1. Approche compare de fracturation hydrauliquepour lexploitation des hydrocarbures de roche-mreet la stimulation de rservoirs gothermiques. Grard Lemoine,Kartuzy (POLOGNE), le 25 janvier 2013.Comparative approach of fracking applied to native rocks for oil or gas exploitationand hydraulic stimulation of geothermal reservoirs.Abstractfrom Geert Decock, Policy Officer - Food & Water EuropeThe general term hydraulic fracturing or fracking has been used to cover two very different technologies, both for thefracturing of gas rocks (shale gas fracking: fracking SGF) and for the stimulation of geothermal reservoirs (Hydraulicstimulation for Enhanced Geothermal System: hydraulic stimulation EGS). The briefing explains that the term fracking(or hydraulic fracturing) should only be used in the context of technologies to extract oil and gas from shale rocks or othersimilarly impermeable rock formations. Hydraulic stimulation is the technology used to develop geothermal energy. Howexactly are these two methods similar and how are they different from one another?Both fracking SGF and hydraulic stimulation EGS seek to change a targeted rock formation in order to facilitate theflow of fluids through rocks by using hydraulic pressure, which will release energy. In the case of fracking SGF, the waterwill transport the gas to the surface. In the case of stimulation EGS, the water will transport heat. Fracking SGF and hydraulic stimulation EGS are very different in terms of their effect on the source rock. FrackingSGF seeks to create new fractures by applying levels of hydraulic pressure that exceed the strength of the rock. FrackingSGF typically applies pressures of around 500-800 bar. On the other hand, hydraulic stimulation EGS aims to improve thepermeability of the rock by reactivating old fractures. Because hydraulic stimulation EGS does not create new fractures,much lower pressures are needed, around 50-200 bar, with pressures rarely exceeding 200 bar in geothermal activities. Another difference between fracking SGF and hydraulic stimulation EGS is the amount of drilling that is required foraccess to resource . Extracting shale gas requires a high density of wells (about 25 per 100 square km) across very largesurfaces (100 to 100.000 square km). Geothermal reservoir stimulation only requires about 3 wells to access to a fraction ofthe surface (about 10 to 25 square km). This is possible, because geothermal drilling targets a specific geological reservoir,which allows a convective flow 1 to take place, rather than expansive rock formations. The much higher number of wellsrequired for fracking SGF and the larger number of abandoned wells greatly augment the risks of improper cementingand sealing of wells.A last major difference is the different use of chemicals in fracking and stimulation. Fracking SGF requires the use of awide range of chemicals, some of which are toxic. In addition, fracking SGF also generates a lot of flowback water, whichis challenge to be treated on the surface. In addition, major uncertainties continue to exist about the fate of the frackingfluids that stays underground, as these fluids may have strong chemical interactions with the bedrock. The altered bedrock post-fracking could be considered as mining waste. In contrast, geothermal stimulation only uses fresh water, whichis injected underground. This fresh water mixes with existing underground brines. The challenge of treating waste waterin geothermal energy does not exist, as geothermal stimulation functions in a closed loop.As explained in greater detail in this briefing, fracking SGF and hydraulic stimulation EGS are very differenttechniques. The environmental risks and impacts of large-scale use of fracking SGF go far beyond the limited risks andimpacts of geothermal stimulation. Key words : shale gas, fracking, Enhanced Geothermal System,1: Convection is the movement caused within a fluid by the tendency of hotter and therefore less dense material to rise, and colder, densermaterial to sink under the influence of gravity, which consequently results in transfer of heat.

