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Compte-rendu du Bar des Sciences du mardi 30 septembre 2014
«Gaz de schiste : parlons-en ! … » !
Soirée organisée par : le « Pavillon des Sciences » et animée avec dynamisme par Pascal REMOND.
Lieu - Horaire : Bar de l’Hôtel Bristol – 2 rue Velotte – MONTBELIARD – le mardi 30 septembre 2014 –
de 20h00 à 22h00
Participation : excellente, la salle du haut était pleine à craquer avec 190 participants.
Intervenants :
Jacques PIRONON -CNRS – Géologue -Directeur du laboratoire GeoRessources -
Université de Lorraine - Nancy
Raymond MICHELS -CNRS - Géochimiste - laboratoire GeoRessources Université de
Lorraine – Nancy
Francois CORNET CNRS - Physicien du Globe - Ecole et Observatoire des sciences de la
terre - Institut de Physique du Globe de Strasbourg - Université de
Strasbourg
Le gaz de schiste est un gaz naturel le plus souvent exploité à des profondeurs comprises entre -1500 et -
3 000 mètres, dans des roches compactes et imperméables. Ces profondeurs sont relativement peu importantes
en comparaison à celles du gaz conventionnel. On estime que ses réserves pourraient fournir 120 à 150 ans de la
consommation actuelle de gaz naturel.
L’exploitation des gaz et pétrole de schiste donne lieu à de vifs débats, notamment en raison de son impact
environnemental et sanitaire. Dans certains pays, comme les Etats-Unis, sa production est développée et fait à
nouveau des USA un pats exportateur d’hydrocarbures. En France, la technique de la fracturation hydraulique
n’est pas autorisée.
Tout le monde en parle ; on est pour, on est contre, mais de quoi parle-t-on ?
Quelle est l'origine de ces hydrocarbures ? C’est quoi la roche-mère, la fracture hydraulique ? Quels sont les
risques de pollution, quels sont les risques sismiques ? Est-ce une production rentable ? Quelles ressources en
France ? Pourquoi tant de passion ? Les Gaz de schistes sont-ils la solution miracle à nos problèmes d’énergie ?
Les gaz de schiste seraient–ils une ressource si nocive qu’il faut absoluement s’en passer ?
Autant de questions auxquelles répondront les experts.
-Prochain Bar des sciences :
« Le cerveau Mélomane quand la musique fait swinguer les neurones ! »
En partenariat avec Le Conservatoire National de Musique du Pays de Montbéliard
Samedi, 11 octobre 2014 à 20h - Hall de Pays de Montbéliard Agglomération
8 avenue des Alliés- Montbéliard
Les Bars des sciences sont financés par Pays de Montbéliard Agglomération.

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Déroulement de la soirée :
Jacques PIRONON présente le gaz de schiste : le gaz est un produit de décomposition d’une matière
organique ancienne présente dans les roches. La forêt carbonifère a conduit à l’accumulation de produits
végétaux enfouis dans le sol avec des sédiments tels que le quartz et l’argile progressivement jusqu’à 5000
m de profondeur. En s’enfouissant, la température dans le sol augmente de 30°C par km. La roche se
trouve ainsi confinée et se comporte comme une cocotte-minute. La température augmente, la pression
augmente également transformant les débris de végétaux et produisant du charbon et du gaz
(essentiellement du méthane CH4).
De la surface du sol au plus profond, on trouve successivement :
1) La tourbe (qui est un dégradé de produits organiques)
2) Le lignite (qui est du charbon moyennement énergétique)
3) Le charbon bitumeux (très énergétique)
4) L’Anthracite (très énergétique).
Parallèlement, on produit des gaz.
Le schéma de décomposition est le suivant :
Chauffés
Chauffés
Débris organiques
Mg
C
N
O
H
Porphyrine
+
Alcane
Craquage secondaire :
Graphite solide
+
Méthane gazeux
Température
Gaz d’origine biogénique :
CO2, CH4, H2S
Profondeur
Pétrole
Gaz humide :
CH4, C2H6, C3H8, C4H10
Gaz sec : CH4 naturel

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Volume relatif d’hydrocarbure produit
150
100
50
Température
0
Gaz biogénique (méthane)
Pétrole
Gaz humide
Gaz sec
Gaz conventionnel
Pétrole
Gaz conventionnel
Gaz de schiste
Non conventionnel
Gaz de charbon (grisou)
Gaz conventionnel
Sol

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En Lorraine il existe des forages horizontaux pour exploiter le gaz.
Il est nécessaire d’aller chercher le gaz de schiste directement là où il est produit : dans la roche. Mais
celle-ci est très imperméable. Les roches mères sont naturellement fracturées : on trouve dans ces drains
du gaz et du pétrole. C’est ce qu’on appelle la fracturation.
François CORNET poursuit : il n’y a pas de production de pétrole sans fracturation hydraulique. Même
l’acidification est un type de fracturation hydraulique.
Activités micro-sismiques et mouvements sismiques induits par des injections de fluides
Notions de fracturation hydraulique : v = contrainte verticale ; h et H = contraintes horizontales
pw = pression hydraulique du fluide envoyé dans le puits
Influence de la contrainte principale minimum sur la géométrie des fractures :
Fracturation hydraulique = rupture de Extension spatiale des fractures
Traction pure hydrauliques en terrain homogène
+
=
3
3
3 - P
P
P
3 - P
pw
Puits de forage
h
h
v
v
H
H
Elément dilatable
Fracture hydraulique
pw
fracture
propagation
confinement
temps
P
P
P -gh
2h
P
h – h h
h + h h
P +gh
h

