Les gaz de schiste, c’est maintenant ou jamais (2e partie)

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Publié le 23.08.2023 dans le Quotidien Le SOIR d’Algérie

Par Said Kloul (*)



Atteintes à l’environnement,

quels risques ?


En plus de la consommation excessive d’eau et des secousses telluriques on a accusé la fracturation de polluer l’environnement.

A- Causes des pollutions

Dans tout ce qui suit, les informations données par l’EPA sont déduites des registres de Fracfocus 1 et parfois Fracfocus 2.

La pollution de l’environnement lors des opérations de fracturation peut être produite par des déversements ou, les puits d’hydrocarbures, par des fuites qui pourraient suivre des fissures soit vers des nappes d’eau ou même vers la surface. Autres pollutions, des émanations notamment de gaz autour des puits qui peuvent cheminer vers les puits d’eau ou des fuites des équipements de surface vers l’atmosphère.

A1- Les eaux produites par les puits fracturés

En 2021, le volume global d’eau produite par tous les gisements américains est d’environ 25,861 milliards m3, eaux chargées en sels, contenant des hydrocarbures, des métaux lourds, des produits chimiques… qu’il faut empêcher de polluer l’environnement. 48,3% de cette eau est réinjectée pour la récupération assistée de différents gisements ce qui lui confère une valeur économique et 30% seulement est réutilisée sur site.

Dans l’ensemble, 47,4 seulement sont réinjectées dans les puits «d’injection» (US Produced Water Volumes and Management Practices in 2021, GWPC, novembre 2022). Le nombre de puits utilisés pour l’injection de ces eaux polluées associées à l’exploitation des schistes est de l’ordre de 36 000. Comme tous les puits de pétrole et de gaz, pas seulement dans les schistes, produisent plus ou moins d’eau avec le pétrole et le gaz, le nombre global de puits d’injection pour toutes ces eaux polluantes est de l’ordre de 180 000 (EPA, Class II Oil and Gas Related Injection Wells). Signalons que cette technique était en usage des décennies, avant l’avènement des schistes. Des incidents dans les puits de réinjection peuvent provoquer des arrivées de ces eaux dans les nappes d’eau douce. Nos gisements conventionnels produisent aussi certaines quantités d’eau qui arrivent avec le pétrole ou le gaz produits par les puits. Il en est ainsi de Hassi Messaoud, Haoud Berkaoui, El Gassi, Hassi R’mel...



A2- Les déversements

Ils sont potentiellement les plus grands porteurs de risques de pollution pour l’environnement. Précisons que EPA ne disposait pas d’informations à l’échelle nationale ; aux USA, l’information sur les hydrocarbures dans leur totalité n’est pas centralisée. À sa demande, EPA a reçu les informations de 9 États, 9 compagnies de fracturation et 9 sociétés pétrolières activant sur les schistes. Elles englobent les opérations de février 2006 à décembre 2012 et révèlent 36 000 déversements dans le voisinage des puits fracturés. De ce nombre, seulement 12 000 étaient suffisamment documentés. Parmi eux 457 (3,8%) avaient un lien avec les fracturations hydrauliques ; sur ces 457 déversements, 151 sont des déversements de fluides de fracturation et des produits chimiques et 225 sont des eaux polluées produites par les puits fracturés. («Review of State and Industry Spill Data : Characterization of -Related Spills, Mai 2015», étude de l’Office de recherche et développement de l’EPA). Signalons que des États accordent des dérogations de déversement dans les océans ou sur terre. Ces dérogations sont conditionnées par le traitement de ces eaux pour les porter à des normes bien définies. Ainsi en 2021 ont été déversées sur des plans d’eau, océans principalement, 1,15% des quantités produites et sur des terrains désignés à cet effet 0,02% (U.S. Produced Water Volumes and Management Practices in 2021, GWPC, novembre 2022).

Bien que l’information soit difficilement extrapolable dans tous ses aspects à l’ensemble des USA, le nombre de déversements examinés peut statistiquement nous donner une idée de l’ampleur de ces sources potentielles de danger ; on peut en conclure que, le pourcentage de cas de déversements liés aux activités de fracturation hydrauliques est faible. Le volume global déversé est d’environ 8 400 m3.

L’analyse faite par l’EPA montre que 60% de ces 457 déversements (69% en volume), sont causés par une erreur humaine ou une défaillance des équipements.

