Réalisation du Bilan Carbone®

Nous allons à présent réaliser le Bilan Carbone® de nos deux procédés à l'étude.
Pour cela, nous suivrons la démarche du Bilan Carbone® explicitée en amont.

Nous n'expliciterons cependant pas l'étape 1 de la méthode, qui est l'étape de sensibilisation aux émissions de gaz à effet de serre et au changement climatique, car de par notre formation l'ensemble du groupe présente un intérêt pour la problématique liée à l'environnement. De plus, les données ne sont recueillies qu'auprès des membres du groupe, d'ouvrages, de publications ou de professionnels du métier, sensibilisés aux enjeux environnementaux.

Nous ne développerons pas l'étape 6, traitant du lancement des actions de réduction des émissions. En effet, notre étude étant sur une exploitation fictive de gaz de schiste sur le territoire français, les propositions de réduction des émissions ne seront pas applicables.

Définition du champ d'étude et des paramètres limites

Afin de réaliser le Bilan Carbone®, il est nécessaire de définir les frontières géographique et temporelle de notre étude, ainsi qu'une unité fonctionnelle permettant de pouvoir faire une comparaison.

Notre étude générale comprend ici le procédé d'extraction de gaz de schiste de 10 puits sur une zone de 20ha, en considérant que la surface de mise en place d'un puits nécessite 1ha. Les puits sont  forés les uns après les autres, et exploités ensuite en parallèle. Le Bilan Carbone® est cependant réalisé pour un seul puits afin de pouvoir comparer les émissions de gaz à effet de serre des deux procédés d'extraction pour une même surface d'exploitation et une même production de gaz de 60 millions de m3. Cette quantité de production correspond à la production moyenne basse d'un puits de gaz de schiste. Néanmoins, nous savons que la production annuelle d'un puits de gaz conventionnel est 5 à 7 fois supérieure à celle d'un puits de gaz de schiste. Pour des raisons de comparaison, nous choisissons l'unité fonctionnelle suivante :

"Produire 60 millions de m3 de gaz naturel"

Pour la production de gaz conventionnel, le puits produit de façon continue pendant 25 à 50 ans. La production annuelle est alors de 2,6% de la production totale pour un puits. En prenant exemple sur des exploitations américaines de gaz de schiste, la phase d’exploration du site dure 1 an et celle de production (exploration et exploitation du gaz) est estimée à 25 ans. Durant la première année d'exploitation, en moyenne 65% du gaz produit au total par un puits de gaz de schiste est extrait. Il n'est donc pas judicieux de comparer les émissions de gaz à effet de serre sur une période courte. Elles seront donc calculées sur une période de 25 ans, période considérée comme commune aux deux types d'extraction et s'étalant des travaux à la fermeture du site. Le bilan réalisé ne comprend cependant pas les étapes de traitement du gaz, de par un manque de certaines données, et de fermeture et de réhabilitation du site, ces deux dernières étapes n'étant pas considérées dans notre étude générale. Les étapes prises en compte pour la réalisation de notre Bilan Carbone® sont détaillées dans la partie "collecte de données et réalisation de l'inventaire".

Le gaz de schiste n'étant pas exploité en France actuellement, le contexte prospectif et hypothétique de l’étude ne permet pas de se référer à une année en particulier. En conséquence, nous nous référerons à des études et des exploitations de gaz de schiste en Amérique du Nord.

Le puits est étudié du commencement de la préparation du site à l'extraction du dernier litre de gaz. Le démantèlement du site, sa fermeture et l'étape du traitement du gaz ne sont pas inclus dans le bilan.


Bibliographie

Dessus B., 2013, Que penser de l'affaire des gaz de schiste, les cahiers de GLOBAL CHANCE n°33

 

Collecte de données et réalisation de l'inventaire

1. Définition et structure générale de l'inventaire

L'élaboration d'un Bilan Carbone® passe au préalable par la réalisation d'un inventaire des flux et des matériaux responsables des émissions de gaz à effet de serre, de manière directe ou indirecte. Dans notre cas, nous rappelons que l'inventaire est réalisé pour un seul puits d'1ha sur une durée de vie de 25 ans et pour une production du puits de 60 millions de m3. Les flux sont donc quantifiés en ne prenant en compte qu'un seul puits et non le fonctionnement de la plateforme dans son intégralité. En effet, si on considère le fonctionnement des 10 puits en parallèle, les flux seraient modifiés.

L'inventaire comprend ici :

  • l'utilisation des engins émetteurs de gaz à effet de serre,
  • la présence de matériels et matériaux spécifiques à l'extraction de gaz naturel,
  • les flux d'apport et de retrait de ces matériels et matériaux sur le site,
  • les fuites de gaz liées à l'activité. 

Cet inventaire est réalisé pour le procédé d'extraction de gaz de schiste mais aussi pour le procédé d'extraction de gaz conventionnel.

