Fracking expliqué : processus, histoire et débat sur son impact

Le fracturage hydraulique, ou « fracking », est une technique de forage spécifique qui permet aux mineurs d'extraire le pétrole et le gaz naturel de roches enfouies profondément sous la surface. En d'autres termes, il facilite la récupération de ressources naturelles difficiles d'accès.

Bien que cette technologie ait été perfectionnée dans les années 1950, elle reste un sujet de controverse majeur à ce jour, tant sur le plan environnemental que politique.

Nous allons discuter ci-dessous du processus impliqué dans le fracking, de son histoire et de son impact sur la société. Nous allons également explorer l'avenir de cette technique.

Comment fonctionne le fracking ?

Schéma du processus | Image : Mike Norton

Selon l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (EPA), le fracking est un processus de stimulation de puits qui augmente significativement la quantité totale de ressources naturelles comme le pétrole et le gaz naturel extraites des schistes et autres formations rocheuses.

La technique de fracturation hydraulique a deux composants. L'un est le forage hydraulique, d'abord effectué verticalement puis horizontalement. L'autre implique le pompage ou l'injection de fluides de fracturation (nous y reviendrons) dans le puits foré à haute pression.

Composition du « fluide de fracturation »

En général, le fluide de fracturation hydraulique est principalement de l'eau mélangée à divers produits chimiques, notamment des acides, lubrifiants et alcools. En plus de ceux-ci, de petites quantités de minuscules particules solides comme du sable sont ajoutées. Ces particules sont appelées « agents de soutènement » (proppants).

Bien que le sable non traité soit un agent de soutènement conventionnel, il est sensible à la génération de fines (réduction de taille) au fil du temps. Et pour maintenir la granulométrie idéale, le sable est souvent enrobé de résine pour créer du sable spécialisé (Sable Enrobé de Résine Durcissable). D'autres alternatives, comme la bauxite (frittée) et les céramiques, existent également.

L'EPA a identifié en moyenne 14 produits chimiques utilisés sur les sites de fracturation hydraulique aux États-Unis. L'éthanol, l'acide chlorhydrique et les distillats de pétrole étaient peut-être les plus courants parmi eux.

Le processus

Installation de fracturation hydraulique dans le Dakota du Nord | Image : Joshua Doubek

Le processus de fracking commence par un puits foré verticalement qui peut s'étendre jusqu'à 3 km sous la surface terrestre. Une fois que le puits vertical atteint une certaine profondeur (où se trouve la roche riche en minéraux), il prend un virage à 90 degrés et continue horizontalement. Selon une publication de l'Université Texas A&M, le forage horizontal peut s'étendre jusqu'à 1,6 km depuis le point d'intersection.

Une fois le forage terminé, le puits est tubé ; un tube durci et creux (en acier ou ciment) est inséré pour empêcher le déversement d'hydrocarbures et de fluides de fracturation dans les sources d'eau souterraines.

Le fluide de fracturation est ensuite injecté dans le puits sous des conditions de pression extrêmement élevées. Ce processus est souvent effectué à plus de 62 000 kilopascals, soit environ 9 000 psi (livres par pouce carré).

À haute pression, le fluide de fracturation crée des fissures et fractures dans les roches à travers lesquelles les hydrocarbures (pétrole et gaz naturel) peuvent s'écouler beaucoup plus librement. Les particules de sable ou agents de soutènement sont là pour maintenir ces fissures ouvertes même après la libération de la pression, assurant la libération continue de ressources précieuses.

Avec le pétrole et le gaz piégés, une grande quantité d'eaux usées ou liquide de « retour » est déchargée du puits. Le liquide de retour contient de l'eau et divers contaminants toxiques, notamment des métaux lourds, des matériaux radioactifs et d'autres toxines.

Tête de puits ouverte | Image : Joshua Doubek

Les eaux usées des puits de fracturation hydraulique peuvent être soit éliminées, soit réutilisées après traitement. Les deux méthodes ont cependant leurs complications.

L'histoire du fracking

La première utilisation enregistrée de technique de stimulation de roche remonte aux années 1860. La dynamite était souvent utilisée pour augmenter la production totale de pétrole des formations géologiques. L'idée a servi de base à la technique du « torpille explosif », développée par le Col. Edward A. L. Roberts, vétéran de la guerre civile américaine, en 1865.

Ici, des canistres munis d'explosifs (initialement poudre à canon ou nitroglycérine) étaient descendus dans le puits, déjà rempli d'eau pour maximiser l'effet de l'explosion. Les explosions de torpilles fracturaient la roche minérale et enlevaient la cire de paraffine qui s'accumule au fil du temps pour faciliter l'écoulement ininterrompu du pétrole.

Avant les torpilles à la nitroglycérine, de l'eau bouillante ou du benzène était versé dans les puits pour essayer de dissoudre la paraffine.

La version moderne de la fracturation hydraulique a été introduite aux États-Unis à la fin des années 1940.

Ses avantages et effets économiques

La technique de fracturation hydraulique permet non seulement aux entreprises énergétiques d'extraire des ressources précieuses de réservoirs difficiles d'accès, mais de les obtenir en quantités plus importantes (par rapport aux méthodes conventionnelles).

Bien que le fracking soit principalement utilisé pour l'extraction de pétrole et de gaz naturel, il peut être déployé dans d'autres conditions. Par exemple, il peut stimuler les puits d'eau souterraine ou aider à éliminer des déchets en profondeur dans les roches.

La croissance remarquable de la technologie du fracking aux États-Unis a radicalement amélioré la production de pétrole et de gaz du pays. En 2008, la production totale de gaz naturel du pays a dépassé celle de la Russie pour devenir le plus grand producteur de gaz naturel au monde.

