Présentation PowerPoint exemple de réalisation

Les Hydrocarbures non-conventionnels
Les « gaz de roche-mère », les « huiles de roche mère » et
les « gaz de houille »
D. Bonijoly
CSTI, Vanosc, le 26 novembre 2011
Présentation générale du BRGM
>
Établissement public de recherche et d’expertise (EPIC).
Certifié Qualité ISO 9001. Labellisé Carnot (recherche partenariale)
>
placé sous la tutelle du Ministère délégué à l'Enseignement supérieur et à la Recherche et
du Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement et Durable et de la Mer .
Deux objectifs :
•
•
>
Comprendre les phénomènes géologiques, développer des
méthodologies et des techniques nouvelles, produire et diffuser des
données pertinentes et de qualité
Mettre à disposition les outils nécessaires aux politiques publiques de
gestion durable du sol, du sous-sol et des ressources, de prévention
des risques naturels et des pollutions, d’aménagement du territoire
Quatre missions :
•
•
•
•
Recherche et développement technologique et innovation
Appui aux politiques publiques et information des citoyens
Coopération internationale et aide au développement
Prévention et surveillance des anciens sites miniers
L’énergie, quel choix pour demain
>2
Les hydrocarbures
Formation de la roche mère
Hydrocarbures
Conventionnels
Hydrocarbures Non Conventionnels (HNC),
prisonniers de la roche mère
Formation des réservoirs conventionnels
L’énergie, quel choix pour demain
http://energy.er.usgs.gov/images/geochemistry/petroleum_compounds.png
>3
Les hydrocarbures
SHALE OIL
SHALE GAS
Les hydrocarbures conventionnels résultent de la maturation de la
roche mère (en bleu), d’où migrent les hydrocarbures qui sont ensuite
piégés dans des réservoirs poreux et perméables.
Les hydrocarbures « non-conventionnels » (HNC) sont restés piégés
au niveau de la roche mère.
Si la roche mère a subit un enfouissement entre 2000 et 3000 mètres,
elle produit des hydrocarbures liquides (Shale Oil), et au-delà des
hydrocarbures gazeux (Shale Gas).
L’énergie, quel choix pour demain
Sources iconographqiues : IFPEN et Université de Laval http://www.ggl.ulaval.ca/
>4
Le charbon
> Formation du charbon :
•
•
quantités phénoménales de
débris végétaux provenant des
forêts s'accumulent dans des
zones favorables, au bord de la
mer ou d'une lagune.
plusieurs millions d'années sont
nécessaires pour que le
processus de transformation
aboutisse
L’énergie, quel choix pour demain
Sources iconographiques : wikipedia
>5
Les relations méthane - charbon
Contenu en gaz des charbons
Gardanne
Nord Pas de Calais
Lorraine
Alpes
L’énergie,
choix
Audition
HNCquel
06/03/2010
pour demain
>6
Maturation de la matière organique
Plancton (algues)
Spores
Matière ligno-cellulosique
L’énergie, quel choix pour demain
>7
Une roche hôte particulière : les roches argileuses
> Des minéraux hydrophiles aux capacités
d’adsorbtion parfois remarquables
•
phyllosilicates
L’énergie, quel choix pour demain
>8
Une roche hôte particulière : les roches argileuses
> Processus d’absorbtion et d’adsorbtion
•
Fixation et échange de cations
> Les argiles, grâce à leurs propriétés
électro-chimiques ,ont la capacité de :
•
•
•
•
former des complexes organo-minéraux,
piéger les éléments métalliques,
piéger les éléments radio-actifs,
piéger l’eau (gonflement)
Illite
L’énergie, quel choix pour demain
>9
Une roche hôte particulière : les roches argileuses
> Fixation des métaux lourds
•
•
•
dépend de la minéralogie des argiles
– Sépiolite > bentonite > palygoskite > illite > kaolinite
(pour le Zn)
de la variation du pH
– Ex. Oklo – acidification des eaux entrainent une
augmentation de la CEC des argiles - piégeage du
l’U235
dépend de la charge des argiles
> Une désorption facilitée
•
•
•
Par un changement de pH du milieu
Par un changement de concentration de l’eau de
formation
Par un changement de pression
L’énergie, quel choix pour demain
> 10
Les hydrocarbures
>
Quelques définitions :
•
•
•
•
Roche mère : accumulation de matières
minérales et de matières organiques
Maturation de la matière organique :
transformation sous l’effet de la température
de la matière organique en huile, en gaz et
en charbon
Hydrocarbures conventionnels :
hydrocarbures sous forme liquide ou
gazeux, qui afflue naturellement à la surface
lors de l’extraction (avec ou sans pompes)
sans nécessiter d’autre étape de traitement
ou de dilution
Hydrocarbures non conventionnels : bruts
extra-lourds, bitume, sables asphaltiques et
schistes bitumineux (oilfacts.ch) qui
nécessite de stimuler la roche dans laquelle
ils sont piégés dès la première phase
d'exploitation pour obtenir une production
commerciale (ifpen)
L’énergie, quel choix pour demain
> 11
Les hydrocarbures non-conventionnels
Carte des ressources mondiales en huile de roche mère
Ressources mondiales : environ 390 to 460 milliards de tonnes.