Le procédé d'extraction de gaz, quel qu'il soit, nécessite la préparation du site d'extraction et l'exploitation du site. Les étapes principales prises en compte pour l'inventaire pour chaque type de flux énoncé sont :

  • les travaux liés à la préparation du site. Cette étape comprend le retrait de la végétation sur 1ha de terrain permettant l'implantation d'un puits d'extraction de gaz naturel, le nivellement du terrain, l'installation d'une géomembrane bitumineuse imperméable et d'une tôle en aluminium permettant de sécuriser le site et d'éviter les infiltrations dans le sol de fluides polluants (eaux de forage et eaux de reflux pour la fracturation hydraulique), ainsi que la construction des routes (chemins nivelés et recouverts de graviers) permettant d'accéder au site créé depuis les routes départementales déjà existantes.
  • les travaux liés au forage. Ceux-ci comprennent la construction d'un bassin de ruissellement collectant les eaux de pluies ruisselant sur le site et susceptibles d'être polluées, les équipements de forage (matériels, matériaux, machines permettant de forer et transport), le liquide de forage et les produits chimiques intervenants, les boues de forage récupérées et ensuite évacuées, le tubage du puits c'est-à-dire la mise en place des tubes en acier de renforcement et d'isolement du puits, ainsi que toutes les machines permettant de réaliser le forage, la surveillance et la maintenance de celui-ci, le stockage des produits ou encore les flux de transport acheminant le matériel et les machines.
  • les travaux liés à la fracturation hydraulique pour le cas de l'exploitation de gaz de schiste. Ils comprennent la gestion du liquide de fracturation (eau, produits chimiques et sable) et des eaux de reflux (quantité, composition chimique, stockage et acheminement) ainsi que le traitement de ces eaux, l'utilisation d'explosifs permettant de fracturer la roche en profondeur et libérant le gaz.
  • les travaux de développement du site permettant la production de gaz sur 25 ans. Il s'agit ici d'étudier la mise en place des pipelines présents uniquement sur le site.

Les données sont recueillies en utilisant des références bibliographiques et les informations des 4 autres binômes. En effet, notre travail d'inventaire et de quantification est très lié avec les travaux des autres membres du groupe, comme le montre le schéma de la figure 1. Des calculs de dimensionnement supplémentaires ont été effectués afin de compléter nos données chiffrées. 

Figure 1 : Schéma d'intégration des travaux des binômes au sein du projet 

 

2. Réalisation de l'inventaire

Dans cette partie sont développés les inventaires réalisés. Les calculs utilisés pour aboutir à la quantification de certains flux et matières et de carburants sont aussi explicités.

Tout d'abord, les durées des étapes prises en compte pour l'inventaire sont détaillées dans le tableau 1 suivant :

 

Tableau 1 : Tableau comparatif des durées des différentes étapes des procédés d'extraction de gaz de schiste et de gaz conventionnel

En effet, ces durées servent à calculer les temps de travail des engins de chantier à chaque étape, et ainsi déduire, connaissant la consommation des moteurs de ces engins, la quantité de carburant (supposé uniquement comme étant du diesel) consommée pour ces travaux. Elles sont définies à partir de recherche bibliographique et pour certaines valeurs, nous réalisons des calculs.  

Dans la bibliographie, nous trouvons des minimums et des maximums de durée pour certaines étapes. Nous réalisons alors des fourchettes de temps pour le total.

L'inventaire se présente sous forme de tableaux dans les documents suivants. Pour chaque inventaire on réalise deux tableaux : le premier recense les flux de matière pour le procédé d'extraction de gaz de schiste, le deuxième s'intéresse au procédé d'extraction de gaz conventionnel. Les cellules "total" indiquent les valeurs entrées telles quelles dans le tableau V6.1. Le détail de certains calculs, l'explication des éléments sélectionnées pour notre inventaire ainsi que les documents sont répertoriés ci-après.

 

2.1. Inventaire des engins émetteurs de gaz à effet de serre

Les engins et machines utilisés sur le site d'extraction de gaz naturel sont répertoriés dans les tableaux en lien ci-dessous.

Pour chaque machine, nous calculons la quantité de carburant nécessaire à son fonctionnement à l'aide du tableau des durées des différentes étapes, de la puissance des machines donnée dans leur fiche technique et de la combustion du diesel qui est de 39 MJ.L-1 par la formule suivante :

$$Consommation  de  carburant  (L) =\frac{Puissance  des  machines  (kW ou  kJ.s^{-1})  \times Temps  d'utilisation  (s) }{Combustion  du  diesel  (kJ.L^{-1})}$$

Les résultats sont présentés dans les tableaux de l'inventaire des machines consommatrices de carburant et émettrices de gaz à effet de serre :

Pour certains calculs il faut réaliser des estimations lorsque les données viennent à manquer comme c'est le cas par exemple pour la consommation en carburant de la pompe utilisée pour l'injection du ciment dans le puits responsable de son étanchéité.
En s'appuyant sur le tableau des durées ci-dessus et des calculs effectués au préalable pour évaluer le temps de forage, le temps nécessaire à cette étape dans son intégralité est de 28 jours et le forage en lui-même, c'est-à-dire le travail de la foreuse jour et nuit, s'élève à environ 12 jours (280,89 heures). A cette dernière étape s'ajoute le temps nécessaire pour installer l'équipement de forage, insérer les tubes en acier et augmenter la longueur de la tige de forage. Ces 4 étapes ont donc une durée de 16 jours (28 jours auxquels on soustrait les 12 jours de travail de la foreuse). Nous considérons alors que chacune de ces étapes a une durée équivalente de 4 jours.
Étant donné que la profondeur de forage 
pour le gaz conventionnel, comparé au procédé d'extraction du gaz de schiste, est moindre car ce procédé ne nécessite qu'un forage vertical à 4 000 m, l'étape de cimentage pour l'extraction de gaz conventionnel est alors fixée à 3 jours.

