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Rapport « Programme de recherche sur l’exploitation des hydrocarbures de roches mères »

Le rapport complet est disponible, cliquez ici pour le télécharger

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François Kalaydjian, animateur du groupe programmatique «  énergies fossiles et géothermiques » de l’ANCRE (francois.kalaydjian@ifpen.fr)

En réponse à la demande des Ministères tutelles de l'ANCRE (MESR et MEDDTL) lors du débat parlementaire de 2011 sur la loi relative au gaz de schiste, l'alliance ANCRE a sollicité le 7 juillet 2011 les experts de son groupe programmatique « Énergies Fossiles et Géothermique, Métaux Critiques » afin de conduire une instruction sur le volet « recherche » de la question de l’exploitation des huiles et gaz de roches mères.

Le présent rapport apporte un éclairage sur les dimensions techniques et technologiques associées, sur les verrous scientifiques et les propositions de programmes scientifiques à mettre en place pour éventuellement les lever.
Le choix a été fait d'articuler lespropositions de programmes de recherche avec la mise en œuvre d'un ou plusieurs sites expérimentaux où est envisagée l’existence d'huiles ou de gaz de roches mères, à finalité scientifique exclusivement, tel que le prévoit la loi du 13 juillet 2011 et de travailler en synergie avec la Commission nationale d'orientation, de suivi et d'évaluation des techniques d'exploration et d'exploitation des hydrocarbures liquides et gazeux créée par cette même loi.

Ce programme de recherche n'a pas vocation à établir une référence réglementaire, ni naturellement à trancher le débat. Il est conçu pour (a) questionner les données acquises au cours des tests effectués sur le site, (b) vérifier que l'exploitation ne connait pas d'irrégularités et (c) proposer de nouvelles technologies à mettre en application, de nouvelles méthodes de suivi et de simulation afin d'accroître la fiabilité et les performances des techniques d'exploitation.

L'exigence de contrôle d’innocuité environnementale et de suivi pour un tel site expérimental doit être maximale. Pour cela les méthodologies préconisées devront être particulièrement élaborées et précises, sans pour autant prétendre à ce qu'elles constituent le standard qui puisse être exigé pour une exploitation industrielle.
Après un premier chapitre d'introduction, le rapport est organisé en cinq chapitres conduisant aux recommandations suivantes :

Après un premier chapitre d'introduction, le rapport est organisé en cinq chapitres conduisant aux recommandations suivantes :

L'étude des propriétés des roches mères: y sont traitées les questions de variations spatiales des propriétés minéralogiques et du contenu en matière organique des roches mères et leur aptitude à pouvoir être l'objet d'une fracturation naturelle.

  • Les recommandations de recherche portent sur l'amélioration de la modélisation des mécanismes de rétention et d'expulsion des hydrocarbures de roches mères et l'adaptation de la simulation de bassin pour disposer d'une prévision de la quantité et de la qualité des hydrocarbures restant piégés dans une roche mère. Pour affiner la modélisation des roches mères et fournir des simulations réalistes, il est nécessaire de pouvoir disposer de données variées (sismique, diagraphies, échantillonnages de roche et de fluides, analyses minéralogiques et géochimiques). La réalisation d'un site instrumenté est ici primordiale.


L'exploitation par fracturation hydraulique: après avoir rappelé les principes de la fracturation hydraulique, ses spécificités quand elle est appliquée à des roches mères sont discutées.

  • Les pistes de recherche proposées visent à réduire l'impact environnemental de la fracturation hydraulique par (1) l'amélioration de 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, (2) l'optimisation des agents de fracturation par la recherche de produits alternatifs compatibles avec les normes environnementales les plus exigeantes et de matériaux « intelligents ». Là encore, on souligne la nécessité de recourir à des expérimentations depuis l'échelle d'un échantillon jusqu'à celle d'un site afin de pouvoir disposer d'une modélisation validée en vraie grandeur.


Le suivi et contrôle de l'impact de la fracturation hydraulique: les différentes techniques de surveillance sont présentées et des pistes de maîtrise des risques et de leur remédiation sont discutées.

  • Les voies de recherche proposées portent notamment sur l'amélioration de la technique d'écoute micro-sismique pour améliorer sa résolution en termes de suivi de la fracturation; la mise en place d'une procédure adaptée de suivi géochimique des aquifères tant profonds que superficiels par l'analyse des éléments clés (organiques, minéraux, éléments traces, isotopes) dont l'évolution devrait permettre de fournir des diagnostics d'impact plus fiables et plus rapides; l'acquisition de données tant en conditions de fond qu'en surface doit être améliorée par la mise en œuvre de nouvelles méthodes de prélèvement et de techniques permettant une surveillance de la qualité de l'air; la mise en place de barrières de prévention et de protection touchant notamment à l'architecture d'exploitation et à l'optimisation de la conception des forages.


Les alternatives à la fracturation hydraulique: de façon plus prospective, y est abordée la possibilité de mise en place de technologies permettant l'amélioration la productivité des roches mères par la création de fracturations sans apport d'eau et par la transformation des hydrocarbures piégés en coupes plus légères.

  • Les voies de recherche proposées visent notamment à investiguer le potentiel d'injection de propane ou de CO2 en lieu et place de l'eau ou par le développement de nouveaux procédés d'exploitation des roches mères qu'ils soient thermiques ou électriques. Dans ces deux derniers cas, il faut souligner le caractère en rupture, risqué et long terme de ces recherches.


Les impacts sanitaires et environnementaux: y sont abordés la question du lessivage éventuel de constituants et la modélisation de leur propagation dans le sous-sol, l'étude de leur impact sur les aquifères et pour finir les impacts d'ordre sanitaire.

  • Les voies de recherche proposées visent à améliorer la modélisation des transports réactifs en milieu poreux pour rendre compte de façon plus précise des processus de dissolution-précipitation et de transport d'espèces chimiques indésirables, d'optimiser les fluides de fracturation pour en limiter l'impact environnemental et sanitaire, de définir les meilleures pratiques de gestion des effluents de production en surface, d'améliorer la connaissance des ressources en eau disponibles en profondeur et d'investiguer les possibilités de recourir à des ressources alternatives telles que les eaux salines profondes, les effluents de production tout en optimisant le traitement pour en permettre une utilisation propre.
  • Un système d’observation de l’ensemble du processus d’exploitation des hydrocarbures de roche mère depuis l’état des lieux initial jusqu’à la fermeture des sites après exploitation et durant toutes les phases intermédiaires de l’exploration, des tests et de l’exploitation demande à être mis en place. Cet observatoire en permettant d’identifier et qualifier les meilleures pratiques et en mettant à disposition du public, des élus et des acteurs publics et industriels des données qualifiées sera à même de garantir la transparence indispensable et de lever ainsi toutes les incompréhensions et ambiguïtés liées à cette exploitation.


Le chapitre 7 présente la construction budgétaire nécessaire à la réalisation un tel programme. Compte tenu de la diversité des questions à aborder et des compétences requises (géosciences, matériaux, chimie, ...), ce budget est estimé de l'ordre de 25M€ sur 5 ans. Un tel programme de recherche doit par ailleurs s'adosser à la réalisation d'un ou de plusieurs sites expérimentaux afin de pouvoir tester des configurations différentes quant à la nature des roches mères, les contraintes structurales existantes, les hétérogénéités rencontrées. Chacun de ces sites nécessite un budget de l'ordre de 60M€.
On trouvera enfin dans le chapitre 8 un tableau résumant les moyens recensés dans les différentes infrastructures de recherche françaises.