Introduction

Contexte général

Le gaz de schiste est un gaz naturel faisant partie des gaz dit  "non conventionnels". Il a la même origine que les hydrocarbures conventionnels. Il se forment au sein des roches-mères grâce à la transformation des sédiments riches en matière organique. Cette dernière évolue au cours des temps géologiques en hydrocarbures. Ils peuvent alors remonter soit directement en surface, soit être bloqués avant par des roches infranchissables formant ainsi des réservoirs classiques de pétrole et/ou de gaz. Ou bien, Ils peuvent rester piégés au sein d'une couche de roches compactes et imperméables appelées "schistes", formant ainsi l'huile et le gaz de schiste. Ces roches sont généralement situées à des profondeurs comprises entre 1500 et 5000 mètres. On trouve des schistes quasiment partout dans le monde comme aux Etats-Unis, où l'exploitation intensive du gaz de schiste existe maintenant depuis quelques années.

Cette révolution a alors éveillé l'intérêt pour le gaz de schiste en Europe et son potentiel car il représente un enjeu énergétique mondial. En effet, le prix des hydrocarbures ainsi que la demande énergétique ne cessent d'augmenter. Le gaz de schiste représenterait donc un moyen pour certains pays comme la France de diminuer leur dépendance énergétique vis a vis des producteurs de pétrole et ainsi de réduire leur facture pétrolière et gazière. De plus, à l'heure de la transition énergétique et malgré le développement des énergies renouvelables et des politiques d'économies d'énergie, les besoins en hydrocarbures restent encore important, et ceux durablement. D'aucun soulignent que les économies permises par un gaz de schiste français, ainsi que l'apport fiscal engendré, pourraient permettre d'investir pour le développement des énergies renouvelables.

Cependant, le gaz de schiste est aujourd'hui controversé de par son enjeu environnemental. En effet, ce gaz contrairement aux gaz conventionnels est piégé dans le schiste rendant son extraction difficile et impossible par un simple forage. Il est nécessaire de réaliser deux procédés pour cela : le forage vertical et la fracturation hydraulique suite à un forage horizontal. La fracturation hydraulique est une technique qui permet de fissurer la roche en injectant un fluide, appelé fluide de fracturation, à haute pression. Ce procédé d'extraction de gaz naturel présente des risques pour l'environnement :

  • l'émission de gaz à effet de serre, contribuant aux changements climatiques à l'échelle planétaire
  • l'utilisation d'une quantité d'eau relativement importante, entre 15 000 et 20 000m3, pour réaliser la fracturation hydraulique d'un seul puits
  • la pollution potentielle des nappes souterraines, des sols et des eaux de surface, à l'échelle locale. Elle pourrait être due à  des fuites causées par un manque d'étanchéité des puits ou par le relâchement des eaux de reflux du forage et de la fracturation hydraulique qui contiennent des substances chimiques toxiques
  • la nuisance sonore, visuelle et olfactive causées par la mise en place des machines de forage, des installations annexes et des flux de véhicules
  • l'impact sur le paysage
  • et les risques sismiques.

 

Dans le cadre du projet BEI, nous souhaitons étudier le dimensionnement et les conséquences de l'implantation d'une plateforme d'extraction de gaz de schiste en France.

En effet, en France, il existerait des ressources potentielles de gaz de schiste. Cependant, à l'heure où nous écrivons, la fracturation hydraulique est interdite depuis le passage de la loi Jacob du 13 juillet 2011. Ce procédé étant encore indispensable à l'extraction de gaz de schiste, cette dernière est donc impossible dans ce pays pour le moment.

Toutefois, avant le passage de cette loi, une soixantaine de permis d'exploration ont été délivrés pour la recherche d'hydrocarbures quelconques dont celui du bassin d'Alès. En effet, des couches schisteuses ont été découvertes dans la région.

Nous avons donc décidé de retenir ce lieu pour implanter notre plateforme d'extraction. Nous n'affirmons cependant pas l'existence de gaz de schiste dans ce bassin, ni la possibilité d'une exploitation réelle de ce gaz. 


Bibliographie

Ministère de l'Ecologie, du Développement Durable et de l'Energie, Gaz et huile de schiste, http://www.developpement-durable.gouv.fr/Pourquoi-rechercher-des-ressources.html, consulté en mars 2015

Geo, Le gaz de schiste, qu'est-ce que c'est ?, http://www.geo.fr/environnement/les-mots-verts/gaz-de-schiste-definition..., consulté en mars 2015

Total, Focus gaz de schiste, http://www.total.com/fr/energies-savoir-faire/petrole-gaz/exploration-pr..., consulté en mars 2015

Contexte de l'étude et répartition du travail

Nous nous plaçons dans le cadre d’un bureau d’étude, qui serait contacté par une société voulant développer une exploitation de gaz de schiste en France. Ce bureau d’étude serait alors chargé d’accompagner la société dans toutes les démarches nécessaires à l’implantation de son exploitation.

Nous insistons sur le fait qu'il s'agit d'un cas fictif et que notre volonté n'est en aucun cas d'implanter une exploitation de gaz de schiste réelle en France.

Nous définissons ainsi une exploitation de gaz de schiste composée de 10 puits horizontaux et d’une station de traitement des eaux issues de la fracturation hydraulique.

Le choix du site d’implantation d’une exploitation de gaz de schiste est très complexe de par le nombre important de contraintes qu’il faut prendre en compte. Le binôme n°1 a réalisé une cartographie SIG afin de trouver la meilleure situation pour l’implantation d’une exploitation de gaz de schiste. 