Pour l'éclairage, nous jugeons nécessaire d'installer des néons et des tours d'éclairage pour travailler de nuit sur le site d'extraction. Le nombre de néons et de tours, qui est respectivement de 20 et de 2, sont évalués à l'aide de photographies de l'équipement sur les sites de forage de puits de gaz de schiste. Le temps d'utilisation de cette éclairage est déterminé à partir du tableau des durées en estimant les étapes pour lesquelles l'éclairage est nécessaire. Dans notre cas d'étude, il s'agit du début de forage jusqu'au nettoyage du puits. On obtient alors une fourchette de temps. Pour calculer le carburant à consommer, on utilise à nouveau la formule explicitée auparavant en prenant comme valeur de temps, la valeur moyenne entre le maximum et le minimum de la fourchette.

Pour chaque engin et machine consommateurs de carburant, on réitère cette méthodologie qui est d'évaluer le temps d'utilisation de l'appareil et sa puissance afin de calculer sa consommation en gazole. 

 

2.2. Inventaire des matériels et matériaux spécifiques à l'extraction de gaz

La préparation du site et son exploitation nécessite bon nombre de matériels et matériaux, afin de pouvoir extraire le gaz. Ceux-ci sont répertoriés dans les tableaux en lien ci-dessous :

2.2.1. Calcul du stock de carbone et de la quantité de biomasse végétale retirée du site

Le sol et la végétation du site sont composés en partie de carbone organique. De plus, des échanges de carbone sous forme de carbone minéral (CO2, CH4,...) et de carbone organique (chaînes carbonées des molécules constituant la matière végétale ou le sol) s'effectuent entre le sol, les végétaux et l'atmosphère. Lors du changement d'occupation d'un sol, ces échanges sont modifiés. En effet, des travaux de retrait de la végétation ou de déplacement de terres sur un site que l'Homme souhaite aménager perturbent ces échanges de carbone, ainsi que le stock de carbone du site donné. Ce stock de carbone avant modification de la zone, à l'état dit naturel, peut être estimé à l'aide d'une méthode de calcul développée par l'Institut national de l'environnement industriel et des risques, l'INERIS, et rendue publique par la directive européenne 2010/335/UE du 10 juin 2010 relative à la réglementation de la prévention des risques et de la protection de l'environnement.

Une fois le stock de carbone calculé, il est possible d'en déduire la quantité de biomasse retirée. C'est ce que l'on cherche à obtenir, afin d'estimer la quantité de végétation déblayée du site lors des travaux de préparation du site.

Afin de pouvoir calculer le stock de carbone relatif à l'affectation réelle du sol, il faut connaître le climat de la zone étudiée, le type de sol ainsi que le type de végétation présente sur le site. Dans notre cas ici, le climat est tempéré, doux et humide. Le sol est supposé comme étant argileux de haute densité. Les informations concernant la végétation du site ne sont pas connues, des propositions de calculs vont être faits en fonction de trois types de végétations pouvant se trouver sur le site d'implantation du puits :

  • Site 100% occupé par de la terre cultivée
  • Site 100% occupé par de la forêt
  • Site 100% occupé par de la garrigue, végétation basse et peu dense caractéristique des grandes étendues cévenoles

Le stock de carbone se calcule sur une surface considérée comme homogène, avec des caractéristiques identiques en tout point de la zone. C'est pour cela que les calculs sont effectués sur une zone où le climat, le type de sol et la végétation sont considérés comme constants et similaires en tout point du site.

Le stock de carbone pour 1ha se calcule à l'aide de la formule suivante :

$$CS_{i} = SOC + C_{veg}$$

Avec CSi le stock de carbone (tonne),
SOC le stock de carbone organique dans le sol (tonne),
Cveg le stock de carbone au-dessus et au-dessous du couvert végétal (tonne).

Nous ne nous intéressons ici qu'à l'extraction de la matière végétale au-dessus du sol, de ce fait on ne prend pas en compte la valeur de SOC, le stock de carbone organique du sol. 
De ce fait,

$$CS_{i} = C_{veg}$$

Effectuons les calculs à présent pour chaque type de végétation :

  • Site 100% occupé par de la terre cultivée

Cveg = 0 tonne dans ce cas-ci, d'après les tableaux fournis par INERIS. En effet, suivant la période à laquelle les travaux sont réalisés, les terres cultivées peuvent être à nue (non cultivées) si l'on a des cultures annuelles. De ce fait, on trouve que
$$CS_{i}(terres cultivées) = 0tC$$

  • Site 100% occupé par de la forêt

Cveg = 14 tonnes dans  l'hypothèse d'une forêt continentale tempérée en Europe, âgée de plus de 20 ans. On a alors un stock de carbone de
$$CS_{i}(forêt) = 14tC$$

  • Site 100% occupé par de la garrigue

La garrigue est ici considérée comme étant assimilable à de la végétation rase, type culture pérenne avec absence de labour et des intrants faibles. Cveg = 7,4 tonnes dans ce cas-ci. On a alors
$$CS_{i} = 7,4C$$

Nous avons donc à présent les valeurs des stocks de carbone au-dessus et au-dessous du couvert végétal (Cveg). Or, nous souhaitons n'avoir que la valeur du stock de carbone au-dessus du couvert végétal, c'est-à-dire correspondant au carbone minéral et au carbone organique contenus dans la biomasse végétale retirée du site pour les travaux. Dans les calculs de stock de carbone établis par l'INERIS, le calcul du stock de carbone dans le sol est établi pour les 30 premiers centimètres. De ce fait, on choisit d'approximer la valeur de Cveg à la valeur du stock de carbone du couvert végétal sec.

