Qu'est-ce que la fracturation hydraulique ? Avantages et inconvénients

La fracturation, abréviation de fracturation hydraulique, est une technique de forage spécifique qui permet aux mineurs d'extraire du pétrole et du gaz naturel des roches enfouies profondément sous la surface. En d'autres termes, il facilite la récupération des ressources naturelles difficiles d'accès.

Bien que cette technologie ait été perfectionnée dans les années 1950, elle reste à ce jour une question controversée majeure, à la fois environnementale et politique.

Ci-dessous, nous discuterons du processus impliqué dans la fracturation hydraulique, de son histoire et de son impact sur la société. Nous allons également explorer l'avenir de cette technique.

Comment fonctionne la fracturation hydraulique ?

Un schéma du processus | Avec l'aimable autorisation de l'image :Mike Norton

Selon l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis ou EPA, la fracturation hydraulique est un processus de stimulation de puits qui augmente considérablement la quantité totale de ressources naturelles telles que le pétrole et le gaz naturel extraits du schiste et d'autres formations rocheuses.

La technique de fracturation hydraulique comporte deux volets. L'un est le forage hydraulique, d'abord effectué verticalement puis horizontalement. L'autre consiste à pomper ou à injecter des fluides de fracturation (nous y reviendrons dans un instant) dans le puits foré à haute pression.

De quoi est composé le « fluide de fracturation » ?

De manière générale, le fluide de fracturation hydraulique est principalement de l'eau mélangée à divers produits chimiques, notamment des acides, des lubrifiants et de l'alcool. En plus de ceux-ci, de petites quantités de minuscules particules solides telles que le sable sont également ajoutées. Ces particules sont appelées « proppants ».

Bien que le sable non traité soit un agent de soutènement conventionnel, il est sensible à la génération de fines (réduction de la taille) au fil du temps. Et pour maintenir la taille de grain idéale, le sable est souvent enduit de résine pour créer un sable spécialisé (sable enduit de résine durcissable). D'autres alternatives, comme la bauxite (frittée) et la céramique, sont également présentes.

L'Environmental Protection Agency des États-Unis a identifié une moyenne de 14 produits chimiques utilisés dans les sites de fracturation hydraulique du pays. L'éthanol, l'acide chlorhydrique et les distillats de pétrole étaient peut-être les plus courants d'entre eux.

Le processus

Un hydro-fracking mis en place dans le Dakota du Nord | Courtoisie d'image :Joshua Doubek

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

Une fois le forage terminé, le puits est encaissé; un tube creux durci (en acier ou en ciment) est inséré pour arrêter 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 dans des conditions de pression extrêmement élevée. Ce processus est souvent effectué à des niveaux de pression de plus de 62 000 kilopascals, soit environ 9 000 psi ou livres par pouce carré.

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

En plus du pétrole et du gaz piégés, une grande quantité d'eaux usées ou de liquide « de reflux » est déchargée du puits. Le liquide de reflux contient de l'eau et divers contaminants toxiques, notamment des métaux lourds, des matières radioactives et d'autres toxines.

Une tête de puits ouverte | Courtoisie d'image :Joshua Doubek

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

L'histoire de la fracturation hydraulique

La première utilisation enregistrée de la technique de simulation de roche remonte aux années 1860. Les dynamites étaient souvent utilisées pour augmenter la production totale de pétrole des formations géologiques. L'idée a servi de base à la technique de la « torpille explosive », qui a été développée par le colonel Edward A. L. Roberts, un vétéran de la guerre de Sécession en 1865.

Ici, des bidons équipés d'explosifs (initialement de la poudre à canon ou de la nitroglycérine) ont été encordés dans le puits, qui est déjà rempli d'eau pour maximiser l'effet de l'explosion. Les explosions de torpilles fractureraient la roche minérale et élimineraient la cire de paraffine qui s'accumule au fil du temps pour faciliter l'écoulement ininterrompu du pétrole.

Avant que les torpilles ne remplissent de nitroglycérine, de l'eau bouillante ou du benzène était versé dans des 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 40.

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 aussi de les obtenir en quantités plus importantes (par rapport aux méthodes conventionnelles).

Bien que la fracturation soit principalement utilisée dans l'extraction de pétrole et de gaz naturel, elle peut également être utilisée dans un ensemble d'autres conditions. Par exemple, il peut stimuler les puits d'eau souterraine ou aider à éliminer les déchets profondément dans les roches.

La croissance remarquable de la technologie de fracturation hydraulique aux États-Unis a considérablement 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 de pétrole au monde en 2013.