Pour pouvoir extraire correctement le gaz de schiste,il faut associer deux technologies : le forage horizontal au bon niveau afin d’atteindre le gaz et la fracturation hydraulique afin de permettre au gaz de schiste de sortir des microporosités dans lesquelles il est emprisonné. L’exploitation que nous étudions est composée de 10 puits identiques issus de forages horizontaux. Ces puits ont une profondeur de 1 500 m et comportent différents drains. Chaque drain peut subir plusieurs fracturations hydrauliques. Le dimensionnement du forage d’un de ces puits et de la fracturation hydraulique réalisée pour extraire le gaz a été étudié en détail par le binôme n°2.

Cette exploitation comprend également une station de traitement des eaux. L’eau traitée est celle utilisée lors de la fracturation hydraulique qui remonte avec le gaz. Elle est fortement polluée non seulement par les nombreux additifs ajoutés lors de la phase de fracturation, mais aussi par les sels et autres composés qui étaient contenus dans la roche. Le but est d’obtenir une eau d’une qualité suffisante pour qu’elle soit réutilisée lors d’une nouvelle phase de fracturation hydraulique. Le dimensionnement de cette station de traitement a été réalisé par le binôme n°3.

Le risque de pollution du sous-sol et en surface dû à une exploitation de gaz de schiste n’est pas négligeable. Le risque majeur est la pollution des écosystèmes environnants et des nappes phréatiques qui peuvent parfois être proches des zones de forage. Ce sont donc les pollutions à de faibles profondeurs ou en surface qui inquiètent le plus car ce sont celles qui sont susceptibles d’avoir le plus d’impacts. Le binôme n°4 a modélisé des scénarii de pollution dans la zone de recherche afin d’estimer les impacts et les trajectoires préférentielles des polluants.

Enfin, la question de la rentabilité et de la pollution importante des exploitations de gaz de schiste intervient lors de la création de chaque nouveau forage. L’exploitation de gaz non conventionnels est souvent comparer à l’exploitation de gaz conventionnel, qualifiée de plus rentable, moins polluant que ce soit pour l’environnement ou pour les populations alentours. C’est dans une volonté de comparaison objective entre un puits d’extraction de gaz non conventionnel et un puits d’extraction de gaz conventionnel que le binôme n°5 a réalisé un Bilan Carbone®.

Présentation de l'équipe

Afin de mener à bien notre projet d'étude de l'implantation d'une plateforme de gaz de schiste dans le sud de la France et d'en étudier ses conséquences, nous sommes dix étudiants en 3e année d'Ecoles d'ingénieurs de l'Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) et de diverses d'options, comme indiqué ci-après. Les Ecoles concernées sont :

  • l'ENSEEIHT (Ecole Nationale Supérieure d'Electronique, d'Electrotechnique, d'Informatique, d'Hydraulique et des Télécommunications)
  • l'ENSIACET (Ecole Nationale Supérieure des Ingénieurs en Arts Chimiques Et Technologiques)
  • l'ENSAT (Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse)

 

Binôme 1 : Étude du site d'implantation de l'exploitation de gaz de schiste dans le bassin d'Alès et Étude logistique du projet

Rouà Ben Dhia

Elève Ingénieur à l'ENSEEIHT, spécialisation Sciences de l'Eau et de l'Environnement (SEE)

Contact : roua.bendhia@etu.enseeiht.fr

Margaux Ravenel

Elève Ingénieur à l'ENSAT, spécialisation Génie de l'Environnement (GE)

Contact : margaux.ravenel@etu.ensat.fr

 

Binôme 2 : Dimensionnement du forage et de l'injection d'eau dans un puits de gaz de schiste

Augustin Cabanal-Duvillard

Elève Ingénieur à l'ENSEEIHT, spécialisation Génie de l'Environnement (GE)

Contact : augustin.cabanalduvillard@etu.enseeiht.fr

Ahmed Hmani

Elève Ingénieur à l'ENSEEIHT, spécialisation Génie de l'Environnement (GE)

Contact : ahmed.hmani@etu.enseeiht.fr

 

Binôme 3 : Dimensionnement d'une usine de traitement et recyclage des eaux issues d'un puits de gaz de schiste

Arnaud de Bourayne

Elève Ingénieur à l'ENSIACET, spécialisation Génie de l'Environnement (GE)

Contact : arnaud.debourayne@ensiacet.fr

Dorian Fontanilles

Elève Ingénieur à l'ENSAT, spécialisation Génie de l'Environnement (GE)

Contact : dorian.fontanilles@etu.ensat.fr

 

Binôme 4 : Etude de la dispersion de polluants dans les sols

Baptiste Brun-Cottan

Elève Ingénieur à l'ENSEEIHT, spécialisation Sciences de l'Eau et de l'Environnement (SEE)

Contact : baptiste.bruncottan@etu.enseeiht.fr

Audrey Denieul

Elève Ingénieur à l'ENSEEIHT, spécialisation Sciences de l'Eau et de l'Environnement (SEE)

Contact : audrey.denieul@etu.enseeiht.fr

 

Binôme 5 : Comparaison environementale des procédés d'extraction de gaz de schiste et de gaz conventionnel par un Bilan Carbone®

Marion Chapalain

Elève Ingénieur à l'ENSAT, spécialisation Génie de l'Environnement (GE)

Contact : marion.chapalain@etu.ensat.fr    

Claire Raviart

Elève Ingénieur à l'ENSAT, spécialisation Génie de l'Environnement (GE)

Contact : claire.raviart@etu.ensat.fr