Concernant les volumes, 56% des cas étaient d’un volume inférieur à 3,8 m3 chacun, ce qui leur donne peu de chance d’atteindre les eaux souterraines profondes ; le volume le plus important provient des conteneurs de stockage : 4 900 m3 soit plus de la moitié de tout le volume déversé. Les autres sources d’incidents n’ont généré que 3 806 m3. Aujourd’hui avec les mesures de lutte mises en pratique, il est possible de rendre sans effet les fuites de conteneurs (4e partie) et éliminer ainsi 58% des risques.

Globalement, parmi les 457 déversements, 291 ont touché le sol, 32 ont atteint des eaux de surface ; pour les fluides de fracturation, potentiellement plus dangereux, (151 cas), il y a 101, c’est-à-dire 67%, qui ont touché un récepteur environnemental (EPA, 2015 m) ; ces fluides n’étaient donc pas aux époques des opérations efficacement confinés.



B- Contamination des eaux souterraines

La pollution des eaux souterraines peut avoir plusieurs origines :



B1- Produits pesticides

Ces produits ont été utilisés à grande échelle par le passé dans les pays développés à leur tête les États-Unis ; ils continuent encore à être utilisés notamment dans les pays en développement, les pays émergents où la réglementation et/ou le contrôle de leur utilisation sont faibles, et même dans les pays de l’OCDE lorsque le contrôle est relâché. Parfois, ces produits existaient dans les nappes d’eau douce avant l’ère des fracturations des schistes puisqu’on en a retrouvé dans des échantillons prélevés des nappes d’eau douce avant ces opérations. Les pluies d’abord, les différents déversements ensuite, en dehors ou pendant les fracturations (peu nombreux pour ces derniers), les ont peut-être entraînés dans les couches inférieures. Les plus courants sont les pesticides organochlorés utilisés jusque vers la fin des années 1960, puis interdits dans les pays développés.

Il en est aussi des PCB (Diphényle poly-chlorés) utilisés notamment dans les transformateurs. La mise sur le marché de machines contenant des PCB est interdite en France depuis 1987 (Wikipédia) ; l’utilisation a continué dans les condensateurs électriques ou comme additifs pour les peintures et les mastics d’étanchéité. Tous les pays européens possèdent des stocks très importants de ce produit. Ces stockages peuvent être aussi des sources de fuites de produits. La contamination des eaux souterraines s’opère par des lessivages répétés des zones de déversement soit par les eaux de pluie ou par arrosage des cultures.



B2- Produits de fracturation

On a retrouvé les produits utilisés pour la fracturation hydraulique dans des échantillons prélevés dans des nappes d’eau douce. La survenance d’incidents, comme des déversements de fluides ou de produits liquides ou pulvérulents ou des incidents techniques dans les puits fracturés ou d’injection des eaux produites par les puits fracturés pourraient relier cette pollution à ces puits (EPA, 2016). Ces produits peuvent s’infiltrer dans le sol et atteindre des nappes d’eau.

Nombre de ces produits sont aussi utilisés dans d’autres industries. On peut y rencontrer du pétrole, des produits pétroliers, de traitement du pétrole brut ou du gaz ainsi que des produits chimiques utilisés dans diverses industries.

Ces contaminations peuvent se produire suite à des déversements lors des transports ou des manipulations y compris sur les gisements conventionnels.

B21- Contaminations dues à des incidents de surface qui interviennent lors des opérations de fracturation à cause de fuites sur le circuit des fluides ou sur les stockages des eaux si l’intégrité des étanchéités n’est pas préservée et sur les réseaux de collecte, de transport ou de distribution.

B22- Elles peuvent avoir pour origine les puits en cours de fracturation du fait des fuites de fluides par des joints, des fissures, des éclatements de tubes de cuvelage corrodés ou mal cimentés : ceci se produit si la pression de facturation dépasse la résistance à l’éclatement du tube (erreur de tube, affaiblissement du tube par usure durant le forage), cas exceptionnels cependant.

B23- Les mêmes phénomènes peuvent avoir lieu dans les puits de réinjection d’eaux produites par les puits fracturés. Ces puits sont souvent d’anciens puits producteurs transformés en injecteurs, avec approfondissement parfois, s’ils ne sont pas inspectés à fond, ce qui rend ces fuites ou éclatements de tubes plausibles.