2. Approche compare de fracturation hydraulique pour lexploitation deshydrocarbures de roche-mre et la stimulation de rservoirs gothermiques.Grard Lemoine, Kartuzy (POLOGNE), le 25 janvier 2013.Avant propos Dans le dbat dide autour de lextraction controverse du gaz de schiste, un amalgame est souvent ralisentre deux applications des techniques utilises pour la fracturation de roches: le dveloppement derservoirs dhydrocarbures de roche-mre dune part, le dveloppement de rservoirs gothermiques dautrepart. Indpendamment de la ressource dsigne, le concept de fracturation hydraulique, dhydrofracturationou de stimulation hydraulique, voire dhydro-cisaillement en tant que technique de dveloppement derservoir, est en effet couramment manipul par des spcialistes de la recherche et de lindustrie. Or, cetteterminologie dusage ne permet pas de discerner les risques industriels spcifiques aux applications de cesdeux procds dexploitations minires fondamentalement diffrentes tant par leurs objets que leursmthodes. Lobjectif de cette approche conceptuelle est de montrer que deux appellations distinctes seront ncessairesdans lavenir, relatives aux objectifs viss dans la fracturation des roches, si lon veut pour prvenir desblocages socitaux gnants pour deux branches bien distinctes de lindustrie minire qui ne peuvent tre encomptition sur les mmes territoires. Pour une meilleure lisibilit, mais seulement pour les besoins de cette analyse, lexpression fracturationhydraulique SGF se rapportera dans le texte qui suit aux techniques de fracturation pour lexploitation desgaz de roche-mre conformment lappellation Shale Gas couramment utilise dans de la littratureanglosaxone. Lexpression stimulation hydraulique EGS faisant rfrence la technologie communmentdsigne par lappellation Enhanced Geothermal System sera en retour rserve la stimulation de systmesgothermiques. Aprs (1) quelques brefs rappels historiques permettant de resituer les deux branches industrielles dont ilest ici question par rapport aux procds conventionnels dextraction mis en oeuvre lorigine, (2) quelquessimilitudes entre les mthodes non conventionnelles relatives ces deux branches seront dabord passes enrevue. Nous verrons ensuite successivement quentre ces deux mthodes de grandes diffrences existent auniveau (3) des roches-cibles, (4) des mthodes de fracturation (5), de laccessibilit de la ressource (6), de lagestion de leau (7) et des risques industriels associs (8).Brefs rappels historiquesJusquau dbut du XIXme sicle, lexploitation des hydrocarbures tait surtout destine la production degraisses de rouages ou de calfatage et reposait sur lexploitation de sables bitumineux dans des mines desprofondeurs gnralement infrieures 100m. Dans les premiers temps, les sables bitumineux taientextraits par des galeries et traits leau chaude en surface pour en extraire le bitume. Cette techniquedexploitation trs rudimentaire fut progressivement remplace par lextraction du bitume dans les galeries laide de puisards. De la recherche archivale ralise par Forbin (1937)1, il ressort que le premier forageptrolier ntait pas un forage de production mais seulement un forage de reconnaissance. Ce forage futralis en 1813 sur le champ ptrolier de Pechelbronn en Alsace (Haut Rhin) loccasion dun sondage latarire de 42 m de profondeur. Destin initialement localiser des lits de sables bitumineux avant lecreusement de galeries dexploitation, ce sondage provoqua accidentellement le jaillissement du ptrole laffleurement aprs percement du toit dun rservoir. Le premier puits de production de ptrole qui avait20m de profondeur fut for en 1859 Titusville en Pennsylvanie. Son inventeur tait lAmricain Edwin L.Drake, conducteur de train de mtier. Celui-ci nayant pu faire breveter son invention, cest la Seneca Oilqui la mme anne commena lexploitation ptrolire une chelle industrielle sur le continent nord-1 Forbin V., 1937. Pchelbronn ; Son gisement, sa raffinerie. La Nature N2999 - 15 Avril 1937 3. amricain, marquant le dbut de lhistoire de lexploitation des hydrocarbures de gisements conventionnels.La photographie prsente en fig.1 donne un aperu quant aux techniques dexploitation dhydrocarburesutilises en amrique du Nord lpoque de la rue vers lor noir, au tout dbut de la guerre de scession(1861-1865). Depuis cette poque, les techniques