De plus, il est estimé que la teneur en carbone dans la biomasse sèche d'un arbre est d'environ 50% du poids sec total de l'arbre (les 50% restants étant d'autres macro et oligo-éléments). La teneur en carbone de la biomasse humide d'un arbre est de 25% du poids total humide de l'arbre.
De ce fait, la quantité de biomasse végétale enlevée est estimée à 4 fois la valeur de Cveg, soit :

  • Site 100% occupé par de la terre cultivée : 0 tonne pour le site étudié (1ha)
  • Site 100% occupé par de la forêt : 4 x 14 = 56 tonnes pour le site étudié (1ha)
  • Site 100% occupé par de la garrigue : 4 x 7,4 = 29,6 tonnes pour le site étudié (1ha)

​​Il faut donc discriminer entre ces trois valeurs, suivant où le puits est implanté. La carte de la figure 2 ci-dessous présentre un endroit potentiel où le puits pourrait être installé. Cet endroit est déterminé en utilisant le travail réalisé par le binôme 1 ayant étudié l'implantation du site (lien vers la partie 1). En effet, la zone 2 est sélectionnée par le binôme 1 comme étant l'une des zones les plus propices à l'implantation de la plateforme de 10 puits. Au sein de cette zone, nous avons fixé une zone de 20ha de surface au sol (représentée en rouge sur la figure 2), surface considérée en surface comme étant la surface nécessaire à l'implantation de la plateforme des 10 puits. Au sein de la zone de 20ha est sélectionnée une zone de 1ha (en bleu sur la figure 2) indiquant une zone potentielle d'implantation d'un puits. Cela est sur cette zone, fixée nous le rappelons de manière arbitraire est fictive, que s'appuient certains calculs et hypothèses qui vont suivre.

Considérons cette zone de 1ha. La végétation est représentée majoritairement par de la culture. Nous supposons alors, au vue des calculs de quantité de biomasse réalisés plus haut, que la biomasse à retirer du site est faible donc négligeable est approximée à 0 tonne pour le site.

Figure 2 : Schéma de l'implantation de la plateforme, d'1ha de surface de site pour un puits et des routes d'accès reliant le site à la départementale la plus proche (source : Google maps)

2.2.2. Calcul des infrastructures routières

Sur la figure 2 ci-dessus est représenté en vert le tracé arbitraire d'une route reliant le site du puits à la route départementale la plus proche qui est la D42, permettant d'acheminer tous les matériels et matériaux. La longueur de la route est alors de 1 450m, et sa largeur est considérée comme étant de 5m afin de pouvoir y faire circuler les camions. La route est de composition simple et temporaire, c'est-à-dire faite en sable et gravier. Les calculs de quantité de ces matériaux et leur stockage sont indiqués dans les tableaux. 

 

2.3. L'inventaire des flux de véhicules

Nous réalisons l'inventaire des flux de véhicules afin d'évaluer les émissions de gaz à effet de serre liées aux déplacements de l'équipement, des machines, des matériaux mais aussi des personnes sur le site. Pour cela, nous déterminons à l'aide des deux premiers inventaires, la masse des différents matériaux et matériels, leur masse.  
En effet, en fonction de la charge à transporter, il est nécessaire d'utiliser des véhicules adaptés avec une charge utile suffisante. 

Ces derniers dépendent également de la nature du matériel ou du type de machine. Par exemple s'il s'agit d'un liquide, on utilise des camions citernes alors que s'il s'agit de sable ou de gravier, on utilise des camions bennes. 

Il est également possible de transporter deux équipements ou machines de nature différentesà condition que cela reste réaliste. 
Comparons par exemple, le cas du transport des engins de construction ave celui des cuves à eau pour stocker l'eau utile à une fracturation hydraulique. Pour le premier type de transport, on peut utiliser un camion sur lequel on transporte à la fois un bulldozer et un tractopelle et un autre sur lequel on peut transporter à la fois un bulldozer et un compacteur. On tient alors compte du poids total des deux machines qui ne doit pas dépasser la charge utile du camion transporteur d'engin. Pour les cuves de stockage, il est nécessaire de transporter 15 cuves sur le site dont le poids total s'élève à 15 tonnes. Pour cela on utilise des camions semi-remorque de charge utile de 40 tonnes. Avec une telle charge utile, les 15 cuves pourraient être transportées par un seul camion. Cependant, cela ne tient pas compte des dimensions des cuves et du véhicule. En effet, les cuves sont de la même longueur que le véhicule, c'est pourquoi on considère l'immobilisation de 15 camions, acheminant chacun une cuve à eau jusqu'au site.

Une fois ces informations acquises, nous caractérisons la consommation du carburant du camion à vide exprimée en L/100 km à partir des fiches techniques et nous déterminons le nombre de camions nécessaires ainsi que le type d'allers-retours réalisés par les véhicules. En effet le poids du camion joue sur sa consommation en carburant. Trois types de consommation sont donc évalués en fonction de cette charge : à vide, en charge moyenne et plein. 

