ReFINE Briefing Note
Fracturation hydraulique et aquifères: jusqu’où peut aller une fracture ? Ce dossier est basé sur l’article : « Fractures hydrauliques : jusqu’où peuvent-elles aller ? » de Richard J. Davies, Simon Mathias, Jennifer Moss, Steinar Hustoft et Leo Newport, publié dans Marine and Petroleum Geology, 2012, et disponible pour téléchargement gratuit sur : www.refine.org.uk
La fracturation hydraulique est un processus où la roche est fracturée de façon délibéré par l’injection de fluide à très haute pression. Ce processus pour l’extraction de gaz de schiste a récemment généré beaucoup de controverse et est devenu associé à de nombreuses inquiétudes environnementales. Sans doute la plus grandes de ces inquiétudes est que les fractures hydrauliques pourraient créer une voie de pollution liant la zone de production d’hydrocarbures avec une source d’eau potable. Il est donc vital de comprendre jusqu’à quelle distance les fractures hydrauliques peuvent se propager. Les recherches menées par Durham Energy Institute montrent qu’il y a moins d’un pourcent de chance qu’une fracture hydraulique stimulée puissent se propager à plus de 350 m, et que la distance maximale enregistrée d’une telle fracture est de moins de 600 m.
Figure 1 : Fractures hydrauliques naturelles dans un schiste d’Azerbaïdjan (image de Davies et al., 2012)
Qu’est-ce que la fracturation hydraulique ? Lorsque des fluides forcent leur chemin à haute pression à travers des roches enfouies, des failles sont créées et appelées fractures hydrauliques (Fig. 1). Elles grandissent ou se propagent jusqu’à ce que l’accumulation de la pression ait été libérée. Les fractures hydrauliques naturelles sont créées par des processus tels qu’une activité volcanique ou bien l’échappement d’eau de roches enfouies en profondeur.
Les fractures hydrauliques stimulées ou artificiels sont celles créées par l’activité humaine telle que lors de l’injection d’eau dans des forages géothermiques, lors d’une éruption incontrôlée d’hydrocarbures sous haute pression depuis un puits de forage, ou bien lors de fracturation hydrauliques de gaz de schiste. Relativement peu a été publié sur la distance maximal qu’une fracture hydraulique peut se propager vers le haut, particulièrement dans les gaz de schiste et systèmes d’hydrocarbures.
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Qu’est-ce que la fracturation hydraulique de gaz de schiste ? Un schiste est une roche formée par la compression de boues dont les grains sont très fins, et qui souvent contient du pétrole ou du gaz piégé dans les pores entre les particules de boues. Etant donné que ces pores ne sont pas connectés, les schistes ont une perméabilité faible. La fracturation hydraulique permet de libérer le gaz ou le pétrole piégé. A cette fin, un forage dirigé est creusé verticalement en profondeur puis horizontalement dans le schiste pétrolifère lorsque celui-ci est atteint. Une fois que le tubage en acier a été installé dans le puits, de l’eau, du sable et des produits chimiques y sont injectés à haute pression. Ces fluides sous pression jaillissent à travers des trous dans le tubage en profondeur, provoquant l’ouverture de fissures de l’ordre de quelques millimètres. Les grains de sables dans le fluide peuvent par la suite maintenir les fissures ouvertes. Cela permet au gaz ou au pétrole de couler dans le puits et de remonter jusqu’à la surface afin d’y être recueilli. Les fractures hydrauliques : jusqu’où peuvent-elles aller ? Un certain nombre de propos ont récemment suggéré que la fracturation hydraulique de gaz de schiste peut conduire à la contamination d’aquifères d’eau potable. Particulièrement préoccupant est la possibilité que du méthane puissent s’infiltrer dans l’eau du robinet. Les schistes pétrolifères se trouvent typiquement à des profondeurs beaucoup plus considérables que les aquifères. Afin d’évaluer ceci, il est essentiel de savoir jusqu’où peuvent s’étendre ces fractures hydrauliques stimulées vers le haut. Notre étude a examiné des milliers de fractures hydrauliques naturelles et stimulées. Pour les fractures naturelles, l’analyse de 1170 exemples pris au large de la Norvège, en Afrique de l’Ouest et en Namibie indiquent une taille maximal de 1106 m (Fig. 2). Pour des milliers de fractures hydrauliques stimulées dans des gisements de gaz de schiste, la taille maximal indiquée est de 588 m (Fig. 2). L’analyse mathématique de l’ensemble de ces données montre que la probabilité qu’une fracture hydraulique naturelle s’étende verticallement de plus de 350 mètres est d’environ 33 pourcent. Pour une fracture hydraulique stimulée dans un schiste, la probabilité qu’elle s’étende de plus de 350 mètres est à moins d’un pourcent. School of Civil Engineering and Geosciences Drummond Building Newcastle University NE1 7RU Tel: +44 (0)191 208 6611
Figure 2 : Comparaison de l’étendue verticale de fractures hydrauliques naturelles en rouge et stimulées en bleu, basé sur les données de Davies et al. (2012). Les gaz de schiste se situent typiquement à des profondeurs de 2-3 km, et les aquifères d’eau potable à 200-300 m. La Tour Eiffel mesure 300 m.
Que peut-on en conclure ? Basé sur les données analysées, les fractures naturelles ont le potentiel de s’étendre vers le haut beaucoup plus que les fractures artificielles. Ceci est probablement parce que les fractures naturelles se développent sur des échelles de temps beaucoup plus longues et sous la pression de volume bien plus grand. Les données indiquent que très peu de fractures hydrauliques se propagent à plus de 350 mètres. Etant donné que les aquifères d’eau potable sont typiquement à 300 m de profondeur et que la plupart de la fracturation hydraulique a lieu à des profondeurs de 2 à 3 km, il est très peu probable qu’une fracture hydraulique stimulée puisse relier les deux zones. Notre recherche souligne cependant le besoin de prudence lors de l’exploitation de réserve de gaz de schiste et l’importance d’une bonne compréhension de la géologie présente. Basé sur la taille de la plus grande fracture hydraulique stimulée, les régulateurs devraient envisager de mettre une distance limite d’au moins 600 mètres entre les aquifères et les gaz de schistes ciblés, particulièrement dans les régions où les données sur les fractures sont incomplètes ou absentes.
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