dexploration et dexploitation ptrolire ou gazire nont cessdvoluer, permettant de cibler des gisements de plus en plus profonds, limage des campagnesdexplorations actuellement ralises par loprateur ptrolier Tullow Oil2 en Guyanne Maritime. Sur lacarte de ce permis dexploration ptrolire (fig. 2), on remarque notamment que la profondeur de la zoneexplore qui est gnralement de lordre de 200 m peut aussi dpasser 2000 m jusqu atteindre 3000 m dansla partie septentrionale de la concession. Sur lensemble de la zone explore, une srie de profils sismiques3D couvrant 2500 kilomtres carrs avait dj t ralise en fin 2009 et dbut 2010, notamment en vue delocaliser un premier forage dexploration. Celui-ci baptis puits de Zaedyus fut ralis un an plus tarddans dans la partie septentrionale de la concession. Le forage correspondant a travers 2000 m de colonnedeau puis plus de 3700 m de roche pour atteindre une profondeur de 5711 m sous le niveau de la mer.Fig. 1 : Dbuts de lexploitation industrielle du ptroleFig. 2 : Lexploration du ptrole conventionnel telleconventionnel Titusville en Pennsylvannie, puits Phillipsquelle se prsente de nos jours. Carte rduite du permiswell et le Woodford well, vers 1862. A noter la trs courtede recherche de Guyane Maritime en juin 2012. Sur cedistance entre les deux puits, sur site o le ptrole tait trs permis la ressource est estime 700 millions de XXXproche de la surface (source : Pennsylvania Historical & (Source : http://www.developpement-Museum Commission).durable.gouv.fr/Guyane-Maritime.html) Cinquante ans aprs les dbuts de la rue vers lor noir, la gothermie conventionnelle faisait pour lapremire fois dans le monde son apparition en Europe la fin de la belle poque sur le continent europendans la Valle del Diavolo (La Valle du Diable) Larderello en Toscane (Italie). Cette valle qui fait partiedun territoire volcanique 200 km2 entre les vais Cecina et Cornia tait connue ds lpoque romaine pourses sources bouillonnantes. Grce des circulations hydrothermales entretenues par des granites chaudsprofonds cette vaste zone produisait dj naturellement et abondamment de la vapeur sche dont latemprature varie de 200 260 C. Avec le dveloppement de lindustrie, elle devint au cours des ges unsite de rfrence mondial pour la gothermie conventionnelle de haute temprature. Lhistorique dress parLund en 2004 loccasion du centenaire de la gothermie3 rappelle que la production dnergie lectriquegothermale ntait pas lorigine lactivit industrielle principale du site, mais sest implanteaccessoirement autour dune unit de production dacide borique 4 . La premire machine gothermique2Le permis de Guyanne Maritime stire sur une large bande formant un grand L lenvers denviron 500 km le long et 50 km de large.Localise 150 kilomtres au large des ctes de la Guyanne Franaise cette zone couvre une superficie de 32.000 kilomtres carrs.3John W. Lund, 2004. 100 YEARS OF GEOTHERMAL POWER PRODUCTION ,GHC BULLETIN, Renewable Energy World, Vol. 7, No. 44 La production dacide borique tait obtenue partir de boues volcaniques riches en substances boriques, le procd dextraction par chauffage,entre autre par des sources chaudes, ayant t mis au point par lindustriel franais Franois de Larderel dont la ville porte aujourdhui le nom enhommage son action. 4. produisait du courant lectrique avait une puissance de 25 kWh (fig. 3). Elle fut mise au point etexprimente par le Prince Piero Ginori Conti sur ce site de Larderello-mme en 1904. Cette gnratice5 lorigine alumait trs symboliquement 5 lampes incandescence mais prfigurait la premire centralegothermique du monde qui entra en service 9 aprs en 2013, avec pour quipement de productionlectrique industrielle une turbine dune puissance de 250 kWe. Dtruite pendant la seconde guerre mondialeet maintes fois rnove, la centrale gothermique de Larderello reprsente aujourdhui 10% environ de laproduction mondiale dlectricit gothermique, soit 4800 GWh/an soit la consommation en lectricit dunmillion de foyers italiens environ. Quatre tours de refroidissement prsentes en fig. 4, donne un aperu dela puissance dveloppe par cette centrale rattache au groupe Enel Grenn Power.Fig. 3 : Premire gnratrice gothermique exprimentale miseau point