Principaux pays producteurs de gaz naturel | Courtoisie d'image :Statista

La demande mondiale de gaz naturel ne fera qu'augmenter. Selon McKinsey, une société de conseil en gestion, rapport sur les perspectives en 2019, la demande de GNL (gaz naturel liquéfié) devrait augmenter de 3,6% par an jusqu'en 2035.

Avec leurs vastes réserves de gaz de schiste et leur technologie de fracturation de pointe, 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 de la fracturation hydraulique ont été pour la plupart positives. Un rapport de 2017 de la Brookings Institution indique que l'extraction de gaz de schiste à elle seule a augmenté les avantages pour le consommateur par personne jusqu'à 432 $ dans la région du centre-sud-ouest des États-Unis.

De plus, l'augmentation de la fracturation hydraulique 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.

La fracturation hydraulique peut toutefois nuire à des secteurs économiques tels que l'agriculture. Au moins une étude a révélé que la productivité des cultures irriguées d'une ville diminue de 5,7 pour cent lorsqu'un puits est foré à proximité (rayon de 11 à 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.

La fracturation est-elle sûre ? Son effet sur l'environnement et la société

Il ne fait aucun doute que la fracturation hydraulique à grande échelle a transformé le marché américain de l'énergie et l'a rendu autonome pour les cent prochaines années. Cela a stimulé l'économie américaine, et de nombreux pays du monde ont tenté d'imiter la même chose.

La technologie fait cependant l'objet de nombreuses critiques, même aux États-Unis.

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

L'utilisation de la fracturation hydraulique sur une longue période peut nuire à l'environnement à plus d'un titre. La contamination des eaux souterraines, les tremblements de terre fréquents, la pollution sonore, la consommation élevée d'eau, le changement climatique et les risques pour la santé en général ont été liés à la fracturation hydraulique.

Depuis des décennies maintenant, les opposants à la fracturation hydraulique se livrent au remorquage contre ceux qui la soutiennent. Les partisans de la fracturation hydraulique citent souvent ses avantages économiques et le fait que le gaz naturel est un remplacement beaucoup plus propre du charbon.

La plus grande préoccupation concernant l'utilisation de cette technologie est la contamination des eaux souterraines et des eaux de surface. En 2016, une recherche menée par Dominic DiGiulio, un ancien scientifique de l'EPA, suggère que les puits d'eau de Pavillion (Wyoming) sont pollués par des produits chimiques nocifs utilisés dans les fluides de fracturation hydraulique. D'autres constatations 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 de 2012 de la direction générale de l'environnement de l'UE.

La grande quantité d'eau requise dans le fluide de fracturation hydraulique est également un problème majeur. Une installation de fracturation hydraulique de taille moyenne (puits unique) utilise jusqu'à 3,5 millions de gallons d'eau, alors qu'elle est d'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 secousses soient généralement à petite échelle, peu sont suffisamment importantes pour causer des dommages matériels. Près de 8 millions de personnes vivant dans les États américains du Colorado, du Nouveau-Mexique, du Texas, du Kansas et de l'Oklahoma seraient confrontées au danger de tremblements de terre induits par la fracturation hydraulique.

La fracturation a également des effets immédiats et à long terme sur la santé. Une étude préliminaire réalisée par les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) des États-Unis en 2014, soupçonne que les travailleurs d'une installation de fracturation hydraulique sont exposés à des niveaux dangereux de benzène (un composé chimique qui augmente le risque de cancer). Ils peuvent également développer d'autres affections graves telles que la silicose.

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Fracking dans d'autres régions du monde

Outre les États-Unis, la fracturation hydraulique est pratiquée dans d'autres pays du monde, du moins dans une certaine mesure. La fracturation hydraulique en est actuellement à ses premiers stades de développement en Afrique du Sud. Il est relativement répandu au Canada, avec plus de 356 appareils de forage actifs en 2012.

Des pays européens comme l'Allemagne et le Royaume-Uni ont adopté la technologie de fracturation hydraulique dans les années 1970. Aujourd'hui, cependant, ces nations l'ont soit carrément interdit, soit émis des interdictions temporaires à son encontre.

En 2011, après des manifestations à l'échelle nationale, la France est devenue la première nation à interdire totalement son utilisation.

Règlements du gouvernement

Les pays qui utilisent actuellement la technologie de fracturation hydraulique (dans une certaine mesure) ont au moins quelques règles et réglementations en place aux niveaux national, étatique et local.

Aux États-Unis, la fracturation hydraulique est exemptée de la divulgation de détails sur les produits chimiques utilisés dans le processus (autrement obligatoire par la Safe Drinking Water Act). Alors que les États sont tenus de suivre la loi fédérale, ils peuvent mettre en place des filets de sécurité et des réglementations. Plusieurs États, dont le Texas, le Wyoming et le Michigan, exigent que les sociétés minières divulguent ces détails.

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