séverin pistre professeur d’hydrogéologie

Communauté de Communes du Grand Pic Saint Loup – 3 mars 2011 1

Exploitation des gaz de schiste

Questions géologiques et

risques environnementaux

Exemple du Sud-Est de la France

Séverin Pistre Professeur d’Hydrogéologie

Bruxelles - 14 Avril 2011


11

22

33

44

Env. 60°C

Env. 60°C

Env.60°C

Env. 90°C

Env. 60°C

0 km

2 km

0 km

2 km

0 km

2 km

0 km

2 km

3 km

Env. 90°C

Fenêtre à huileFenêtre à huile

Fenêtre à gazFenêtre à gaz

Fenêtre à huileFenêtre à huileDiz

aine

s à

Cent

aine

s de

mill

ions

d’a

nnée

s

Genèse des hydrocarburesDépôt des sédimentsriches en Mat. Organique

Recouvrement des sédiments

Enfouissement des sédimentsAugmentation de P et T°

Enfouissement des sédimentsAugmentation de P et T°


CouvertureCouverture

RéservoirRéservoir

Roche Mère

Roche Mère

Roche MèreRoche Mère

CouvertureCouverture



Migration des fluides vers des réservoirs(roche-mère --> réservoir)

60°C

90°C

Système pétrolier conventionnel





Les fluides générés restent dans la roche-mère

60°C

90°C

Système pétrolier non-conventionnel



Évolution thermique du bassin

Enfouissement des

schistes carton du

ToarcienEnfouissem

ent des

Black shales Autunien



Histoire de l’enfouissement des formations (ex: Sud France)

Dépôt des schistes carton

Dépôt des Blackshales



Méthode d’extraction

Couche cible(50 à 100m) Forage horizontal

Aquifère (0 à 300m)

0m

300 m

2 à 4km

Tubage de surface + ciment

Tubage + ciment

1- Forage parallèle à la couche pour optimiser la surface de contact avec les argiles

> 1km



Fracturation hydraulique

Couche cible(50 à 100m)

surfaceAquifère

(0 à 300m)

0m

300 m

2- fracturation de la couche pour favoriser la perméabilité et l’écoulement du gaz

Fluides sous pression

Augmentation de la pression fluide => rupture de la roche => microséismes autour du forage

50 à 100m

100 à 500m



0m

300 m

Formation de fractures contenues dans la couche = fractures hydrauliques

50 à 100m

100 à 500m

Fracturation hydraulique

Production de gaz (+ eau + effluents)

Source: Zoback & al 2010Bruxelles - 14 Avril 2011


Quels sont les risques pour l’environnement ?

Détérioration qualitative et quantitative de la ressource en eau souterraine et de surface

Modification des paysages

Altération des écosystèmes

Pollution de l’air

Pollution sonore



Garfield county Colorado (USA)

Pistes d’accèsAires de stockage (citernes, compresseurs..)Bassins de rétention (eaux, boues..)Colonnes de forages…

Impact sur les paysages et les écosystèmes

Ex USA:0,5 à 3 plateformes /km2



Emission de CO2 et d’oxydes d’azoteForages, Fracturation, compresseurs, transport

Emission de composés organiques volatilesVentilation des puits, déshydratation du gaz, fuites de méthane,…

=> Emission de gaz qui activent la formation d’ozone

Pollution de l’air

Pollution sonoreStations de pompage, torchères, trafic véhicules, compresseurs..

=> 75 db à 2 km du site


Les 3 problèmes liés à l’eau

Problème de ressource pour l’eau nécessaire- Forage: lubrifiant et remontée des déblais de forage (±1000m3)- Hydrofracturation: volumes importants nécessaires

=> conflit d’intérêt (minier / agricole / industrie / consommation)

Problème de traitement des eaux récupérées/pollution en surface- stockages des déblais de forages- remontée de fluides d’hydrofracturation- remontées de fluides/éléments chimiques résidents - traitements des fluides récupérés- déversement de liquides contaminés en surface

Problème de pollution des eaux en profondeur- défaut de tubage (casing) => fuite dans les couches traversées (dont aquifères)- fracturation mal contrôlée => fuite des fluides dans les couches supérieures- fracturation mal contrôlée => réactivation de failles => drains: fluides vers couches sup.



pipeline

saumures

Adapté de Kargbo et al., 2010. Environ. Sci. Technol.

Profondeur : 2 à 3 km

Défaut de tubage

Rem

onté

e su

r fa

ille

natu

relle

/réa

ctiv

ée

Drainance

Fuite de bassin

Fracturation mal contrôlée

gaz


Nature des produits injectés

Nature des produits injectés ?

Source: IFP 2011

Acide chlorhydrique

lubrifiantAnti-microbien

Inhibiteur de dépôt

Eau (~95%)

Sable (~3%)Additifs (~2%)

Devenir des produits injectés ?

• 10 à 70% du fluide remonte en surface par le forage dans les jours/semaines qui suivent, et doivent être traités

• 90 à 30% du fluide reste dans les formations géologiques, où il interagit sur le long terme

Source: Institut National de Santé Publique du QuébecN. Mousseau 2010

Nombreuses substances chimiques dont plusieurs cancérogènes> 500 produits recensésHypochlorite de sodium Phosphate de tributyleIsopropanol DiethylbenzèneXylène Acide NitriloacétiquePolyacrylamide Formaldéhyde (formol)Gomme de guar etc…Méthanol


Volumes de produits injectés

10 000 - 20 000m3 d’eau par forage

origine : eau de surface (transport) ou souterraine (sur-place ?)

