Au moment où le débat sur le gaz de schiste fait grand débat un peu partout dans le monde, y compris dans notre pays, l’Académie des Sciences de France vient de publier un intéressant rapport intitulé « Éléments pour éclairer le débat sur les gaz de schiste ». Les données évoquées dans ce rapport révèlent l’importance de l’exploitation de cette énergie dans un contexte où la demande mondiale augmente à un rythme soutenu. Et met en avant les défis scientifiques à relever pour l’exploitation de cette manne importante.
Les conclusions du rapport montrent que, dans le contexte actuel de transition énergétique, la question des gaz de schiste mérite d’être examinée, notamment pour les raisons suivantes: assurer la sécurité d’approvisionnement en énergie, réduire la dépendance énergétique et la facture correspondante, stimuler la compétitivité de l’économie. En Tunisie, la question continue de faire polémique, et pourtant, dans ce contexte de crise, l’exploitation de notre gaz de schiste,estimé à 5 mille milliards de mètres cubes, pourrait être une aubaine. Surtout que les prévisions tablent sur 80 années de possible exploitation.
Voici quelques extraits du rapport de l’académie des sciences de France publié le 15 novembre 2013:
« L’énergie constitue un problème majeur pour l’avenir dans un contexte où la demande mondiale augmente à un rythme soutenu entraînant l’accumulation de gaz à effet de serre dans l’atmosphère et la raréfaction des ressources. Bien que le sujet soit amplement débattu, les contraintes inévitables de production, de transport et d’exploitation sont souvent négligées, les défis scientifiques à relever et les ruptures technologiques majeures qu’il faudrait réaliser sont, la plupart du temps, sous-estimés ou esquivés.
Il était naturel conformément à sa mission que l’Académie des sciences se saisisse de cette question complexe et demande à son comité de prospective en énergie (CPE) de conduire une réflexion sur ce thème en abordant les problèmes d’une façon systématique et raisonnée, résolument différenciée des visions simplistes. Dans son rapport sur « La recherche scientifique face aux défis de l’énergie » publié fin 2012, le Comité avait identifié les pistes de réflexion qui méritaient un approfondissement. En particulier dans le domaine des énergies fossiles, il était proposé de reprendre de ce point de vue le problème des gaz de schiste.
Les questions posées par l’exploration et l’éventuelle exploitation de cette ressource sont ainsi abordées dans le présent avis en s’appuyant sur les éléments présentés dans le cadre d’une conférence débat organisée à l’Académie le 26 février 2013.
(…) L’Académie des sciences est pleinement consciente de la nécessité de réduire la consommation d’énergie et notamment de combustibles fossiles et pour cela d’améliorer l’efficacité énergétique dans toutes les utilisations de l’énergie.
Dans le contexte actuel de transition énergétique, la question des gaz de schiste mérite d’être examinée, notamment pour les raisons suivantes : (1) Assurer la sécurité d’approvisionnement en énergies fossiles qui constituent encore 90 % de l’énergie primaire, (2) Réduire la dépendance énergétique et la facture correspondante (plus de 60 milliards d’euros par an), (3) Stimuler la compétitivité de l’économie, (4) Permettre l’insertion des énergies renouvelables en réglant le problème de la compensation de leur intermittence au moyen d’une énergie mobilisable et qui évite l’utilisation du charbon. Cet avis expose ces éléments de contexte puis élabore des recommandations qui devraient permettre de réduire les incertitudes actuelles. Ces recommandations sont présentées sous forme synthétique, ci-dessous.
Synthèse des recommandations
Les quatre premières recommandations visent la recherche et l’exploration. Les cinq recommandations suivantes visent l’éventuelle exploitation qui pourrait être engagée si des conditions favorables, notamment pour réduire les risques pour l’environnement, sont réunies.
1. Lancer un effort de recherche, impliquant aussi bien les laboratoires universitaires que ceux des grands organismes, sur toutes les questions scientifiques posées par l’exploration et l’exploitation des gaz de schiste.
2. Préparer l’exploration en utilisant les connaissances géologiques, géophysiques et géochimiques déjà acquises ou archivées et solliciter les géologues pour travailler à une évaluation des réserves.
