du fluide utilisé qui empêche la dissolution des minéraux contenus dans les roches. Toutefois, certains risques demeurent présent, dus notamment au caractère explosif du propane[3].

Pour pallier ces risques d’explosion, la société de John Francis Thrash a continué ses recherches sur cette technique pour aboutir à l’utilisation de propane pur non inflammable (NFP) courant de l’année 2013, sous forme de propane fluoré (heptafluoropropane), déjà utilisé dans l’industrie pharmaceutique comme propulseur dans les inhalateurs ainsi que dans certains extincteurs[4]. Selon son promoteur, le NFP est récupérable à 100% une fois la fracturation opérée (contre 30 à 80% de l’eau utilisée en fracturation hydraulique), et nécessiterait un volume d’utilisation cinq à dix fois moindre que l’eau. Si l’heptafluoropropane était produit en quantités industrielles à une qualité « moindre » que celui produit pour l’industrie pharmaceutique, le coût de revient d’une installation de Stimulation au NFP devrait être égal ou inférieur au coût de production du gaz de schiste par fracturation hydraulique[5]. Néanmoins, comme le propane, le coût de production du NFP est relativement élevé ; il faudrait donc que ce coût soit compensé non seulement par les économies d’échelle réalisées sur le transport ou les additifs chimiques mais également par les gains de productivités escomptés grâce à l’utilisation de cette nouvelle technique[6].

Le deuxième frein aux essais réels de la fracturation au NFP réside dans son bilan carbone : en effet, il génère 2900 fois plus d’effet de serre que le CO2 sur une même période de 100 ans.

Il est à noter que certaines méthodes d’extraction alternatives à la fracturation hydraulique (visant essentiellement à remplacer l’eau) ont également été développées ces dernières années, mais restent à l’état expérimental en laboratoire ou présentant un faible taux de maturité[7] :

Selon les projections de l’OFCE reprises dans un rapport d’experts commandité par Arnaud Montebourg mi-2012, l’exploitation des gisements de gaz de schiste par fracturation « classique » en France (dans le Bassin Parisien ainsi que dans le Bassin du Sud-Est) permettrait de générer une valeur actuelle nette de 224 milliards d’euros sur 30 ans (scénario « probable » ; le scénario « pessimiste » générant lui 66 milliards d’euros), soit une augmentation du PIB sur cette même période de 1,3% par an en moyenne (contre 0,7% pour le scénario « pessimiste »). Cette activité permettrait la création de 225 000 emplois, soit entre 1,5 et 2 points de chômage en moins sur la période considérée (estimations du scénario « probable »).

Ce rapport prévoit également un impact encore plus important sur la création de valeur et d’emplois en France si les gisements mentionnés étaient éprouvés par la fracturation au NFP. L’étude préconise donc de lancer une phase d’expérimentation nécessitant un investissement de 75 millions d’euros afin de confirmer la quantité des ressources récupérable et de confirmer le modèle économique d’exploitation avec cette nouvelle technologie d’extraction.

L’exploitation de gisement de gaz non conventionnels a permis aux États-Unis de devenir le premier producteur gazier mondial (651 milliards de m3 produits contre 607 pour la Russie), faisant passer sa production de gaz de schiste de 1 à 23% de sa production totale de gaz entre 2000 et 2011[8]. Certains rapports de l’AIE prévoient même une production de GNC dépassant les 59% sur la production totale de gaz naturel d’ici 2035. L’exploitation de ces gisements par fracturation au NFP pourrait donc également rehausser ces prévisions.

L’avenir des gaz de schistes dépendra notamment de l’évaluation actualisée des réserves disponibles et également de la rentabilité des moyens de production. Bien que l’exploitation en Europe demeure sujette à de nombreux obstacles (notamment le fait que les réserves se situent dans des zones densément peuplées), une production délocalisée en Europe, aux États-Unis et en Asie permettrait de modifier radicalement la nature des relations d’échanges établies en matière d’import-export du gaz naturel (notamment entre la Russie et l’Union Européenne) tout en favorisant l’indépendance énergétique de certaines zones géographiques.

Concernant les méthodes d’extraction, la stimulation au propane pur non-inflammable semble être une alternative à la méthode hydraulique traditionnelle : les premiers essais expérimentaux demeurent concluants, et les efforts de R&D fournis par plusieurs sociétés telles que eCorpStim restent encourageants. Possédant des ressources estimées à 16 milliards d’équivalents barils de pétrole dans les Bassins Parisien et du Sud Est, la France pourrait miser sur l’expérimentation d’exploitation de ces gisements par le NFP, dont la rentabilité semble prometteuse tant en termes de réduction de traitement du fluide de fracturation (le NFP injecté est totalement récupérable et ré-injectable) que du temps nécessaire à effectuer une simulation (1/3 à 1/10ème du temps moyen de la fracturation hydraulique). Le dialogue semble néanmoins au point mort pour des expérimentations sur le sol Français, le président Hollande ayant écarté toute exploitation durant son quinquennat.

Bastien Lablanchy

Notes et sources

[1] Site institutionnel de Total

[2] La chaine Énergie – L’Expansion (http://energie.lexpansion.com/energies-fossiles/gaz-de-schistes-les-alte...) - Le sable sert principalement à bloquer les fissures en s’infiltrant à l’intérieur. Les additifs chimiques sont essentiellement des agents bactéricides pour empêcher la contamination du réservoir, ainsi que des tensioactifs (composés augmentant la viscosité) pour maintenir le sable en suspension dans l’eau puis le maintenir dans les fissures (source : Total).

[3] La chaîne Énergie – L’Expansion (http://energie.lexpansion.com/energies-fossiles/gaz-de-schistes-les-alte...)

[4] Reporterre, quotidien écologiste, article de février 2014 (http://www.reporterre.net/Gaz-de-schiste-la-fracturation-au)

[5] Site institutionnel d’eCorpStim (http://www.ecorpstim.com/fr/blog/2014/07/28/progress-in-green-shale-gas-...)

[6] Rapport de l’Assemblée Nationale, Les techniques alternatives à la fracturation hydraulique pour l’exploration et l’exploitation des hydrocarbures non-conventionnels, http://www.assemblee-nationale.fr/14/pdf/rap-off/i1581.pdf

[7] Inventaire des techniques de fracturation, Blog « Connaissance des Énergies ».

[8]Blog « Connaissance des Énergies » (http://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/gaz-de-schiste).