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RÉSUMÉ
Les hydrocarbures de roche-mère font partie de la famille des hydrocarbures non conventionnels. Ce sont les hydrocarbures qui sont restés piégés dans la couche où ils se sont formés, la roche mère. La matière organique contenue dans cette roche va durant son enfouissement au cours des temps géologiques se transformer en hydrocarbures liquides (pétrole de schiste) ou gazeux (gaz de schiste). Pour produire ces hydrocarbures dans une roche peu poreuse et quasiment imperméable, il est indispensable d’utiliser massivement deux techniques déjà employées dans la production conventionnelle : le forage horizontal et la fracturation hydraulique. Malgré l’amélioration constante de ces techniques, la production d’un puits est relativement faible et décline rapidement. Le nombre d’installations de production doit être important induisant un impact environnemental et des risques industriels qu’il est possible de minimiser en utilisant les standards de la profession. Le développement très récent des gaz et pétrole de schiste aux USA, les bouleversements économiques que cette production a engendré pose la question de leur avenir dans l’approvisionnement mondial en hydrocarbures. S’il est encore trop tôt pour en évaluer les ressources à l’échelle du monde, ils pourraient cependant prolonger l’approvisionnement en hydrocarbures permettant d’assurer une transition énergétique économiquement supportable .
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Roland VIALLY : Ingénieur de recherche - IFP Énergies Nouvelles Direction Géosciences, Rueil-Malmaison
INTRODUCTION
Depuis quelques années, le développement de la production d'hydrocarbures de roche-mère (pétrole et gaz de schiste) a considérablement modifié le paysage énergétique des États-Unis.
Les hydrocarbures de roche-mère sont les hydrocarbures liquides ou gazeux qui sont restés piégés dans la couche argileuse, riche en matière organique (la roche-mère), où ils se sont formés par augmentation de pression et de température au cours de leur enfouissement durant les temps géologiques. Une partie des hydrocarbures formés dans la roche-mère est expulsée, et, si les conditions géologiques sont favorables, iront former des gisements conventionnels. La partie restante constitue les hydrocarbures de roche-mère. Ce sont donc des hydrocarbures dont le mode de formation et la composition chimique sont identiques aux hydrocarbures conventionnels mais ils sont contenus dans une roche très peu poreuse et quasiment imperméable rendant impossible leur production par des méthodes classiques. Ils sont donc classés parmi la grande famille des hydrocarbures non conventionnels au même titre que les sables bitumineux du Canada et les huiles lourdes et extra-lourde du Venezuela.
La production de ces hydrocarbures fait massivement appel à deux techniques déjà couramment employées dans le monde pétrolier : le forage horizontal et la fracturation hydraulique. Le forage horizontal permet de traverser sur de grandes distances (1 à 2 km) la couche contenant les hydrocarbures de roche-mère et la fracturation hydraulique a pour but de créer une fracturation artificielle qui va permettre aux hydrocarbures présents d'être drainés en direction du puits. Du fait du caractère particulier de ces argiles, le rayon de drainage et la productivité des puits sont relativement faibles nécessitant la multiplication des installations. C'est ce nombre important de puits de production qui explique une empreinte environnementale plus forte que dans le cas d'un gisement conventionnel. Cette empreinte se marque dans l'occupation des sols, la gestion de la ressource en eau et les risques de pollutions des aquifères et de l'air. Tous les développements en cours visent à réduire cette empreinte sur l'environnement et bien évaluer les risques.
Le développement rapide et dans de grandes proportions de ces hydrocarbures de roche-mère, sous forme liquide (pétrole de schiste) ou gazeuse (gaz de schiste), a montré qu'il était possible de les produire à des coûts compétitifs. Aux États-Unis, la production massive de gaz de schiste a permis une très sensible baisse du coût du méthane, et la production de pétrole de schiste a permis de retrouver leur maximum de production atteinte au début des années 1970. Toutes les roches-mères suffisamment enfouies pour avoir généré des hydrocarbures liquides ou gazeux sont donc des objectifs potentiels pour cette production. Les ressources dans le sous-sol sont donc considérables mais il faut largement pondérer ces chiffres par un taux de récupération faible et un nombre important de sites de production. S'il est encore trop tôt pour définir l'importance des hydrocarbures de roche-mère dans le futur mix énergétique, il est cependant raisonnable de penser que dans de nombreux bassins sédimentaires, une production notable pourra être réalisée permettant d'assurer une transition énergétique économiquement supportable.