3. Réaliser des études et des expériences visant à évaluer et réduire l’impact environnemental d’une éventuelle exploitation.
4. Mettre en place une autorité scientifique, indépendante et pluridisciplinaire de suivi des actions engagées pour l’évaluation des ressources et des méthodes d’exploitation.
5. Traiter des problèmes de gestion des eaux, qui est un aspect majeur de l’exploitation des gaz de schiste.
6. Prévoir un suivi environnemental (monitoring) avant, pendant et après l’exploitation.
7. Travailler sur les méthodes qui pourraient remplacer la fracturation hydraulique mais aussi sur les procédés permettant d’améliorer celle-ci.
8. Traiter des problèmes d’étanchéité à long terme des forages d’exploitation en initiant un programme de recherche qui devrait conduire à l’élaboration d’une réglementation adaptée.
9. Procéder à des tests en vraie grandeur dans des conditions respectant la décision en vigueur, c’est-à-dire sans fracturation hydraulique, dans des zones déjà fracturées de vieux bassins charbonniers, pour mieux évaluer la ressource et maximiser le rendement de son exploitation.
Introduction.
Les gaz de schiste (qu’il faudrait désigner plutôt sous le nom de gaz de roche-mère) sont depuis quelques années au coeur de vifs débats. Les points de vue exprimés vont du refus pur et simple de les voir exploités à l’idée qu’ils pourraient être pour le pays une façon inattendue et presque miraculeuse de relancer la croissance et l’emploi.
Face à l’importance des questions soulevées par ce sujet, le Comité de prospective en énergie de l’Académie des sciences (CPE) souhaite apporter des éléments pour éclairer le débat et faire des propositions de recommandations notamment pour réduire les incertitudes actuelles.
Dans son précédent rapport [7] sur la « Recherche scientifique face aux défis de l’énergie », le CPE constatait que des décisions au sujet des gaz de schiste avaient été prises hâtivement et sans que le dossier soit véritablement instruit, et concluait qu’il ne fallait pas négliger cette nouvelle ressource, l’avenir énergétique étant trop incertain pour ne pas faire, au minimum, une évaluation des potentialités. (…)
Après une analyse du contexte, le CPE fait neuf recommandations à caractère scientifique. Le message essentiel qu’elles contiennent est que la question d’une exploration, puis d’une éventuelle exploitation des gaz de schiste mérite d’être examinée, qu’il faut avancer sur ce sujet et développer la recherche, mais que rien ne saurait être entrepris sans de nombreuses vérifications et expérimentations préalables encadrées par une réglementation rigoureuse, afin de maîtriser les risques potentiels pour l’environnement et pour la santé. Dans cette logique, le présent rapport insiste sur les recherches qu’impliquent les nombreux points soulevés à propos de l’exploration et de l’exploitation des gaz de schiste, et qu’il conviendrait d’initier ou de développer.
1. Contexte
Le CPE tient à souligner qu’il reste dans son domaine de compétence qui est celui de l’évaluation scientifique. Certains éléments de contexte et notamment ceux qui portent sur les aspects économiques ou encore sur les aspects juridiques comme ceux du code minier sont mentionnés à titre indicatif. Ces éléments sont analysés par ailleurs, notamment par l’Académie des technologies et par divers groupes de réflexion. Le sujet de l’exploration et de l’exploitation des hydrocarbures non conventionnels est aussi traité au sein de l’Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques (OPECST) dans le cadre d’une étude sur les techniques alternatives à la fracturation hydraulique.
1. On peut se demander s’il est encore utile de discuter du sujet des gaz de schiste, car au moment où des pays voisins s’engagent dans leur exploration ou leur exploitation, le débat semble fermé au niveau de la France. Pour l’Académie des sciences, la réponse est oui. En effet, il est dans sa mission de réfléchir aux problèmes scientifiques et de travailler dans un contexte international. Elle constate que des analyses et des débats sont engagés au sein des plus grandes Académies mondiales. C’est ainsi que la Royal Society et la Royal Academy of Engineering ont récemment publié un rapport conjoint sur le sujet [6]. Le débat se développe aussi dans le cadre des Académies américaines, par exemple au sein du Board on Environmental Change and Society [15]. Il nous est donc apparu légitime de poursuivre la réflexion sur ce sujet et de la conduire d’une façon équilibrée et raisonnée.