Larderello (It) en 1904.Fig.4 : Larderello de nos jours: vue de 4 tours deAlimente par de la vapeur produite dans un changeur cette la refroidissement de la centrale gothermique dEnelmachine vapeur gothermique mise au point par le PrinceGrenn Power en Valle de Secolo. Larderello quiPiero Ginori Conti actionnait une dynamo de 10 kW et reprsente 10% de la production mondiale dnergiefournissait le courant ncessaire pour 5 lampes dclairage. gothermique, soit 4800 GWh/an, fournit en lectricit(Source : geothermalnews.blogspot.com) environ 1 million de foyers italiens.En ce qui concerne les origines de la fracturation hydraulique industrielle, il convient de discerner desprocds visant seulement extraire du gaz naturel de la roche de procds mettant en oeuvre la forcehydraulique proprement dite pour fracturer la roche. Lextraction du mthane qui avait pour pour objectifinitial de scuriser lexploitation des mines de charbon (prvention des tristement clbres coups de grisou)se faisait par vacuation de lair vici des galeries. Ce type dextraction intgr au systme de ventilation futremplac partir des annes 70 du sicle dernier par le captage du mthane en vue de la valorisation de cegaz, ce captage tant alors ralis partir de drains horizontaux. Quant la fracturation hydrauliqueproprement dite, elle tait dj utilise ds le nolithique pour la taille des mgalithes 6 . Les premiresapplications industrielles de cette mthode remontent 1903 et ont t dcrites par Watson (19107) quimentionne pour la premire fois lutilisation de la force hydraulique par des carriers de la rgion du MontAiry en Caroline du Nord pour une fissuration contrle du granite. Un demi sicle aprs, des tests defracturation hydraulique souterraine seront raliss pour les besoins de compagnie ptrolires. A cettepoque, lobjectif vis par ces industriels tait seulement doptimiser lexploitation commerciale degisements conventionnels. Pour une application grande chelle de ce procd en vue dune valorisation deshydrocarbures de roche-mre, un demi sicle sera encore ncessaire. Dans cette optique, la systmatisationdu forage horizontal au dbut du XXIme sicle aux USA pour lexploitation du gaz de schiste constitua unetape dcisive. Lutilisation exprimentale de lhydrofracturation en gothermie profonde EGS dmarra aumilieu des annes 80 en Europe dans le cadre du projet franco-allemand HotDry Rock.En dfinitive, la fracturation hydraulique SGF et lhydrofracturation EGS se sont retrouves la croise dechemins la fin du sicle dernier. Dans le premiers cas la proccupation des industriels tait daccder des5Il sagissait dune machine vapeur alimente par un flux de vapeur secondaire, dont le piston actionnait une dynamo. La vapeursche gothermale tant capte par un puits de production puis achemine par un circuit primaire jusqu un changeur.6Abondamnent dcrite dans les prsentations de sites prhistorique, la taille des mgalithes tait initie par des encoches danslesquelles des coins de bois tait martels, la fracturation hydraulique tait alors ralise par imbibition du coins des coins bois leau, de gonflement du bois provoquant alors lclatement de la roche.7 Watson, T.L., 1910. Granites of the southeastern Atlantic states, U.S. Geological Survey Bulletin 426, 1910. 5. ressources ultimes, ce qui eut trs certainement un poids dterminant dans le dveloppement de la technique.Dans le second cas, cest surtout lengagement de chercheurs dexplorer une nouvelle voie en faveur dudveloppement des nergies renouvelables qui a motiv la mise en place dun projet de recherche trsaudacieux, mais ouvrait en retour un plus vaste horizon la recherche applique.Similitudes entre les deux mthodesQuelles que soient les mthodes prcises mise en uvre, la fracturation hydraulique SGF et la stimulationhydraulique EGS ont pour premier point commun de modifier la roche cible en vue daccder laressource. Dans le premier cas, la migration du gaz ou de lhuile en direction de la surface, phnomne sedroulant lchelle du temps gologique sur des millions dannes, est stimule par une augmentationartificielle de la permabilit dune roche-cible initialement impermable. Dans le second cas,lhydrothermalisme qui existe naturellement dans certaines conditions notamment dans les sites volcaniquesest