B24- Les fluides peuvent s’échapper de la fracture créée et emprunter des fissures ou fractures naturelles ou les chenaux laissées par une mauvaise cimentation des cuvelages.



B3- Discussion :

- Le cas B21 peut être rencontré y compris sur des champs conventionnels éloignés des zones de fracturation, voire dans des zones sans activité pétrolière, pipes de transport par exemple ou hubs de stockage.

- Le cas B22 est très rare, comparé aux nombres de puits fracturés et de réinjection. Il peut être réduit au minimum par un engineering très soigné, des opérations exécutées par des équipes bien encadrées et méticuleuses, travaillant selon les normes et faisant passer la sécurité du personnel et du puits avant les coûts, conformément aux exigences de la profession.

- Le cas B23 est un cas davantage plausible s’il s’agit d’un vieux puits ; certains peuvent être tentés d’utiliser ce genre de puits afin d’éviter le forage d’un nouveau puits pour des raisons de coût. Ce cas bien que possible est plus difficile à prouver.

- Le cas B24 est généralement lié à l’extension de la fracture comparée à la distance par rapport à la nappe d’eau douce. Ceci est important pour apprécier la possibilité de contamination. À ce titre parmi les schistes américains, Marcellus est le gisement qui a des fractures de hauteurs les plus importantes avec 120 m en moyenne, le maximum étant 460 m. Pour la majorité des schistes américains, la hauteur ne dépasse pas cependant 100 m. Ceci signifie que sur Marcellus, quelques cas de fractures dépassent l’épaisseur de la couche de schiste et peuvent atteindre une nappe d’eau (voir le cas de Suskehanna plus bas).



C- Effets sur les eaux souterraines

Dans ce qui suit, nous avons ignoré volontairement les rivières et les lacs car ils n’existent pas dans nos régions à gaz et pétrole de schistes. Il existe cependant des lits d’oued habituellement secs qui peuvent recevoir un déversement et y provoquer une pollution, laquelle peut être mise en mouvement par un grand orage toujours possible. Au moindre déversement, les terres polluées doivent être enlevées.

Les effets des produits contenus dans les eaux de fracturation ou les eaux produites sur les eaux souterraines peuvent être physiques ou chimiques.

Ces effets peuvent être plus ou moins prononcés selon la quantité de fluides échappés des puits ou déversés, la nature et les quantités de produits chimiques qu’ils contiennent, la distance parcourue par ces fluides en l’occurrence la profondeur de ces couches d’eaux, de la nature géologique des couches traversées, de l’existence ou non de fissures naturelles, des caractéristiques de ces fluides, densité et viscosité, mobilité et volatilité et de la capacité d’absorption des produits sur les roches traversées. Bien entendu, à volume égal un produit contenu a beaucoup plus d’effet, concentré que dilué.

Il peut aussi y avoir des fuites de pétrole dans les puits, qui iraient polluer les eaux douces dans des conditions analogues à celles décrites plus haut ; les gaz eux peuvent remonter vers la surface. Arrivés en surface, ces gaz pourraient provoquer des explosions si les conditions étaient réunies (mélange de gaz et d’air dans les limites d’explosivité, plus flamme ou étincelle). Il faut savoir aussi que cela peut arriver sans que l’on fracture un puits et sur des gisements conventionnels. Noter que la pollution des eaux par le gaz n’a pas été scientifiquement prouvée.



D- Quelques cas de contamination incriminés

À chaque fois que de nombreuses plaintes ont été déposées par des particuliers ou des associations, ou de graves incidents ont été rapportés, EPA a organisé des auditions publiques pour écouter les plaignants, suite à quoi elle a conduit des enquêtes, prélevé des échantillons et mené des études ; il en fut ainsi dans diverses localités au Colorado, au Dakota du Nord, en Pennsylvanie, au Texas et ce, sur plusieurs dizaines de puits d’eau, des puits de surveillance et diverses sources d’eau de surface et ce, jusqu’en 2016.

Prenons l’exemple de cas de Pennsylvanie, du Dakota du Nord et du Wyoming. Signalés à EPA, celle-ci y a procédé à des échantillonnages.