1 Les conférences débat de l’Académie des sciences rassemblent des spécialistes autour d’une question scientifique actuelle. Elles ont pour objectifs de confronter les points de vue dans le but d’éclairer tous ceux que la question intéresse, grand public, médias et décideurs, en se fondant sur les meilleures informations scientifiques et techniques disponibles à ce jour présentées par des spécialistes du domaine.
2. La discussion engagée sur la politique de « transition énergétique » conduit elle aussi à poursuivre la réflexion. D’une part, le développement à grande échelle, en l’absence de moyens de stockage adaptés, de sources d’énergie intermittentes et diluées comme l’éolien et le photovoltaïque, nécessite de disposer de sources d’énergie concentrée de substitution, rapidement mobilisables, que seules des centrales à flamme peuvent actuellement fournir. L’intermittence ne peut être compensée par un lissage par « foisonnement », comme le montrent des études récentes, même si ses effets peuvent être atténués par l’« effacement » de certains utilisateurs ou par une gestion adaptée des équipements hydro-électriques. Ainsi, le développement des énergies renouvelables s’accompagne d’un besoin d’énergie fossile et, si tel est notre avenir, du moins à moyen terme, mieux vaudrait une combustion du gaz, dont les niveaux d’émission de CO2, d’oxydes d’azote, de composés de soufre et de particules de suie sont plus faibles que ceux résultant du charbon ou du lignite et par conséquent avec un impact bien moindre sur la santé et l’environnement. D’autre part, s’il fallait également s’engager dans une réduction significative de la part du nucléaire dans la production d’électricité, ce qui supprimerait entre autres notre avantage comparatif en termes d’émission de CO2, mieux vaudrait encore une fois une substitution de l’énergie nucléaire par de l’énergie fossile fondée sur le gaz plutôt que sur le charbon.
3. Avant d’envisager d’exploiter d’éventuels gisements, il faut pouvoir les explorer. Si l’exploration confirme les estimations avancées des réserves – ce qui reste à démontrer – l’exploitation pourrait permettre une réduction de la dépendance énergétique de la France, qui importe plus de 95 % de son énergie fossile et plus de 98 % de son gaz naturel. On peut rappeler que les importations d’énergie fossile pèsent lourd dans la balance commerciale de la France, avec une dépense de plus de 14 milliards d’euros en 2012 pour le seul gaz naturel2. L’exploitation des gaz et des huiles de roche-mère permettrait de réduire le déficit commercial de la France et pourrait assurer des gains de compétitivité pour l’industrie. On pourrait aussi consommer ce qu’on produit sur place, ce qui est globalement favorable puisqu’on évite ainsi les problèmes associés au transport de gaz sur de grandes distances. Dans le domaine environnemental, il n’est pas sans intérêt de noter qu’un effet collatéral de l’exploitation des gaz de schiste aux États-Unis est l’exportation et la mise sur le marché européen de charbon à un prix bas, inférieur à celui du gaz, ce qui conduit à l’arrêt de centrales à gaz à haut rendement (CCGT : Combined Cycle Gas Turbine) remplacées par des centrales à charbon fortes génératrices de CO2 (voir la dépréciation d’actifs de GDF-Suez il y a quelques mois). Ceci ajoute à l’importance de disposer d’une source de gaz à prix compétitif.