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MOTS-CLÉS
Hydrocarbures non conventionnels Pétrole et gaz de schiste Exploitation d'hydrocarbures Production d'hydrocarbures Forages horizontaux Fracturation hydraulique Evaluation des ressources
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Développement aux États-Unis
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5. Empreinte environnementale d'exploitation
L'exploration mais surtout l'exploitation des hydrocarbures de roche-mère nécessitent une activité industrielle soutenue qui peut entraîner, de par son intensité et l'étendue de la zone d'exploitation une forte empreinte environnementale (figure 17).
5.1 Empreinte au sol des exploitations
Une des principales inquiétudes à l'encontre de l'exploitation des hydrocarbures de roche-mère c'est l'empreinte au sol des installations de forages et de production. Si cette préoccupation était particulièrement fondée lors de la première phase d'exploitation où on employait principalement des forages verticaux dont l'espacement était de l'ordre de quelques centaines de mètres, cette empreinte au sol a été largement diminuée par l'usage quasiment systématique des forages horizontaux. À partir d'une même plate-forme de forage (« cluster » ou « pad » ), on peut forer une dizaine de drains horizontaux ce qui diminue d'autant le nombre des installations de surface (figure 18). En profondeur, la surface drainée peut atteindre 3 à 5 km2 et on peut espérer une augmentation rapide de la surface drainée par une augmentation significative de la longueur des drains horizontaux qui sont actuellement de l'ordre de 1 000 à 1 500 m.
Il faut aussi garder à l'esprit que l'emprise au sol des installations de surface varie suivant les phases de l'exploitation (figure 19).
– Pour un puits classique d'hydrocarbures de roche-mère – longueur de la partie horizontale du forage de 1 000 à 1 500 m à 2 000 m de profondeur, le temps de forage est de l'ordre de 3 à 4 semaines. C'est durant cette période que l'activité du chantier est la plus intense avec un mât de forage (derrick ) d'une trentaine de mètres de haut et une occupation au sol de l'ordre de 2 ha (figure 19 a ). Pour un cluster de puits d'une dizaine de puits, la phase de forage dure une dizaine de mois.
– Une fois le drain horizontal réalisé, le mât de forage est démonté et les opérations de fracturation hydraulique ont lieu. Ces opérations nécessitent une batterie de compresseurs et le stockage des matériaux nécessaires à cette fracturation, mais ne durent qu'un à deux jours...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - World energy outlook. - International Energy Agency (2012).
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(3) - * - BP Statistical Review of World Energy, juin 2013 http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/statistical-review/statistical_review_of_world_energy_2013.pdf
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(4) - HUBBERT (M.K.) - Nuclear energy and the fossil fuels. - Drilling and Production Pratice, American Petroleum Institute (1956).
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(5) - HUREAU (G.), VIALLY (R.) - Le renouvellement Gua (des réserves de pétrole et de gaz. - Fiche Panorama (2013) http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/publications/notes-de-synthese-panorama/panorama-2014
-
(6) - VIALLY (R.) - Les hydrocarbures non conventionnels : évolution ou révolution ? - Fiche Panorama (2012) http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/publications/notes-de-synthese-panorama/panorama-2014
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ANNEXES
Réglementation européenne Reach (Registration, évaluation, authorization and restriction of chemicals ) http://www.developpement-durable.gouv.fr/REACH,30375.html
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
West Virginia Surface Owner's Right Organization (WVSORO) http://www.wvsoro.org
Well Fargo Bank http://www.wellsfargo.com
Statoil http://www.statoil.com
Range Resources http://www.rangeresources.com
Haliburton http://www.halliburton.com
Gasfrac http://www.gasfrac.com/
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