- 4 à 8 piscines olympiques

- consommation annuelle de 300 à 600 personnes- 500 à 1000 camions citernes (2 livraisons/heure pendant 11 à 21 jours)

100 à 200 m3 de produits chimiques- 5 à 10 camions

X 5 à 10 forages/plateforme


Source Institut National de santé Publique du Québec

Nature des éléments contenus dans les couches profondes

Ces éléments peuvent remonter par le forage, par drains naturels ou induits- pendant la phase de mise en œuvre du forage (quelques semaines)- pendant l’exploitation du gaz (10 ans) - après l’exploitation > 10 ans ? > siècle ?

Saumures dans les aquifères profonds- sels: sulfures, chlorures

Eléments adsorbés par les argiles qui seront libérés lors de l’exploitation- éléments radioactifs: Plomb-210, Radium-226, Thorium-234,… - des métaux: Plomb, Thallium,…- Arsenic, Sélénium,…

Ex USA :[Ra-226] = limites x 267Kargbo et al., 2010. Environmental Science and Technology



Bassins

Risque de fuites

Elimination ?

- Rejet des effluents contaminés et très salés- Séchage = déchet toxique => décharge / stockage (AMD) - Traitement par STEP ? Non adaptées- Traitement par stations industrielles ?

Devenir des fluides récupérés10 à 70% des fluides injectés



Exemple de la France

coupe géologiquebassin aquitain

coupe géologiquebassin parisien



Montélimar, Total4327km2; 37.8M€8735.85 €/km2

Montélimar, Total4327km2; 37.8M€8735.85 €/km2

Nant, Schuepbach4414km2

1.7M€385.14 €/km2

Nant, Schuepbach4414km2

1.7M€385.14 €/km2

Villeneuve de Berg, Schuepbach931km2; 39.9M€42857.14€/km2

Villeneuve de Berg, Schuepbach931km2; 39.9M€42857.14€/km2

Bassin d’Alès, Mouvoil215km2, ; 2.1M€4651.16€/km2

Bassin d’Alès, Mouvoil215km2, ; 2.1M€4651.16€/km2

Plaine d’Alès, BridgeOil503km2; 1.5 M€2982.11€/km2

Plaine d’Alès, BridgeOil503km2; 1.5 M€2982.11€/km2

Navacelles Egdon216km2; 1.36 M€6296,29 €/km2

Navacelles Egdon216km2; 1.36 M€6296,29 €/km2

Plaines du LanguedocLundin2348km2; 1.5 M€; 638.84 €/km2

Plaines du LanguedocLundin2348km2; 1.5 M€; 638.84 €/km2

Nimes, Egdon (après rachat de EnCore)507km2; 5 M€ ; 9861.93 €/km2

Nimes, Egdon (après rachat de EnCore)507km2; 5 M€ ; 9861.93 €/km2

Provence,Queensland Gas(demande)

Provence,Queensland Gas(demande)

Les permis du bassin Sud-EstLes permis du bassin Sud-Est

Communauté de Communes du Grand Pic Saint Loup – 3 mars 2011 20100km

Le Toarcien L’Autunien

?

?

Quelles sont les cibles ?


Quelles sont les ressources en eau de la région Sud-Est ?

Climat méditerranéen : épisodes pluvieux intenses / étés secsévolution climatique : -20% pluie en 2030 (GIEC)

Aquifères karstiques = principales ressourcescrues / étiages sévèresrecharge rapidedéveloppement profond

Failles profondesconnexion des aquifèresdrainage des eaux souterrainesremontées de fluides naturels (eau chaude, CO2…)


Montpellier

Les aquifères karstiques

à fort intérêt stratégique

Bakalowicz, 1994

Agence de l’eau RMC


Vulnérabilité des karstscarte SDAGE RMC

Vulnérabilité des différents types d’aquifères

d’aprèsDrogue, 1971


Exemple de l’aquifère du Lez/Montpellier

300.000 personnes

Aquifère du LezAquifère du Lez

d’après Marjolet et Salado, 1975

ToarcienToarcien

AutunienAutunien


Connexion des aquifères

Aquifères karstiques séparés par de minces niveaux imperméables

Mais connexions possibles par zones de failles (fracturation => porosité => drain)

D’après Benedicto, 1996

Lez

Nîmes

Montpellier


d’après Bicalho, 2010Benedicto, 1996

Fonctionnement de l’aquifère du LezMise en évidence de venues profondes

infiltrationSource du Lez

SENW

Recharge rapideAquifère principalVenues profondes

Source du Lirou


Approfondissements scientifiques nécessaires pour préciser l’expertise et faire face aux demandes futures d’utilisation du milieu souterrain

Conclusion

Risques de pollution des aquifères par dessus/dessous


Cohérence avec DCE, périmètres de protection des captages, SDAGE, zones naturelles protégées (parcs naturels..) ?

Amélioration des techniques (utilisées aux USA et Canada) ?

Refus d’exploiter les gaz de schiste => refus d’explorer ???

Comment encadrer/surveiller l’exploitation ? Par qui ?

séverin pistre professeur d’hydrogéologie

Documents