Enfin, il faut déterminer la distance que les véhicules vont parcourir. Pour cela, nous utilisons le schéma de la figure 2 réalisé pour la fixation arbitraire de notre site et à partir de la carte établie par le binôme 1 qui sert à le replacer dans son contexte. Pour déterminer les distances, nous utilisons également de manière arbitraire les coordonnées d'entreprises susceptibles de fournir éventuellement les matériaux et les machines nécessaires à l'implantation d'un puits de gaz de schiste. Le schéma de la figure 3 ci-dessous permet de mieux comprendre le cheminement des différents flux de camions pour le procédé d'extraction de gaz de schiste. 

Figure 3: Schéma des flux de camions pour le procédé d'extraction de gaz de schiste

On fait l'hypothèse qu'un camion ne réalise qu'une seule fois le parcours et qu'un même camion n'est pas utilisé à nouveau pour l'acheminement d'un matériel, machine ou matériau. 

Dans le tableau de l'inventaire des flux de camions, on considère X0' la distance entre le puits de gaz et l'usine de traitement de l'eau fixée à 40 m. Par soucis de clarté, nous ne la représentons pas sur le schéma ci-dessus.

Ce schéma présente les flux de camions pour le procédé d'extraction de gaz de schiste. Pour le procédé d'extraction de gaz conventionnel, les flux suivants sont supprimés : les flux liés aux produits chimiques et les flux liés à l'eau de mer. D'autres flux comme les flux de matériaux et de matériel et les flux de sable et de gravier sont quant à eux réduits. 

Les résultats sont présentés dans les tableaux suivants:

 

2.4. L'inventaire des fuites de gaz

Les procédés d'extraction de gaz naturel sont responsables d'émissions de gaz qui s'échappent dans l'atmosphère au cours des différentes étapes du processus en dehors du gaz naturel produit. Il s'agit des fuites de gaz qui se produisent au cours de la complétion du puits avant que la récupération du gaz naturel et l'installation de l'équipement à la tête du puits ne soient réalisés, de celles qui ont lieu au cours des travaux réalisés pour nettoyer les puits et d'autres émissions fugitives. Ces dernières correspondent aux autres sources d'émissions ponctuelles issues de la tête du puits et des équipements de collecte du gaz, aux autres sources d'émissions fugitives liées notamment aux fuites au niveau des canalisations et aux fuites de gaz au niveau des valves des appareils pneumatiques par leur ouverture et leur fermeture laissant échapper une petite quantité de gaz naturel à chaque fois. 

Pour le gaz conventionnel, il existe aussi des fuites liées aux déchargements des liquides. Il s'agit d'une émission épisodique de gaz naturel qui se produit lorsque de l'eau ainsi que d'autres condensats sont extraits pour éviter que ces derniers ne piègent le gaz naturel dans son puits. Cette opération n'est pas nécessaire pour les puits de gaz non conventionnel donc on ne prend pas en compte cette émission ici pour le gaz de schiste.

Pour le gaz de schiste, la fracturation hydraulique est également responsable de fuites de méthane. Et comme cela a été décrit précédemment, cette opération n'est pas applicable pour l'extraction de gaz conventionnel car elle n'a pas lieu.

A partir de la bibliographie, nous réalisons un tableau d'inventaire de ces fuites de gaz. Pour cela, nous calculons la masse en tonnes de gaz qui s'échappe à partir de facteurs d'émissions du méthane déterminés pour les différentes étapes du procédé d'extraction du gaz de schiste et du gaz conventionnel. Ils sont exprimés en MMcf (Million cubic feet) soit en millions de pieds cubes par étape ou en kg de méthane émis par kg de gaz naturel produits.

Nous considérons également ici les émissions de gaz produites par la torchère. Cette dernière est souvent utilisée pour les procédés d'extraction de gaz naturel par mesure de sécurité, pour réduire le pouvoir de réchauffement global des molécules sortant du puits mais aussi pour tester la qualité du gaz naturel. Dans la bibliographie, nous trouvons que lorsque le gaz naturel est envoyé en torchère, du méthane, du protoxyde d'azote et du dioxyde de carbone s'échappent dans l'atmosphère à hauteur de 3,34.10-2 kg, 1,174.10-4 kg et 5,36 kg par kg de gaz naturel brûlé respectivement. On estime que 2,3% du gaz naturel produit est envoyé en torchère. Par conséquent pour une production de 60 millions de m3 sur 25 ans, 1 242 tonnes de gaz sont brûlées. 