Pour les émanations de méthane, ceux-ci se produisent sur les installations de surface des puits, canalisations et usines de traitement sur les gaz conventionnels comme sur les gaz non conventionnels ; à l’inverse, les émanations de méthane imputées aux fracturations ne semblent pas toujours avérées.



D1- Cas des puits d’eau douce du comté de Suskehanna, Pennsylvanie

En Pennsylvanie USA, région verte et agricole par excellence avec 52 000 fermes couvrant une superficie de trois millions d’hectares, après avoir enregistré des plaintes écrites et verbales au cours d’auditions publiques, EPA a conduit une étude rétrospective sur les cas supposés de contamination d’eau potable dans des zones où des fracturations hydrauliques ont été réalisées.

Les plaintes enregistrées concernaient : émanation de gaz dans les puits d’eau et même dans les robinets de certaines cuisines, apparition de mousse dans l’eau, changements de la qualité de l’eau avec entraînement de sédiments.

-Des bullages et de la mousse ont été signalés en juillet 2010 dans l’eau douce de 3 puits d’eau domestiques du comté de Suskehanna, près de Sugar Run. Après l’échec d’une étude confiée à un laboratoire commercial, une 2e étude a été confiée à Appalachia Hydrogeologic and Environmental Consulting LLC. Les chercheurs d’Appalachia ont analysé plusieurs échantillons pris dans les 3 puits d’eau contaminés et de plusieurs autres dans le voisinage de la zone des opérations de fracturation ainsi que des eaux produites par des puits de gaz fracturés. Le rapport d’étude d’Appalachia est signé par Llewellyn Garth, géologue principal de ce bureau d’études, chercheur à LECO Corporation, St. Joseph Michigan et des professeurs de Pennsylvania State University, édité par PNAS, les presses de l’Académie nationale des sciences des USA - (PNAS ' May 19, 2015 ' vol. 112 ' no. 20 ' 6325–6330).



- Voici les conclusions de l’étude

Du 2-n-Butoxyethanol (2BE) a été détecté dans des échantillons d’un seul puits d’eau avec une concentration variant de 0,4ŋg/l (milliardième de gramme/l!) avant de purger le puits, à 0,086ŋg/l après la purge, ce qui peut expliquer la mousse ; il en est de même des composés organiques volatiles et de l’éthylène glycol détectés à un niveau de concentration de l’ordre du µg/l dans deux autres puits. À cet effet, les chercheurs ont dû utiliser des appareillages sophistiqués : GCxGC-TOFMS et GCxGC-HRTOFMS, (2 chromatographes en phase gazeuse couplés à un ‘’time-of-flight mass spectrometry‘’ (spectromètre à temps de vol) et High Resolution Time-Of-Flight Mass Spectroscopy), ainsi que ICP-AES (spectromètre à plasma à émission atomique). Ces concentrations extrêmement faibles sont indétectables pour la grande majorité des méthodes d’analyse ; elles sont de plus bien en dessous des standards réglementaires en vigueur. Bien entendu, elles ne représentent aucun danger pour la santé. La communication avec les puits de gaz situés à 3.5 km n’est pas écartée car l’isotope du méthane qui a causé les bullages est similaire à celui du gaz des annulaires des puits incriminés. Pour le 2-BE, ce produit peut avoir plusieurs sources en plus des opérations de forage (même conventionnel) et de la fracturation, car il est utilisé aussi dans des peintures, des diluants, des savons et des cosmétiques. On a soupçonné aussi une fuite du réservoir en excavation utilisé pour les eaux produites, fuite qui avait été signalée à l’époque des opérations de fracturation par le PADEP.

Un examen de l’état des puits soupçonnés et qui avaient une pression annulaire élevée a montré que cette dernière aussi pouvait être la cause des problèmes : 3 des puits avaient un cuvelage de surface cimenté mais pas assez profond. Le cuvelage suivant qui va jusqu’aux schistes n’est pas cimenté ou mal cimenté au droit des nappes d’eau douce.

Un examen géologique a montré une faille «inclinée» qui traverse la nappe d’eau et intercepte les puits de gaz en dessous du cuvelage de surface. Il en a été conclu que le gaz remonterait le long des puits et suivrait très probablement la faille vers la nappe d’eau, poussé par la pression qui régnait dans le puit de gaz.