recr artificiellement en profondeur pour prlever de leau en contact de roches chaudes. Ainsi, les deuxmthodes ont donc pour chacune delles un quivalent conventionnel. Cet quivalent dj dcrit dans lerappel historique plus haut nest conomiquement viable que dans des contextes gologiques favorables8 ole forage des puits et leur compltion permettent daccder alors la ressource. Par rapport ces mthodesconventionelles, les deux mthodes non conventionnelles dont il est ici question permettent de valoriserdautres formations gologiques. Elles ouvrent donc de nouveaux horizons lindustrie minire.Parmi les autres points communs entre les deux mthodes, le processus de fracturation est gnralementinvoqu, consistant dans les deux cas ouvrir une roche par la force hydraulique pour laisser passer unfluide vhiculant lnergie recherche. Dans le cas de la fracturation hydraulique SGF, ce fluide estessentiellement de leau dans la laquelle ont t initialement dilus les additifs chimiques permettantdoptimiser la fracturation ainsi que divers composs chimiques librs par des changes avec la roche-cible.Lnergie tranporte par ce fluide est donc du gaz, principalement du mthane dans une proportion de 75 99 %, mais aussi de lthane, du propane, du dioxyde de carbone et des gaz rares. Dans le cas dunestimulation hydraulique EGS, le fluide vhiculant lnergie est essentiellement une eau dont la salinit estgnralement bien suprieure celle de leau de mer9 , ce fluide rsultant, lchelle des temps gologiques,dune circulation deau mtorique qui va dissoudre des minraux pour voluer vers une saumure profondeen liaison avec laltration hydrothermale de roches cristallines, notamment laltration des micas et desfeldspaths. Lnergie transporte par ce fluide est de la chaleur, la temprature optimale de gisement tant delordre de 150-175 C en fonction des autres contraintes prendre en compte telles la permabilit defracture dans la gestion dun rservoir gothermique stimul10.8Ce qui nexclu aucunement le recours des artifices, en loccurrence des fracturations dans la roche cible titre complmentairepour optimiser la productivit naturelle dun rservoir, notamment pour prolonger sa dure dexploitation commerciale. Ainsi, lalimite entre les hydrocarbures conventionnels et les hydrocarbures non conventionnels nest pas trs bien dfinie.9 Lordre de grandeur fournit par Albert Genter, de Gothermie Soultz (conversation tlphonique du 21-12-2012) est de lordrede 100 g/litre, cest dire trois fois celle de leau de mer (33g/l),10Lexprience conduite Soultz-sous-Forts depuis plus de 20 ans a montr que des forages plus de 5000 m en vue datteindredes roches cristallines dont la temprature ambiante est de lordre de 200C; cas des deux forages GPK2 et GPK3 raliss en2000 et 2003, qui ne donnaient pas de perspectives conomiques viables en raison des faibles permabilits initiales de fracturerencontres ces profondeurs et des difficults en rsultant, notamment pour obtenir des dbits deau chaude commercialementintressants. Mieux vaut forer sur ce type de site des profondeurs comprises entre 1500 3500 m en vue datteindre destempratures ambiantes de lordre de 140-170 C , mais bnficier en retour dune meilleure permabilit initiale de fracture,dautant que les nouvelles technologie de production dnergie lectrique partir de sources thermiques permettent maintenant detravailler avec des eaux thermales de moyenne enthalpie 100 150C) Source : http://www.geothermie-soultz.fr/geothermie-soultz/les-enseignements 6. Catgories de roches cibles distinctesLa cible vise par la fracturation hydraulique SGF est comme son nom lindique un schiste argileuxgazifre, cest--dire une roche sdimentaire feuillete dont la particularit est de contenir du mthanethermognique11, cest--dire un gaz form grande profondeur une temprature de lordre de 80 150 C.Ce mthane sest form il y des millions dannes partir de lenfouissement de sdiments marins oulagunaires trs fins tendance argileuse, ces sdiments pouvant tre aussi finement sableux ou carbonats,en tout cas assez riches en matire organique. Le gaz de schiste est toujours contenu dans sa rochesdimentaire dorigine o il est solidement fix. Un exemple de schiste riche en matire organique (rochemre) est le schiste