Europe : 16 milliards de tonnes
France : 920 millions de tonne, 3ième principal détenteur après l’Italie et l’Estonie
Source : An Overview of Oil Shale Resources (2010), Emily Knaus, James Killen, Khosrow Biglarbigi,and Peter Crawford in Oil Shale: A Solution to the
Liquid Fuel Dilemma; Ogunsola, O., et al.; ACS Symposium Series; American Chemical Society: Washington, DC, 2010.
> 12
Les hydrocarbures non-conventionnels
Ressources mondiales en gaz de roche mère
Distribution des ressources potentielles en « shale gas » à l’échelle
mondiale
Ressource estimée à 16 112 tcf soit 456 000 milliards de m3 (US
National Petroleum Concil)
L’énergie, quel choix pour demain
http://www.petroleum-economist.com/images/46/25529/shale1.gif
> 13
Les hydrocarbures non-conventionnels
Carte des ressources mondiales en gaz de roche mère
Ressources mondiales : environ 456 mille milliards de m3 (Tm3) dont 180
récupérables.
Europe : 6,5% soit 30 Tm3
France : 5 Tm3, 2ième principal détenteur juste après la Pologne.
Source :: U.S. Energy Information Administration based on Advanced Resources International, Inc. data
> 14
Les hydrocarbures non-conventionnels
Carte des prospects de HNC en Europe
Réunion de lancement 07/01/2010
> 15
Les hydrocarbures non-conventionnels
Carte des prospects de HNC en Europe
L’énergie, quel choix pour demain
> 16
Les hydrocarbures non-conventionnels en France
Les cibles jurassiques (Toarcien…)
Shale oil & Shale gas
Bassin de Paris
Shale oil
Jura
Shale gas
Causses
Shale oil
Bassin du SE
Shale gas
L’énergie, quel choix pour demain
www.metstor.fr
> 17
Les hydrocarbures non-conventionnels en France
Les cibles permo-carbonifères potentielles
Shale gas & Coal Bed Methane
Nord Pas de Calais
Lorraine
bassin de Paris
Sillon houiller
De Blanzy à Ronchamp
Bassin du sud du Massif central
De Brive à Alès
En jaune : gisements
permo-carbonifères
(-245 à -345 Ma)
En vert : gisement crétacé (70 à -76 Ma)
Bassin de l’Arc
(Gardanne)
L’énergie, quel choix pour demain
Yves Paquette – rapport des Houillères de Bassin du Centre et du Midi
> 18
Les HNC en France
Le Lias du bassin de Paris
Carte du toit des argiles du
Toarcien (185 Ma)
Formation géologique contenant la rochemère « Schistes cartons »
Permo Carbonifère de Lorraine
Gaz de houille
Coupe géologique simplifiée
du bassin de Paris
Position du Lias marneux et principaux
aquifères
Lias du bassin de Paris
Huile de roche mère
Position des aquifères au regard des cibles HNC
Source BRGM
> 19
Comparaison USA - France – huiles de roche-mère
Comparaison entre le potentiel Shale Oil du bassin de Paris et celui de Bakken
(USA / Canada), publié par la compagnie Toreador sur son site web
L’énergie, quel choix pour demain
Sources : www.toreador.net
> 20
Les HNC en France – Le Lias du bassin du Sud-Est
0
2000
Permis d’exploration attribués en France pour les Shale Gas :
Nant, Villeneuve de Berg et Montélimar.