De fait, après réparation des cimentations, les manifestations de gaz dans les puits d’eau ont cessé, pointant du doigt du même coup l’origine probable de la contamination de l’eau douce. Rappelons que le gaz ne pose en principe pas de problèmes de toxicité ; mais les spécialistes suggèrent qu’il est possible que le gaz provoque des interactions entre les différents éléments pour donner naissance à des produits toxiques. Mais ceci n’a pas été prouvé.

Les auteurs notent que bien que le souci du public se concentre sur la possibilité que certains des nombreux produits chimiques utilisés dans les fracturations puissent migrer vers la surface à partir des schistes, ce phénomène n’a jamais été prouvé aussi. Selon les auteurs du rapport ci-dessus, les doutes chez le public seraient probablement dus au fait que les données ne sont généralement pas publiées totalement. Ceci nous rappelle l’impératif d’une communication transparente sur nos activités. C’est la seule façon d’obtenir la confiance des citoyens.

Plusieurs laboratoires commerciaux et universitaires ont étudié des cas en rapport avec différents gisements, indépendamment ou en collaboration avec EPA.

Les analyses montrent qu’il y avait souvent des augmentations de chlorures dans des échantillons d’eau prélevés au voisinage d’un stockage en excavation des eaux rejetées par des puits fracturés. Les chlorures ont été identifiés comme étant reliés à ce stockage.

USGS a publié une étude consacrée à des échantillons d’eau prélevés sur 50 puits d’eau de la région de Marcellus. Pour deux échantillons, il a été conclu que les hydrocarbures trouvés ne sont pas ceux des schistes de Marcellus. Cependant, la distribution d’âge (géologique) des hydrocarbures rencontrés est apparentée à celle des schistes. (USGS-Hydrocarbons in upland groundwater, Marcellus Shale Region, Northeastern Pennsylvania and Southern New York,17-6-2019 USA).



D2-Cas de Kilder, Dakota du Nord

La détection dans l’eau de boisson de l’alcool Tert- butylique, produit de dégradation de l’hydro peroxyde de Tert-butyl utilisé dans la fracturation hydraulique, suggère fortement une «éruption de puits» comme origine. L’éruption, de fait apparue en surface, était due à des ruptures dans trois cuvelages de protection. 636 m3 de fluide de fracturation ont été récupérés et 2595 tonnes de terre contaminée ont été enlevées. (EPA, 2015).



D3- Cas de Pavillion, Wyoming

Des puits d’eau de boisson sont utilisés pour la surveillance des contaminations. D’après Digiulio et Jackson (2016), des produits chimiques organiques utilisés dans le fluide de fracturation sur ce site y ont été détectés y compris du 2-Butoxyethanol, du Naphtalène, du 1,2, 4-Trimethylbezene, du Di éthylène Glycol… Les auteurs suggèrent une origine probable dans les opérations de fracturation.

Tous les spécialistes diront qu’il est rarement possible de statuer de manière certaine sur chaque cas, concernant un éventuel lien entre la fracturation et la contamination.

S. K.

(À suivre)



(*) Ancien directeur de la division forage de Sonatrach. Ancien conseiller pour l’amont du PDG de Sonatrach.

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Définitions des unités de mesure et des acronymes



µg : millionième de gramme

ŋg : milliardième de gramme

OCDE=Organisation de coopération et de développement économiques

EIA : Energy Information Administration=Agence américaine chargée de l’information sur l’énergie

UNCTAD : Conférence des Nations unies sur le commerce et le développement

Fracfocus = registre créé et géré par GWPC et IOGCC pour recevoir les rapports de fracturation.

EPA: Environmental Protection Agency=Agence américaine chargée de la protection de l’environnement

(EPA, 2016) Rapport produit par EPA en 2016: ‘’Hydraulic Fracturing for Oil and Gas: Impacts from the Hydraulic Fracturing Water Cycle on Drinking Water Resources in the United States’’.

(EPA, 2015) Rapport produit par EPA en 2015: Assessment of the Potential Impacts of Hydraulic Fracturing for Oil and Gas on Drinking Water Resources.

PADEP = Pennsylvania Department of Environmental Protection

IOGCC = Interstate Oil and Gas Compact Commission

GWPC = Ground Water Protection Council

IOGCC = Interstate Oil and Gas Compact Commission

USGS United State Geological Survey (surveillance géologique et la terre aux États-Unis)