On ne peut rester indifférent à la renaissance industrielle des États-Unis dans les industries qui dépendent de l’énergie, telle l’industrie chimique : le prix du gaz, trois ou quatre fois inférieur à celui payé en Europe (essentiellement grâce à l’exploitation des gaz de schiste), donne aux États-Unis un avantage compétitif fort par rapport à l’Europe. Des gains économiques ont déjà été constatés outre-Atlantique, résultant d’une baisse sensible du coût de l’énergie et d’une plus grande disponibilité de matières premières pour la chimie. De plus en plus d’industries qui pourraient s’implanter en Europe et y créer des emplois choisissent les États-Unis à cause du coût désormais bas de l’énergie fournie par le gaz. (…)
4. Cependant, l’exploitation des gaz de roche-mère ne saurait être engagée sans que soient étudiés soigneusement les risques potentiels pour l’environnement associés à ce type de production. Beaucoup de ces risques ne sont d’ailleurs pas nouveaux et sont déjà traités dans l’exploitation d’autres types de ressources (forages liés à l’exploitation conventionnelle du pétrole, du gaz, de la géothermie…). La fracturation hydraulique elle-même a déjà été largement utilisée dans le passé. Elle est mise en oeuvre chaque année dans le monde entier dans plusieurs milliers de forages pétroliers ou gaziers conventionnels et bien qu’il s’agisse d’autres types de roches que les schistes il existe un important retour d’expérience. Il est nécessaire de considérer chaque risque en toute transparence, et de déterminer si des technologies nouvelles, des modes opératoires et des réglementations adaptées seraient compatibles avec le souci de la protection de l’environnement et des modes de vie. On peut rappeler, à ce stade, que l’exploitation du gaz de Lacq (gisement découvert dans le sud-ouest en 1951, dont l’exploitation a débuté dans les années 1960 et s’est arrêtée le 14 octobre 2013) qui n’est pas un gaz de schiste, posait cependant des problèmes technologiques sérieux. Elle s’est faite dans des conditions respectueuses pour l’environnement et la qualité des eaux locales, malgré la proportion élevée de gaz acides (hydrogène sulfuré) dans ce gisement.
5. Comme pour beaucoup de sujets complexes, il est nécessaire de présenter de façon non partisane, en s’appuyant sur des données scientifiques, les avantages attendus et les risques, en déterminant si ces risques peuvent éventuellement être maîtrisés. Il faudrait définir les conditions acceptables pour l’environnement et les collectivités qui pourraient permettre une exploration, et, si elle s’avère positive, une exploitation. Dans cet objectif, il convient donc de développer les recherches et d’élaborer un ensemble de règlements et de bonnes pratiques destinés à réduire l’impact de l’exploitation sur les écosystèmes.
6. Même si à long terme, les besoins d’énergie électrique peuvent être couverts par le nucléaire et par certaines énergies renouvelables (hydraulique, éolien, hydrolien, solaire, géothermie haute enthalpie…), il subsistera de toute façon un besoin impérieux de combustibles liquides ou gazeux (pétrole, gaz naturel, et aussi de combustibles synthétiques fabriqués à partir de la biomasse, de déchets végétaux, d’algues et d’hydrogène, lui-même résultant de l’électrolyse de l’eau…). Ces carburants liquides ou gazeux conserveront leur importance sur une longue période et ils sont indispensables pour de nombreuses utilisations. Dans le choix des sources d’énergie fossile actuellement disponibles, il importe de se rappeler que la combustion du gaz naturel, tout en dégageant des gaz à effet de serre, est deux à quatre fois plus propre, en terme d’émission de ces gaz, que celle du charbon. Il est en effet possible d’augmenter le rendement de Carnot au moyen d’un cycle combiné et ainsi de diviser par deux les émissions de CO2 par unité d’énergie. Le gaz naturel est aussi une matière première d’intérêt majeur pour la chimie.
7. Il y a une grande différence, dans les règles d’exploitation du sous-sol, entre les États-Unis et l’Europe, où l’appartenance des ressources souterraines à la nation permet une meilleure maîtrise de leur mode d’exploitation. L’actuelle révision en cours du Code minier pourrait peut-être permettre de renforcer les règles de protection de l’environnement pour toute forme d’exploitation des ressources du sous-sol tout en permettant aux collectivités locales et aux propriétaires des terrains de mieux tirer profit de l’exploitation qui pourrait être faite du sous sol.