Sur le permis de Montélimar, Total annonce 85 tcf de gaz en place
soit 2400 milliards de m3 (Les Echos, 28/01/2011).
A titre de comparaison, la consommation annuelle de gaz en
France est de 45 milliards de m3.
L’énergie, quel choix pour demain
Source BRGM
> 21
LES HNC EN France
Le Lias du bassin du Sud Est
Villeneuve de Berg
Valvignères
Balazuc
400 m
2650 m
TOARCIEN
Épaisseur 550m
calcaire
calcaire
alternances
argiles
marnes
L’énergie, quel choix pour demain
Source : Documents du BRGM, Géologie Profonde de la France, 1992
> 22
Comparaison USA – France – gaz de roche-mère
Gas shale
Bassin du Sud-Est *
Gas shale
Bassin de Barnett **
TOC
4 à 6%
4,5%
Tmax
500-510°C
455°C
Argiles
Argiles
Type 2 probable
Type 2
Marin profond
Syst. Progr. bas niveau
Marin restreint
200 m ?
90 m
Porosité
?
6%
Perméabilité
?
0,02 mD
Roche mère
Matière organique
Environnement de dépôt
Epaisseur nette
* Organic geochemistry and thermal history of the Mesozoic series of the Ardeche Margin, Disnar, J.R.,
(1996), Marine and Petroleum Geology
** Assessment of the Gas Potential and Yields from Shales: the Barnett Shale Model, Daniel M. Jarvie,
Ronald J. Hill, and Richard M. Pollastro. in Cardott, B.J. (ed.), Unconventional energy resources in the
southern Midcontinent, 2004 symposium: Oklahoma Geological Survey Circular 110, 2005, p. 37-50
L’énergie, quel choix pour demain
> 23
Exploiter le gaz de roche-mère par forage
> Fracturation hydraulique
•
•
pour augmenter la perméabilité
acidification, fracturation hydraulique, fracturation hydraulique
avec sable, autres produits pour faciliter la fracturation
Les fracturations sont
réalisées par injection d’un
fluide sous pression. Ce
fluide est composé d’eau
(20 000 m3 par forage, en
moyenne), d’additifs
chimiques et de particules
permettant de maintenir les
fractures ouvertes.
L’énergie, quel choix pour demain
> 24
Exploiter le gaz de roche-mère
> Les contraintes de la technique
•
•
•
•
+/- 20 000 m3 d’eau par puits
+/- 3 million m3 d’eau requis par jour aux USA four la
fracturation hydraulique
25 puits consommeraient en eau, l’équivalent de la
consommation d’une commune française de 10 000
habitants
20 à 100 % of du fluide de fracturation est récupéré
La formulation chimique varie d’un champ à un autre et d’un puis à un autre
Audition HNC 06/03/2010
> 25
Impacts et risques spécifiques de l'exploitation
Risques lié à la fracturation hydraulique :
Impact quantitatif sur la ressource en eau
•
Besoins importants en eau : entre 8000 et
16 000m3 par forage
•
Evaluer les besoins en quantité et qualité (gestion de
•
la ressource en fonction des contextes géographiques)
Risque : impact sur la ressource en eau
(diminution de niveau piézométrique, diminution de
débit de cours d'eau...)
