Résumé/abstract

RÉSUMÉ

Le gaz de schiste est un sujet polémique. Avec la diminution des réserves de pétrole et de gaz, de nouvelles technologies pour accéder à du gaz naturel ont émergées. Si le gaz conventionnel est présent dans des réservoirs de roches perméables, le gaz de schiste est lui piégé dans les pores de roches schisteuses rendues impérméables par l'argile qu'elle contient. L’extraction de cette énergie fossile est alors plus complexe. Les méthodes traditionnelles ne peuvent être utilisées. Pour résoudre ce problème, les industriels ont recours à la méthode de la fracturation hydraulique. Cependant celle-ci est vivement contestée. Cette technique consiste à injecter une grande quantité de liquide à haute pression dans le sol afin de fracturer les pores de la roche. Ce liquide de fracturation, de par sa composition en substances chimiques dangereuses, est l’un des principaux problèmes préoccupant la population, pouvant contaminer l'environnement et être nocif pour la santé humaine.

La fracturation hydraulique est une méthode relativement nouvelle. Aussi, il y a peu d’informations fiables sur ce sujet. De plus, opposants ou les industriels ont chacun un avis figé sur la problématique. L’objectif de ce projet est de dimensionner une plateforme d'extraction de gaz de schiste en s'appuyant sur une zone en France et de tenter de discriminer si les technologies relatives à l’extraction de gaz de schiste représentent un réel enjeu pour l’environnement. Le projet est situé dans le Gard, près d’Alès. En effet, cette région pourrait être l’une des plus intéressantes pour l'exploitation de gaz de schiste en France. Avant la loi de juillet 2011, qui interdit le recours à la fracturation hydraulique en France, des permis d’exploration avaient été attribué à des compagnies pétrolières sur le territoire français. Il semble donc pertinent de considérer que du gaz pourraient être contenus dans les schistes de la zone étudié.

Cinq points principaux sont développés :

Le premier point concerne la localisation des puits. La plateforme considérée est composée de dix puits qui doivent être placés en respectant des critères spaciaux et réglementaires précis. La construction de nouvelles infrastructures doit être prise en compte. La logistique de l'organisation du fonctionnement du puits est aussi étudiée.

Le deuxième point repose sur l’étude complète du puits. Elle comprend le dimensionnement d'une station de pompage capable d'injecter de l'eau à très haute pression à une profondeur de 4 000m, ainsi qu'une analyse structurelle du puits afin d'assurer son intégrité et étanchéité. De plus, le procédé de fracturation hydraulique engendre un retour naturel d'une partie de l'eau injectée, appelée eaux de reflux. La composition de ces eaux en gaz dissous sera déterminée.

Le troisième point est relatif le traitement des eaux de reflux de la fracturation en vue de diminuer l’impact environnemental du procédé. En effet celle-ci est très toxique notamment à cause de sa très forte concentration en sels dissous. Afin de réduire l’important apport d’eau utilisée, l’eau de reflux est recyclée et réutilisée pour la fracturation d'un autre puits. Cependant, certains éléments rendent impossible cette réutilisation. Le but de cette partie est donc de dimensionner une usine capable de les éliminer.

Le quatrième point a pour but de déterminer l’impact environnemental de la fracturation du puits grâce une modélisation d’une fuite. Deux cas sont envisagés : le premier est une fuite de gaz du puits directement dans un aquifère en considérant une fissure du puits en profondeur. La propagation de cette pollution a été évaluée afin d’en mesurer son impact sur la pollution d'une nappe d'eau potable. Le second cas est une fuite en surface depuis un réservoir d’eau de fracturation, hautement toxique.

Le dernier point de cette étude est une mesure de l’empreinte carbone de l’ensemble du procédé d'extraction de gaz à l'aide d'un Bilan Carbone®. L'inventaire des flux de matières et d'engins relatifs à la construction du site et à l'exploitation de gaz est réalisé, ces flux sont quantifiés puis convertis en unité Carbone afin d'évaluer les émissions de gaz à effet de serre générées par le procédé. Ceci est fait pour l'extraction de gaz de schiste mais aussi pour l'extraction de gaz conventionnel, dans le but de comparer l'impact carbone de ces deux types de production.

 

 

ABSTRACT

Shale gas is a controversial issue. With the decrease of fossil energy reserves, new technologies have emerged to recover hydrocarbon gas. Contrary to conventional gas which is present in a permeable rocks, shale gas is located between the pores of the waterproof rocks. Thus, the extraction of this fossil resource is more difficult. Traditional methods can’t be used.  To resolve this issue, industrials use another process: the hydraulic fracturing or also called fracking.
However this method is seriously contested. This technique consists in injecting high pressure water in the soil to open the pores of the rock. One of the main problems is the high toxically components mixed with the fracking water, which makes the obtained mixture noxious for the environment and the health.

The extraction of shale gas using the process of fracking is a relatively new, so there are few reliable information about this topic. Furthermore there is a lot of propaganda made by both industrial and opposing sides. The idea of this project is to know if the state of the art technology about the extraction of shale gas is a real problem for the environment. The study takes place in the Gard, near Ales, in France. Indeed, this area could be on of the most profitable zone for this industry in France. Before the law of 2011 that prevents the use of hydraulic fracturing, some companies had already submitted exploration permits, and had been allowed to make exploration drillings in this zone. So it seems to be relevent to assume the presence of gas in this area.

This project on shale gas is developed on 5 main points:

The first one is to decide the location of the well pad based of the French regulation, composed of 10 wells. The point of this study is to determine the location taking in account several parameters such as the proximity of the houses, the position of the aquifer, or the other wells. The construction of new infrastructures such as roads has to be considered.

The second one is dimensioning well. It is divided into 3 mains points. Firstly, the objective is to know how to inject high pressure water at a depth of 4 000m. The loss of pressure is modelled in order to know at which pressure the water must be injected and which pump has to be chosen to achieve this. Secondly, the well has to be capable of resisting the high pressure. After this step, a part of the water rises to the surface, and the composition is detailed.

The third one is the treatment of the flowback water to reduce the environmental print of the process.The flowback water is highly dangerous for the environment, mainly because of a high concentration of salt. In order to reduce the tremendous amount of waste water, the goal is to recycle and reuse it for another well. But because of toxic elements contained in this water, industrial can't use it as risen. Thus, a waste water treatment plant has to be dimensioned to recycle the fracking water.

The fourth part is modelling the impact of a leak of waste water. Two different cases have been considered. Firstly, a gas leak is evaluated, due to a simulated well crack at the level of an aquifer. The spread of this pollution is monitored in order to know the impact whether the water is drunk. Secondly the breach of a flowback water tank is developped.

The last point of this study is determining the carbon footprint of the whole process of shale gas and conventional gas extractions. The material, engine and methane leaks flux are identified, quantified, and converted to a carbone unit. The purpose here is to compare the emission of greenhouse gases between shale gas extraction process and conventional gas extraction process.