2. Analyse et Recommandations
1. Le Comité de prospective en énergie constate qu’il n’y a pas actuellement de programme de recherche publique en France sur le sujet des gaz de roche-mère tout en notant que des propositions sont rassemblées dans le rapport de l’Alliance pour l’Energie ANCRE « Programme de recherche sur l’exploitation des hydrocarbures de roches-mères» et que l’appel d’offre 2013 du programme Énergie du CNRS porte sur le thème « ressources, société, environnement ». Le Comité souligne l’intérêt de ces initiatives et recommande le lancement d’un effort de recherche soutenu dans le domaine (impliquant aussi bien les laboratoires universitaires que les organismes de recherche plus technologiques) avec comme objectifs : (1) Connaître la ressource et réaliser une évaluation des réserves accessibles, (2) Mieux évaluer l’impact environnemental d’une éventuelle exploitation, (3) Améliorer et contrôler les techniques existantes et les procédés d’exploitation pour minimiser cet impact, (4) Développer des technologies d’exploitation alternatives à la fracturation hydraulique, (5) Démontrer si les impacts sur l’environnement sont maîtrisables, et, (6) Réaliser une expérimentation à diverses échelles dans des situations bien contrôlées et mettre en place un site pilote de recherche pour permettre une analyse indépendante des procédés mis en oeuvre. Le Comité considère que l’exploration, si elle est menée selon des règles précises et contrôlées, n’a pas d’impact environnemental significatif.
2. Les conditions de formation et de migration des hydrocarbures dans les bassins sédimentaires sont connues et on sait évaluer, à partir de la nature et de la teneur en matière organique des sédiments, de l’histoire (sédimentologique et tectonique) de l’enfouissement de cette matière et de l’évolution thermique qui en résulte, les quantités d’hydrocarbures liquides et gazeux générés et celles qui sont encore emprisonnées dans les roches, la majeure partie en ayant en général été perdue. Pour préparer l’exploration, le Comité considère comme prioritaire d’utiliser les connaissances géologiques, géophysiques et géochimiques déjà acquises au moyen de forages et de fracturations (ou qui dorment dans les archives) puis d’acquérir et d’associer observations de terrain complémentaires, expériences de laboratoire et modèles de simulation numérique pour évaluer, sur des bases scientifiques, les ressources potentielles de notre pays en gaz et huile de roches-mères. Il est urgent de solliciter tous les géoscientifiques (géologues, géophysiciens, géochimistes, hydrogéologues…), du monde universitaire et des organismes publics ou privés, pour travailler conjointement à cette évaluation des réserves.
3. Tout en notant que la fracturation hydraulique existe depuis longtemps et a déjà été largement utilisée3, le Comité souligne l’importance d’études visant à évaluer et à réduire l’impact environnemental de cette technique. Il est souhaitable d’améliorer la modélisation des mécanismes de fracturation des roches-mères en prenant en compte à la fois leur composition hybride (minérale et organique) et les hétérogénéités, d’optimiser les agents de fracturation et de rechercher des produits alternatifs compatibles avec les normes environnementales les plus exigeantes. Il semble possible de proposer pour cela des matériaux « intelligents » (présentant par exemple des capacités de prise in situ, offrant des propriétés de transfert de gaz améliorées). (…)
4. S’agissant d’un sujet de dimension nationale controversé, le Comité suggère la mise en place d’une autorité scientifique, indépendante et pluridisciplinaire, pour le suivi des actions qui seraient engagées pour l’évaluation objective des ressources en gaz de schiste et des méthodes d’exploitation.Si les actions décrites précédemment confirmaient l’intérêt d’une exploitation, les recommandations suivantes pourraient être mises en oeuvre.