En passant, le pays a devancé l'Arabie saoudite pour devenir le plus grand producteur mondial de pétrole en 2013.

Plus grands pays producteurs de gaz naturel | Image : Statista

La demande mondiale de gaz naturel ne fera qu'augmenter. Selon McKinsey, un cabinet de conseil en gestion, dans son rapport d'orientation 2019, la demande de GNL (gaz naturel liquéfié) devrait augmenter de 3,6 % par an jusqu'en 2035.

Avec ses vastes réserves de gaz de schiste et sa technologie de fracturation avancée, les États-Unis devraient fournir plus de la moitié du gaz naturel mondial d'ici la même période.

Les études menées pour déterminer l'aspect économique du fracking ont été majoritairement positives. Un rapport 2017 de l'Institution Brookings indique que l'extraction de gaz de schiste seule a augmenté les avantages par consommateur jusqu'à 432 $ dans la région Centre-Ouest-Sud des États-Unis.

De plus, l'augmentation du fracking a considérablement réduit les dépenses annuelles du pays en gaz. Le gain économique annuel total de cette technique est d'environ 74 milliards de dollars.

Le fracking peut cependant affecter négativement des secteurs économiques comme l'agriculture. Au moins une étude a trouvé que la productivité des cultures irriguées d'une ville diminue de 5,7 % quand un puits est foré à proximité (rayon 11-20 km). Selon la même étude, la province canadienne de l'Alberta a perdu environ 14,8 millions de dollars de revenus agricoles en 2014.

Le fracking est-il sûr ? Ses effets sur l'environnement et la société

Il n'y a pas de doute que le fracking intensif a transformé le marché énergétique américain et les a rendus autonomes pour les cent prochaines années. Il a stimulé l'économie américaine, et de nombreuses nations dans le monde ont tenté d'imiter la même chose.

La technologie fait cependant face à des critiques généralisées même aux États-Unis.

Marche pour l'énergie propre à Philadelphie (2016) | Mark Dixon/Flickr

L'utilisation de la fracturation hydraulique sur une longue période peut nuire à l'environnement de plusieurs façons. Contamination des eaux souterraines, séismes fréquents, pollution sonore, forte consommation d'eau, changement climatique et risques sanitaires globaux ont été liés au fracking.

Depuis des décennies, les opposants au fracking s'opposent pied à pied à ceux qui le soutiennent. Les partisans de la fracturation hydraulique citent souvent ses avantages économiques et le fait que le gaz naturel est un remplacement bien plus propre pour le charbon.

La plus grande préoccupation concernant l'utilisation de cette technologie est la contamination des eaux souterraines et de surface. En 2016, une recherche menée par Dominic DiGiulio, un ancien scientifique de l'EPA, suggère que les puits d'eau à Pavillion (Wyoming) sont pollués par des produits chimiques nocifs utilisés dans le fluide de fracturation. D'autres découvertes similaires ont également été faites. Un risque potentiellement élevé de contamination des eaux souterraines et de pollution de l'air par la fracturation hydraulique a été identifié dans un rapport 2012 par la Direction générale de l'environnement de l'UE.

La grande quantité d'eau requise dans le fluide de fracturation est aussi un problème majeur. Une installation de fracturation hydraulique de taille moyenne (puits unique) utilise jusqu'à 3,5 millions de gallons d'eau, tandis que c'est environ 5 millions de gallons pour les grandes.

Le processus d'injection de fluide dans la fracturation hydraulique est souvent associé à des tremblements induits. Bien que ces tremblements soient généralement de petite échelle, quelques-uns sont assez grands pour causer des dommages matériels. Près de 8 millions de personnes vivant dans les États américains du Colorado, Nouveau-Mexique, Texas, Kansas et Oklahoma font face au danger de séismes induits par le fracking.

Le fracking a aussi des effets sur la santé immédiats et à long terme. Une étude préliminaire des Centres américains pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC) en 2014 soupçonne que les travailleurs dans une installation de fracturation sont exposés à des niveaux dangereux de benzène (un composé chimique qui augmente le risque de cancer). Ils peuvent aussi développer d'autres conditions graves comme la silicose.

Le fracking dans d'autres régions du monde

En dehors des États-Unis, la fracturation hydraulique est pratiquée dans d'autres pays à travers le monde, au moins dans une certaine mesure. Le fracking est actuellement à ses débuts en Afrique du Sud. Il est relativement répandu au Canada, avec plus de 356 foreuses actives en 2012.

Les pays européens comme l'Allemagne et le Royaume-Uni ont adopté la technologie du fracking dans les années 1970. Aujourd'hui, cependant, ces nations l'ont soit purement et simplement interdite, soit ont émis des interdictions temporaires.

En 2011, après des manifestations nationales, la France est devenue la première nation à interdire son utilisation entièrement.

Réglementations gouvernementales

Les pays qui utilisent actuellement la technologie de fracturation hydraulique (à quelque degré que ce soit) ont au moins quelques règles et réglementations en place aux niveaux national, étatique et local.

Aux États-Unis, le fracking est exempté de divulguer les détails sur les produits chimiques utilisés dans le processus (autrement obligatoire par la Safe Drinking Water Act). Bien que les États soient tenus de suivre la loi fédérale, ils peuvent mettre en place des filets de sécurité et réglementations. Plusieurs États, dont le Texas, le Wyoming et le Michigan, obligent les entreprises minières à divulguer de tels détails.

Le Vermont est devenu le premier État américain à interdire le fracking en 2012. Il a été suivi par New York trois ans plus tard.