Les résultats sont présentés dans le tableau suivant :

Tableau 8 : Tableau comparatif des fuites de gaz des procédés d'extraction de gaz de schiste et de gaz conventionnel

 

3. Limites de la réalisation de l'inventaire

Plusieurs paramètres et flux n'ont pas été pris en compte dans la réalisation de notre inventaire :

  • De la même manière, les flux de matière et d'énergie au niveau du traitement du gaz extrait (afin de le rendre commercialisable) ainsi que sa distribution ne sont pas étudiés, dus à l'absence de données détaillées sur ces deux sujets.
  • Les seuls déchets considérés sont les boues de forage, l'eau de reflux et les émissions fugitives de gaz pour tout le procédé considéré. Les emballages secondaires ne sont pas étudiés ici.
  • La composition chimique des eaux de reflux n'est pas détaillée, car non utilisée pour la réalisation du bilan.
  • Certains flux de ravitaillement, comme les flux de camions permettant de remplir la citerne de gazole présente sur le chantier, ou encore permettant de remplir le réservoir d'eau claire utile pour le nettoyage du matériel, ont été négligés de par leur faible importance relativement aux flux de camions apportant l'eau de fracturation.
  • Pour l'inventaire des flux de camions, au vue de la masse des explosifs nécessaires pour la réalisation de la fracturation hydraulique, qui est de 44 kg, ainsi que du manque de certaines données sur la localisation d'une entreprise de fabrication d'explosifs, nous décidons de négliger leur transport.
  • Nous considérons seulement pour l'usine de traitement de l'eau, la consommation en carburant du bras de raclage et des pompes utilisées et les flux de camions citernes récupérant l'eau de reflux de la fracturation hydraulique entre le puits et l'usine de traitement de l'eau. Cependant, nous ne considérons pas les émissions de gaz à effet de serre liées à la construction de l'usine. ​

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Bibliographie 

 

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Anonymes, 2015, Direct Industry, le salon online de l'industrie, http://www.directindustry.fr/prod/omeps/semi-remorques-silos-sable-cendres-29528-127099.html, consulté en février 2015

Anonymes, 2015, Halliburton Oilfield Services, http://www.halliburton.com/en-US/default.page​, consulté en février 2015

Anonymes, xTRM ExPORT, site internet http://citernes.xtrmexport.com/8x8_40000_litres_a_carburants/, consulté en février 2015

Broderick J., Anderson K., Wood R., Gilbert P., Sharmina M., Footitt A., Glynn S., Nicholls F., Tyndall centre, 2011, Shale gas: an updated assessment of environmental and climate change impacts​

CIRAIG, 2013, Analyse du cycle de vie et bilan des gaz à effet de serre prospectifs du gaz de schiste au Québec, rapport technique, étude réalisée dans le cadre du plan de réalisation de l'évaluation environnementale stratégique sur le gaz de schiste pour le Ministère du Développement Durable, de l'Environnement, de la Faune et des Parcs du Québec

Fondation d'entreprise Alcen, 2015, transport du gaz, site connaissances des énergies, http://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/transport-du-gaz, consulté en février 2015

Foragaz Junex, Foreuse No.3 description des équipements, fiche technique

INERIS, AIDA, 2012, La réglementation de la prévention des risques et de la protection de l'environnement, Décision n° 2010/335/UE du 10/06/10 relative aux lignes directrices pour le calcul des stocks de carbone dans les sols aux fins de l'annexe V de la directive 2009/28/CE, site de l'INERIS sous la direction du Ministère de l'Ecologie, du Développement Durable et de l'Energiehttp://www.ineris.fr/aida/consultation_document/1299, consulté en mars 2015

NETL, National Energy Technology Laboratory, 2014, Life cycle analysis of natural gas extraction and power generationDOE/NETL-2014/1646​

Nouyrigat V., magasine Science & Vie, mai 2013, dossier « Gaz de schiste, une chance ou un risque ? », N°1148

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Questerre energy cooporation, septembre 2010, Fracturation hydraulique

 

Exploitation des résultats

Une fois les données entrées dans le tableur V6.1 et exprimées en équivalent carbone et équivalent CO2, les résultats obtenus sont présentés sous forme d'histogramme et de diagramme circulaire dans deux onglets récapitulatifs. 

A gauche de chaque figure, sont représentés les résultats pour le procédé d'extraction de gaz de schiste et à droite ceux pour le procédé d'extraction de gaz conventionnel. En rouge et rose de la figure 1, sont représentés les quantités de gaz à effet de serre par poste en tonnes équivalent C et en vert clair et vert foncé de la figure 2, sont représentés les quantités de gaz à effet de serre par poste en équivalent CO2.

Le total des émissions de gaz à effet de serre du procédé d'extraction de gaz de schiste est de 13 628 tonnes équivalent C sur 25 ans et celui du procédé d'extraction de gaz conventionnel s'élève à 10 942 tonnes équivalent C sur 25 ans. Rapportés à la production d'1m3, cela équivaut respectivement à 0,227kg équivalent C et 0,182kg équivalent C.

Figure 1 : Histogrammes représentant les quantités de gaz à effet de serre émis par poste et exprimées en tonnes équivalent carbone pour les deux types de procédé d'extraction de gaz naturel

Pour le procédé d'extraction de gaz de schiste, on observe que le poste qui émet le plus de gaz à effet de serre correspond aux déchets directs avec une quantité de 11 737 tonnes équivalent C. Il s'agit uniquement des fuites de gaz qui ont lieu à toutes les étapes. On observe la même chose pour le procédé d'extraction de gaz conventionnel (9 478 tonnes équivalent C). Viennent en seconde position les émissions dues aux matériels et matériaux intrants. L'importance des autres postes semble relativement minime. Nous pouvons affirmer cela puisque les barres d'erreur entre les postes au sein de chaque procédé ne se recoupent pas. 