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Fracturation hydrauliques : La direction des fractures est très bien contrôlée par les directions de
contrainte principales que l’on peut mesurer avec beaucoup de précision. Ce qui est plus délicat à contrôler
c’est le rapport de forme qui caractérise la fracture : l’extension verticale vis-à-vis de l’extension horizontale.
Pour les réservoirs classiques d’hydrocarbures, qui se situent dans des zones naturellement poreuses,
l’extension verticale des fractures est arrêtée par les barrières d’argiles qui confinent le réservoir. Pour les
gaz de schistes, qui se situent dans des roches naturellement argileuses, l’extension verticale est plus
délicate à maitriser et nécessite un suivi géophysique, notamment par le suivi en temps réel du
développement de la microsismicité induite.
La « fracturation hydraulique » est la dislocation ciblée de formations géologiques peu perméables par le
moyen de l'injection sous très haute pression d'un fluide destiné à fissurer et micro-fissurer la roche. Cette
fracturation peut être pratiquée à proximité de la surface, ou à grande profondeur (à plus de 1 km, voire à
plus de 4 km dans le cas du gaz de schiste), et à partir de puits verticaux, inclinés ou horizontaux.
Cette technique relativement ancienne (1947), inventée pour les gisements d'hydrocarbures
conventionnels, a vu son intérêt renouvelé par son association au forage horizontal (développé, lui, à partir
de 1980). C'est la maîtrise graduelle de la rentabilité économique de cette association pour les gisements
non-conventionnels, qui a guidé le développement récent de l'exploitation de ces derniers : elle a rendu
accessibles des ressources autrefois soit inaccessibles, soit qui n'auraient été exploitables qu'à des coûts
exorbitants et avec lenteur.
Elle est effectuée en fracturant la roche par un « stress » mécanique à l'aide d'un fluide injecté sous haute
pression à partir d'un forage de surface, pour en augmenter la macro porosité et moindrement la micro-
porosité. Le fluide peut être de l'eau, une boue ou un fluide technique dont la viscosité a été ajustée.
Quand la pression du fluide, injecté à la profondeur voulue, dépasse celle créée au point d'application par le
poids des roches situées au-dessus, une ou des fractures s'initient -plus exactement quand la pression
dépasse celle de l'eau interstitielle de la roche-. Les fractures s'élargissant avec l'injection continue du
fluide, elles peuvent alors se propager, éventuellement sur plusieurs centaines de mètres tant que l'apport
de fluide est maintenu; la direction que peuvent prendre les fractures est, bien sûr, l'objet d’études
préalables, mais est loin d’être entièrement contrôlable.
Pour empêcher que le réseau de fractures ne se referme sur lui-même au moment de la chute de pression,
le fluide est enrichi (environ 10 %) en agents de soutènement : des poudres de matériaux durs,
principalement grains de sable tamisé, ou microbilles de céramique. Ceux-ci vont remplir les fractures et,
une fois en place et re-compressés par le poids des roches, constitueront un milieu suffisamment poreux
pour permettre la circulation ultérieure des produits à extraire. Le fluide injecté contient également un
mélange complexe de produits issus de l'industrie chimique (0,5 % typiquement au total), puisés dans une
liste de plus de 750 références commerciales. Il s'agit notamment d'additifs adaptés à la fracturation des
roches en place, et souvent des biocides. Ces derniers sont destinés à empêcher le développement
d'éventuelles bactéries qui compliqueraient le processus d'extraction. (Ces bactéries se nourrissent de
composés chimiques présents dans le sous-sol, hydrogène sulfuré notamment, fer dissous…)
Typiquement, une opération individuelle de fracturation est réalisée en quelques heures -
exceptionnellement plusieurs jours-, et de très nombreuses fracturations sont échelonnées le long d'un
même forage horizontal unique. Au final, pendant la phase d'extraction, ces zones de fissures artificielles
régulièrement espacées vont permettre de drainer des volumes de roches relativement éloignées de l'axe
du puits. Mais guère plus : les zones extractibles restent confinées à la proximité des fissures ainsi créés,
l'imperméabilité de la roche reprenant rapidement au-delà. De ce fait, la productivité d'un puits fracturé
chute assez rapidement avec le temps : un quart des volumes récupérés le sont la première année, la
productivité se réduisant à 10 % au bout de cinq ans.
On trouve du gaz de schiste dans des terrains sédimentaires comme le bassin de Paris où il y a aussi du
pétrole. On a mesuré les contraintes en fonction de la profondeur sur le site de l’ANDRA. Toutes les
pressions sont différentes en fonction des différents sols, suivant que l’on est en présence de calcaires ou
d’argilites, mais là où il y a du gaz de schiste, toutes les pressions sont les mêmes. La fracture hydraulique
dans les sols calcaires bute dans les argiles. Pour une fracture hydraulique, on va chercher le fluide dans
l’argile
Par un forage horizontal on peut parfois atteindre la zone productrice de gaz. Mais le travail est délicat : il
faut savoir travailler dans l’argile.
Il existe des aquifères dans le sol. Ce sont des formations géologiques ou une roche, suffisamment poreuse
et/ou fissurée (qui peut stocker de l'eau) et perméable (où l'eau circule librement). Mais cette eau est sale
et située sous la couche de pétrole car de densité plus forte. Elle a une forte salinité et est chargée de SO2
(l’eau potable ne se rencontre qu’à moins de 500m de profondeur).
Pour faire produire un forage horizontal, il ne faut pas que la fracturation s’échappe. On a donc des
camions munis de pompes. Après pompage on met du sable pour pouvoir continuer à extraire le gaz. Ce