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RÉSUMÉ
Les hydrocarbures de roche-mère font partie de la famille des hydrocarbures non conventionnels. Ce sont les hydrocarbures qui sont restés piégés dans la couche où ils se sont formés, la roche mère. La matière organique contenue dans cette roche va durant son enfouissement au cours des temps géologiques se transformer en hydrocarbures liquides (pétrole de schiste) ou gazeux (gaz de schiste). Pour produire ces hydrocarbures dans une roche peu poreuse et quasiment imperméable, il est indispensable d’utiliser massivement deux techniques déjà employées dans la production conventionnelle : le forage horizontal et la fracturation hydraulique. Malgré l’amélioration constante de ces techniques, la production d’un puits est relativement faible et décline rapidement. Le nombre d’installations de production doit être important induisant un impact environnemental et des risques industriels qu’il est possible de minimiser en utilisant les standards de la profession. Le développement très récent des gaz et pétrole de schiste aux USA, les bouleversements économiques que cette production a engendré pose la question de leur avenir dans l’approvisionnement mondial en hydrocarbures. S’il est encore trop tôt pour en évaluer les ressources à l’échelle du monde, ils pourraient cependant prolonger l’approvisionnement en hydrocarbures permettant d’assurer une transition énergétique économiquement supportable .
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Roland VIALLY : Ingénieur de recherche - IFP Énergies Nouvelles Direction Géosciences, Rueil-Malmaison
INTRODUCTION
Depuis quelques années, le développement de la production d'hydrocarbures de roche-mère (pétrole et gaz de schiste) a considérablement modifié le paysage énergétique des États-Unis.
Les hydrocarbures de roche-mère sont les hydrocarbures liquides ou gazeux qui sont restés piégés dans la couche argileuse, riche en matière organique (la roche-mère), où ils se sont formés par augmentation de pression et de température au cours de leur enfouissement durant les temps géologiques. Une partie des hydrocarbures formés dans la roche-mère est expulsée, et, si les conditions géologiques sont favorables, iront former des gisements conventionnels. La partie restante constitue les hydrocarbures de roche-mère. Ce sont donc des hydrocarbures dont le mode de formation et la composition chimique sont identiques aux hydrocarbures conventionnels mais ils sont contenus dans une roche très peu poreuse et quasiment imperméable rendant impossible leur production par des méthodes classiques. Ils sont donc classés parmi la grande famille des hydrocarbures non conventionnels au même titre que les sables bitumineux du Canada et les huiles lourdes et extra-lourde du Venezuela.
La production de ces hydrocarbures fait massivement appel à deux techniques déjà couramment employées dans le monde pétrolier : le forage horizontal et la fracturation hydraulique. Le forage horizontal permet de traverser sur de grandes distances (1 à 2 km) la couche contenant les hydrocarbures de roche-mère et la fracturation hydraulique a pour but de créer une fracturation artificielle qui va permettre aux hydrocarbures présents d'être drainés en direction du puits. Du fait du caractère particulier de ces argiles, le rayon de drainage et la productivité des puits sont relativement faibles nécessitant la multiplication des installations. C'est ce nombre important de puits de production qui explique une empreinte environnementale plus forte que dans le cas d'un gisement conventionnel. Cette empreinte se marque dans l'occupation des sols, la gestion de la ressource en eau et les risques de pollutions des aquifères et de l'air. Tous les développements en cours visent à réduire cette empreinte sur l'environnement et bien évaluer les risques.
Le développement rapide et dans de grandes proportions de ces hydrocarbures de roche-mère, sous forme liquide (pétrole de schiste) ou gazeuse (gaz de schiste), a montré qu'il était possible de les produire à des coûts compétitifs. Aux États-Unis, la production massive de gaz de schiste a permis une très sensible baisse du coût du méthane, et la production de pétrole de schiste a permis de retrouver leur maximum de production atteinte au début des années 1970. Toutes les roches-mères suffisamment enfouies pour avoir généré des hydrocarbures liquides ou gazeux sont donc des objectifs potentiels pour cette production. Les ressources dans le sous-sol sont donc considérables mais il faut largement pondérer ces chiffres par un taux de récupération faible et un nombre important de sites de production. S'il est encore trop tôt pour définir l'importance des hydrocarbures de roche-mère dans le futur mix énergétique, il est cependant raisonnable de penser que dans de nombreux bassins sédimentaires, une production notable pourra être réalisée permettant d'assurer une transition énergétique économiquement supportable.
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MOTS-CLÉS
Hydrocarbures non conventionnels Pétrole et gaz de schiste Exploitation d'hydrocarbures Production d'hydrocarbures Forages horizontaux Fracturation hydraulique Evaluation des ressources
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6. Développement aux États-Unis
6.1 Boom des gaz de schiste
La première exploitation de gaz naturel aux États-Unis en 1821 – 38 ans avant le fameux puits du « colonel » Drake en Pennsylvanie – a été une exploitation de gaz de schiste. D'une profondeur de 9 m dans ce qui allait devenir les Marcellus Shale sur la commune de Fredonia dans l'état de New York, il fut creusé à la pelle et alimentait en gaz d'éclairage deux magasins, deux entrepôts et un moulin à farine.
Mais le véritable essor de la production de gaz de schiste ne date que du milieu des années 2000 avec l'utilisation systématique de la fracturation hydraulique (figure 29) . Les gaz de schiste représentent maintenant 35 % de la production de gaz naturel des États-Unis, premier producteur mondial devant la Russie et l'Iran.
À partir de 2009, la production de gaz de schiste se développe et se généralise dans plusieurs bassins sédimentaires. Le volume produit est tel que le prix du gaz en Amérique du nord qui était jusqu'alors comparable au prix du gaz en Europe ou en Asie, « décroche ».
Alors que les prix européen et asiatique atteignent ou dépasse les 10 $/MBtu, ce prix reste aux alentours de 4 $/MBtu avec de brèves périodes à moins de 3 $/MBtu (figure 30).
La Btu (British Thermal Unit ) correspond à l'énergie nécessaire pour augmenter la température d'une livre d'eau (0,454 kg) de 1ofahrenheit (0,56 oC). Le MBtu correspond approximativement à 27,9 m3 de méthane.
6.2 Essor des pétroles de schiste
Le développement des pétroles de schiste est encore plus récent (figure 31) ...
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Développement aux États-Unis
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - World energy outlook. - International Energy Agency (2010).
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(2) - World energy outlook. - International Energy Agency (2012).
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(3) - * - BP Statistical Review of World Energy, juin 2013 http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/statistical-review/statistical_review_of_world_energy_2013.pdf
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(4) - HUBBERT (M.K.) - Nuclear energy and the fossil fuels. - Drilling and Production Pratice, American Petroleum Institute (1956).
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(5) - HUREAU (G.), VIALLY (R.) - Le renouvellement Gua (des réserves de pétrole et de gaz. - Fiche Panorama (2013) http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/publications/notes-de-synthese-panorama/panorama-2014
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(6) - VIALLY (R.) - Les hydrocarbures non conventionnels : évolution ou révolution ? - Fiche Panorama (2012) http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/publications/notes-de-synthese-panorama/panorama-2014
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ANNEXES
Réglementation européenne Reach (Registration, évaluation, authorization and restriction of chemicals ) http://www.developpement-durable.gouv.fr/REACH,30375.html
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
West Virginia Surface Owner's Right Organization (WVSORO) http://www.wvsoro.org
Well Fargo Bank http://www.wellsfargo.com
Statoil http://www.statoil.com
Range Resources http://www.rangeresources.com
Haliburton http://www.halliburton.com
Gasfrac http://www.gasfrac.com/
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