Figure 2 : Diagrammes circulaires représentant le pourcentage de contribution de chaque poste aux émissions de gaz à effet de serre pour les deux types de procédé d'extraction de gaz naturel

De plus, quand on observe la figure 2 ci-dessus, on constate que la contribution des fuites de gaz est de 86% alors que les contributions de la construction des infrastructures (routes uniquement), du déplacement apport de matière et des déplacements des employés sont proches de 0% car les émissions sont relativement faibles. 

Les émissions pour les deux procédés sont obtenues avec un coefficient d'incertitude de 23% et les incertitudes par poste vont de 5 à 27%. 

Si on ne tient pas compte des barres d'erreur, le Bilan de gaz à effet de serre est plus important pour le gaz de schiste que pour le gaz conventionnel et ce pour chacun des postes comparé deux à deux. Ceci est conforme vis-à-vis de nos attentes de par nos recherches bibliographiques et des calculs effectués. 
Cependant, les barres d'erreur se recoupent. De ce fait, nous ne pouvons pas conclure sur une différence significative entre les quantités de gaz à effet de serre émises par les deux procédés. 

A titre d'informations, la figure 3 présente la quantité de gaz à effet de serre par poste pour les deux procédés exprimée cette fois en tonnes équivalent CO2. Les observations et de ce fait, les conclusions sont identiques.

Figure 3 : Histogrammes représentant les quantités de gaz à effet de serre émis par poste et exprimées en tonnes équivalent CO2 pour les deux types de procédé d'extraction de gaz naturel

La dernière étape du Bilan Carbone® consiste en l'établissement de pistes d'actions pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre en jouant sur le ou les postes les plus émetteurs. Or, ici, il s'agit des fuites de gaz. C'est un phénomène difficile à contrôler donc ce poste ne représente pas un levier sur lequel l'industriel peut agir, ou que très peu par l'installation de torchère réduisant l'impact du pouvoir de réchauffement global du méthane, en le transformant en CO2. Nous concentrons alors une dernière partie sur la discussion des résultats plutôt que de tenter de réduire ces fuites. De plus, notre exploitation de gaz de schiste étant fictive, il ne semble pas pertinent de proposer des pistes d'amélioration du procédé d'extraction. 

Discussion et conclusion sur la réalisation du Bilan Carbone®

Dans cette partie nous discutons des résultats obtenus. 

Dans un premier temps, rappelons les limites fixées pour la réalisation du Bilan Carbone®. Ce dernier est effectué pour un puits afin de comparer le procédé d'extraction de gaz de schiste avec celui de l'extraction de gaz conventionnel pour une surface d'exploitation de 1ha et pour une même production de 60 millions de m3 de gaz naturel. Nous avons également réalisé le Bilan sur une période de 25 ans, période considérée comme étant commune aux deux types d'extraction car il n'était pas judicieux de comparer les émissions sur une période courte étant donné que 65% du gaz produit à partir d'un puits de gaz de schiste est extrait au bout d'un an d'exploitation tandis que la production annuelle de gaz conventionnelle est plus ou moins constante et s'élève à 2,6% de la production totale de façon continue pendant 25 à 50 ans.

De plus, les étapes considérées sont du commencement de la préparation du site à l'extraction du dernier litre de gaz. Nous n'avons cependant pas pris en compte les étapes de démantèlement du site c'est-à-dire sa fermeture et sa réhabilitation car ces étapes n'étaient pas considérées dans notre étude générale. A cause d'un manque de certaines données, nous n'avons pas pris en compte non plus l'étape du traitement du gaz.

Le fait de réaliser le Bilan Carbone® sur un seul puits n'est pas représentatif du procédé d'extraction de gaz de schiste d'une plateforme typique que l'on pourrait trouver par exemple aux Etats-Unis. En effet, sur une plateforme, les quantités de gaz à effet de serre émises ne seront pas multipliées par le nombre de puits étant donné que les flux seraient modifiés. Par exemple, certains matériaux, machines et équipements resteront sur le site car les puits sont forés les uns après les autres. 

Le fait de ne pas prendre en compte certaines étapes entraîne un inventaire relativement moins important en termes de quantité et par conséquent les quantités de gaz à effet de serre produites par le procédé sont également moins importantes. Plusieurs paramètres n'ont également pas été considérés pour la réalisation de notre inventaire comme le fait que les seuls déchets évalués sont les boues de forage, l'eau de reflux ainsi que les émissions fugitives de gaz. Nous n'avons pas étudié les emballages secondaires ni le devenir de ces boues ou des déchets végétaux retirés lors de la préparation du site. 
De plus nous avons négligé des flux tels que les flux de ravitaillement de la citerne de gazole ou du réservoir d'eau claire. Ceux des explosifs l'ont également été du fait de leur faible masse. 
Enfin nous n'avons pas non plus évalué les émissions de gaz à effet de serre produites par la construction de l'usine de traitement de l'eau, ce qui entraînerait la considération de nouveaux flux de camions pour apporter les matériaux, équipement et engins de construction nécessaires à cette étape.

Nous avons fait l'hypothèse que toutes les machines, engins et véhicules fonctionnaient avec du gazole et que nous amenions des groupes électrogènes sur le site afin de produire de l'électricité nécessaire au fonctionnement de certaines machines. Toutefois, il se peut qu'en réalité certaines machines ou véhicules fonctionnent avec de l'essence et non du gazole et qu'il serait possible d'utiliser l'électricité en se connectant au réseau le plus proche. Cela modifierait donc le Bilan.