• Une bonne connaissance des ressources en eaux de surface ou peu profondes (B2D
Ades, BDHydro, BDRHF), des modèles de gestion des ressources
• Des connaissances très fragmentaires sur les eaux profondes
L’énergie, quel choix pour demain
26
Impacts et risques spécifiques de l'exploitation
Risques lié à la fracturation hydraulique :
Utilisation de produits chimiques : 0,5% environ, pour développer l’extension des
fractures et les maintenir ouvertes
• Gestion des effluents liquides et gazeux
• Analyses des entrants/sortants
Risque :
•
•
•
Influence du fluide sur la minéralogie des roches (géochimie)
Contamination des eaux de surface et souterraines
Risques sanitaires associés aux émanations gazeuses en surface (toxicité des
additifs)
L’énergie, quel choix pour demain
Impacts et risques spécifiques de l'exploitation
Risques lié à la fracturation hydraulique :
Désorption des éléments adsorbés ou absorbés par les minéraux des roches mères
lors de la production du fluide de fracturation
Illite
Risque : désorption de complexes organo-minéraux, des éléments métalliques (Pb,
Zn, Cu, …) et/ou d’éléments radioactifs (Uranium, radium, radon)
La désorption est facilitée
•
Par un changement de pH du milieu
•
Par un changement de concentration de l’eau de formation
•
Par un changement de pression
L’énergie, quel choix pour demain
Impacts et risques spécifiques de l'exploitation
Risque liés à la fracturation hydraulique (suite):
Déformation du massif (augmentation ou retrait sous l'effet de la pression)
Risque : déformation en surface
L’énergie, quel choix pour demain
29
Impacts et risques spécifiques de l'exploitation
Risque liés à la fracturation hydraulique (suite):
Sismicité induite
• Sismicité résultant de la fracturation
hydraulique très faible (nécessite des capteurs à
haute sensibilité)
• Sismicité de magnitude 1 à 2,5 induite par
l’injection de saumure
Risque : réactivation de fractures existantes
résultant de la modification locale des
contraintes tectoniques
L’énergie, quel choix pour demain
30
Impacts et risques spécifiques de l'exploitation
Risques liés aux installations de surface :
Installations similaires à l'extraction conventionnelle (moyens de forage, collecte de
gaz, installations de stockage de gaz et de fluides...)
Installations spécifiques :
• Installations de stockage, de mélange (eau+sable+réactifs) et d'injection d'eau
sous haute pression
• Installations de récupération, de stockage et de traitement de « l'eau usée »
Nuisances
• Nuisances sonores
• Circulation d'engins
• Pollution air
• Impact paysager
• Pression foncière et prix de l’immobilier
• Limitation de l'usage des terrains de surface
L’énergie, quel choix pour demain
31
Scénario dégradé
•
•
•
•
•
Augmentation de
la pression sur
l’eau
Fuite de gaz ou
d’eau de
gisement dans
un aquifère
superficiel via les
forages
Équipent de
traitement des
eaux inadapté
Fuite de gaz ou
d’eau de
gisement par
failles
Sismicité induite
inattendue
> 32
> 32
Conclusion
> La France dispose d’un grand nombre de
formations géologiques aptes à produire
–De l’huile ou de gaz de roche mère
–Du gaz de houille
•
•
•
Le potentiel existe mais
Les ressources ne sont pas connues
– Elles ont été estimées à partir d’un très petit nombre de
données de forage
Quant au calcul des réserves, celui-ci est du domaine des
travaux d’exploration
L’énergie, quel choix pour demain
> 33
Conclusion
 Un
éventuel déploiement de la technologie de
production des Gaz et Huiles de schiste nécessite
de :
•
•
•
•
Identifier les enjeux environnementaux, en termes notamment de
disponibilité et de vulnérabilité des ressources en eau ;
Établir les scénarios-type à considérer (évolution normale / altérée)
sur des cas théoriques représentatifs de chaque bassin (en priorité
les zones où ont été déposées des demandes)
Réaliser un inventaire des mesures de maîtrise du risques
disponibles
Proposer des préconisations sur les modalités d’études des impacts
et des risques dans les documents réglementaires à fournir par les
opérateurs (phase d’exploration et d’exploitation)
L’énergie, quel choix pour demain
34
Conclusion
Bénéfices:
• Emplois directs (ex. état de New York : environ 30.000 emplois)
• Revenus fiscaux (ex. état de New York : 185 millions de US$
Coûts
• coûts environnementaux (Analyse du Cycle de Vie)
• Impacts sur les émissions de gaz à effet de serre
L’énergie, quel choix pour demain