5. Le Comité considère que la gestion de l’eau constitue un aspect majeur de l’exploitation des gaz de schiste et qu’elle doit prendre en compte la disponibilité, le recyclage et la prévention des contaminations des aquifères et des eaux de surface par les eaux utilisées pour le forage, la fracturation et le dégorgement des eaux des puits fracturés (ou les eaux de retour après fracturation). Les premiers forages mis en oeuvre aux États-Unis qui n’ont pas toujours respecté des normes indispensables à une protection correcte de l’environnement, ont provoqué des pollutions significatives qui doivent être absolument évitées dans un pays aussi densément peuplé que la France. Les techniques actuelles et l’expérience pétrolière permettent – semble-t-il, mais cela doit être évalué – de définir des modalités de forage et d’exploitation respectueuses de l’environnement et sûres pour le long terme. (…)
6. La présence de méthane et d’autres contaminants dans les eaux souterraines doit être surveillée, tout comme les fuites potentielles de méthane et d’autres gaz dans l’atmosphère. Le Comité souligne l’importance d’un suivi (monitoring) qui devrait être effectué avant, pendant et après les opérations d’exploration/exploitation. La surveillance des fuites potentielles de méthane peut permettre de mieux évaluer l’empreinte en termes d’effet de serre de l’extraction de gaz de schiste [3, 4, 14]. Avant toute exploration un état des lieux environnemental doit permettre de caractériser la situation locale (qualité de l’eau douce et quantité de méthane présente dès l’origine dans les aquifères de surface). On pourra ainsi mieux surveiller l’impact de l’exploitation et remettre le terrain en l’état après la fin des activités d’exploration et d’exploitation. Cela pourrait avoir pour effet d’éviter de mettre en cause l’extraction des gaz de schiste lorsqu’une pollution existe déjà à l’état initial.
7. Sur la question des alternatives à la fracturation hydraulique, le Comité constate que des méthodes utilisant l’électro-fissuration, la fracturation thermique ou l’injection de propane ou de CO2 supercritique ont été proposées et sont déjà mises en oeuvre à petite échelle. Le Comité observe cependant qu’à l’heure actuelle ces méthodes ne constituent pas une alternative à la fracturation hydraulique utilisable en pratique. Il note que, sans négliger la recherche sur ces méthodes ou sur de nouvelles méthodes, il faudrait aussi travailler sur l’amélioration des procédés de fracturation hydraulique (réduction des quantités d’eau nécessaires, monitoring, définition des additifs les plus compatibles avec l’environnement…).
8. Le Comité considère que la question de l’étanchéité à long terme des forages d’exploitation des gaz de schistes, même obstrués, mérite un examen attentif. Le vieillissement des cimentations et la corrosion des tubages, sur le long terme, sont inévitables, mais leurs effets sont mal connus et il pourrait en résulter, après montée en pression, une perte d’étanchéité des puits scellés. Une opération d’étanchéification pérenne des forages est possible, par alésage et extraction sur une hauteur suffisante des tubages et cimentation, puis mise en place d’un bouchon étanche en matériaux naturels (argile compactée). Mais il existe peut-être une alternative à ces travaux coûteux. À l’évidence ce sujet doit être traité, au besoin par une réglementation adaptée (voir [13]).
9. Les gaz de roche-mère d’hydrocarbures ou de charbon sont là depuis des millions d’années et ne sont pas une nouvelle manne tombée du ciel au XXIe siècle. Ils sont connus par les géologues depuis au moins 40 ans, et par les mineurs de charbon depuis bien longtemps ; mais ce qui manquait jusqu’ici est une méthode correcte d’exploitation. La loi interdit la fracturation hydraulique mais n’interdit ni les forages verticaux, ni les forages horizontaux à partir de ces derniers. On peut supposer que les réserves de méthane sont abondantes dans les vieux bassins houillers, l’abondance de matière organique fossile et les accidents historiques en témoignent. D’où l’intérêt de procéder à un ou des essais dans cette situation géologique.
Le Comité propose, comme première voie d’action vers l’exploitation éventuelle des gaz de roches-mères, de procéder à des tests en vraie grandeur dans des conditions respectant la réglementation en vigueur : tests par puits verticaux sans fracturation hydraulique dans des zones déjà fracturées dans de vieux bassins charbonniers où la matière organique est abondante et propre à générer d’importantes quantités de gaz. Ces forages verticaux seraient suivis ou non de forages horizontaux de différents types pour maximiser le débit de méthane, pour mesurer son évolution au fil du temps et pour étudier la densité de forages nécessaire pour récupérer des quantités significatives de méthane à l’échelle industrielle. Le Comité note que la distinction entre gaz de charbon et gaz de schiste n’a qu’une portée limitée car il s’agit des mêmes processus géologiques, et la nature et la tenue mécanique des couches encaissantes sont variables dans tous les cas.(…)
Éléments pour éclairer le débat sur les gaz de schiste
Avis de l’Académie des sciences (Institut de France)
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