Avec le Bilan Carbone® que nous avons obtenu, on constate que le poste le plus émetteur de gaz à effet de serre correspond aux fuites de gaz. Et en tenant compte des barres d'erreur on constate qu'il n'y a pas de différence entre les Bilans réalisés pour les deux types d'extraction de gaz naturel.
Par conséquent, on pourrait considérer que le procédé d'extraction de gaz de schiste serait aussi impactant sur l'environnement que le procédé d'extraction de gaz conventionnel.

Cependant, d'après les différentes remarques énoncées précédemment et d'après la définition du Bilan Carbone®, on ne peut pas conclure sur l'importance relative des impacts engendrés par le procédé d'extraction de gaz de schiste sur l'environnement comparé à celui du gaz conventionnel. En effet, le Bilan Carbone® est une méthode monocritère, c'est-à-dire qu'elle ne cible qu'un seul impact environnemental qu'est le changement climatique. Cette méthode ne prend pas en considération les problèmes liés aux quantités relativement importantes d'eau utilisée au cours de la fracturation hydraulique au regard des ressources naturelles en eau, ni l'utilisation de produits chimiques toxiques mélangés aux liquides de forage et de fracturation pouvant causer des impacts potentiels sur la santé humaine, les ressources et la qualité des écosystèmes. Il semble que la fracturation hydraulique n'ait pas d'impact significatif au regard des seuls résultats obtenus avec le Bilan Carbone® ainsi effectué, puisque nous avons conclu que les émissions des deux procédés ne paraissent pas différentes de façon éloquente. 

De plus, nous n'avons pas réalisé d'analyse économique pour connaître l'investissement nécessaire à la production de gaz de schiste. La viabilité économique dépend du cours du gaz.

Une Analyse de Cycle de Vie (ACV) permet d'évaluer les impacts environnementaux potentiels d'un produit, d'un service ou d'un procédé le long de son cycle de vie. A la différence du Bilan Carbone® qui est un sous ensemble de l'ACV, il s'agit d'une méthode multicritères car elle évalue plusieurs impacts. Nous avons tenté de réaliser une ACV sur le procédé d'extraction de gaz de schiste, afin de pouvoir constater des différences ou similitudes avec le Bilan Carbone®​ réalisé. Cependant, le temps accordé à la réalisation de notre projet ne nous a pas permis de développer cette démarche et de réaliser une ACV comparative entre les deux procédés d'extraction. Les seuls résultats pour l'ACV du procédé d'extraction de gaz de schiste sont donc montrés ici.

La méthodologie de réalisation de l'ACV est la même que pour le Bilan Carbone®, l'inventaire effectué est utilisé à nouveau. La méthodologie de réalisation de l'ACV est similaire. Etant une étude complémentaire à notre étude primaire qu'est le Bilan Carbone®, nous ne détaillerons pas la démarche. Nous avons appliqué la démarche explicitée par l'ADEME en 2005 sur "Introduction à l'Analyse de Cycle de Vie (ACV)".

Afin de réaliser l'ACV, le logiciel SIMAPRO®​ est usité. Les données de l'inventaire sont entrées dans le logiciel. La méthode d'analyse utilisée est la méthode IMPACT 2002+. C'est une méthode end-point permettant d'obtenir des indicateurs de dommages ptoentiels et faisant intervenir l'évaluation des effets du procédé sur plusieurs impacts environnementaux et sur la santé humaine : effet carcinogène ou non, effet sur la respiration inorganique, effet sur les radiations ionisantes, effet sur la couche d'ozone, effet sur l'écotoxicité aquatique et terrestre, effet sur l'occupation des terres, effet sur l'acidification des milieux, effet sur l'eutrophisation aquatique, effet sur le réchauffement climatique, effet sur l'extraction minérale.

Le résultat du graphique présentant le poids de chaque impact pour les 4 postes de procédé pris en compte est présenté par la figure 1 :

Légende :
Preparation = préparation du site
Drilling = forage
Fracking = fracturation hydraulique
Production = production de gaz

Figure 1 : Graphique présentant le poids de chaque impact pris en compte par la méthode IMPACT 2002+ sur les 4 étapes du procédé d'extraction de gaz de schiste (résultat obtenu avec SIMAPRO®​)

Au vue de ce graphique, il semble que l'étape de préparation du site est celle regroupant le plus d'impacts sur l'environnement et celle la plus impactante. De plus, l'impact le plus marqué sur lequel le procédé d'extraction de gaz de schiste joue est l'émission de gaz à effet de serre, en bleu clair sur le graphique de la figure 1. Ceci confirme les résultats du Bilan Carbone® et est une justification supplémentaire relative à l'importance de l'impact des émissions de gaz à effet de serre par le procédé, justifiant une fois de plus l'utilisation du Bilan Carbone®. Il semble alors qu'afin de réduire ces impacts, il faille agir sur les émissions de gaz à effet de serre, et plus précisément sur les fuites de gaz à nouveau. Or, nous avons conclu plus haut que cela était un levier sur lequel il est difficile d'agir.

Néanmoins, cette méthode de l'ACV n'est intéressante que si elle est comparative, et si les résultats sont couplés avec une volonté d'optimiser le procédé étudié. Enfin, la méthode Impact 2002+ permet de faciliter la compréhension et l'utilisation des résultats car le nombre d'indicateurs est moins important mais la robustesse des résultats est alors moindre également.