argileux du Silurien reprsent en fig.5.Dans la perspective dune exploitation de cette ressource, la profondeur minimale de la roche cible estclassiquement de lordre du km (pour permettre un forage horizontal) mais les techniques modernespermettraient de remonter jusqu environ 550 m selon les estimations de Kasza (2012)12. Au-dessus de lacouche exploite, une couverture rocheuse prsume impermable est ncessaire pour garantir selonlindustrie une protection suffisante contre le risque dinterfrence entre les circulations profondes induitespar la fracturation hydraulique SGF et les nappes deau souterraines utilises pour la consommation deaupotable. Aux profondeurs classiques stageant de 1000 plusieurs milliers de mtres, la tempratureenvironnante stablit dans lintervalle 50 - 150 C, en fonction de la profondeur effective mais galementen fonction du gradient gothermique dans la zone considre. Ce gradient gothermique moyen terrestre estde lordre de 30 C km-1, mais peut descendre 10-20 C km-1 et monter 100C km-1, voir plus.Fig. 5 : chantillons de schistes argileux gazifres carotts dans le Silurien en Pologne. La cible vise par la stimulation hydraulique EGS en gothermie de haute ou moyenne temprature estgnralement un batholite profond, cest dire un objet magmatique de type intrusif (par rapport aux autresformations rocheuses environnantes appelles encaissantes ), voire une roche dure comptentemcaniquement, donc propice se fracturer, telle un grs. A limage du granite reprsent en fig. 6, lesroches cristallines plus particulirement cibles par la stimulation hydraulique EGS sont celles quicomportent des anciennes fractures naturelles plus ou moins cimentes. Lobjectif de la technologie EGS(pour mmoire Enhanced Geothermal Systems), est de rouvrir ces cicatrices de la roche en vue dy crer ou11 la diffrence du mthane biognique qui se forme en surface par exemple dans les marais et serait mme lorigune des feux follets entreautre en prsence dhydrures de phosphores ainsi qu faible profondeur.12Kasza P., 2012. Zabiegi hydraulicznego szczelinowania w formacjach upkowych (Les oprations de fracturation hydraulique dans lesformations schisteuses), revue NAFTA-GAZ, bul. Instytut Nafty i Gazu, Oddzia Krosno (Instytut du Ptrole et du Gaz, dpart. De Krsno) 7. ractiver des chenaux intra-fractures permettant une communication hydraulique entre elles. Dans cedomaine, le rservoir gothermique EGS de Soultz-sous-Forts test depuis plus de 20 ans dans ce cadre duprojet franco-allemand Hot Dry Rock en Alsace du Nord (dpartement du Bas-Rhin) prfigure la gothermiedu futur. La profondeur de la cible dfinie plus haut est gnralement de lordre plusieurs kilomtres. Ellevarie en fonction du gradient gothermique local qui, pour de bonnes conditions dexploitation, devrait tresuprieure la moyenne de 30C km-1, cest--dire de lordre 35-45 C km-1, voire plus. Dans ces conditions,la temprature de la roche-cible se situe dans intervalle 120-270C (200C dans le cas du site de Soultz-sous-Forts pour une profondeur de rservoir stimul stablissant entre 3,3 et 5,0 km). Comme dans le cas desgisements de schistes argileux gazifres, la couverture des roches chaudes cibles par la gothermie EGSdoit garantir une bonne isolation du gisement. Nanmoins, lisolation recherche dans cette couverture nestpas tout--fait la mme pour ces deux type de rservoirs: Dans le premier cas cette fonction est dassurer uneparfaite tanchit au toit du rservoir, cette condition tant acquise par exemple avec des sries silto-plitiques hectomtriques domines par des argilites trs fines quasi impermables. Dans le second cas unebonne isolation thermique est galement recherche. Des grs porosit de fracture rpondront bien seconde cette exigence, ltanchit du rservoir EGS pouvant tre alors assure par des formationssuperficielles agileuses (par ex. des colluvions). Fig. 6: Granite naturellement fractur affect par une altration hydrothermale qui a rougi le granite (oxydation). Il a t carott 1377 m de profondeur lors du forage GPK-1 Soultz-sous-Forts (Bas-Rhin), cest--dire au-dessus de lactuel rservoir gothermal stimul EGS; noter lorientation subverticale dominante de la fracturation (la flche noire indique le sommet du forage, donc la surface). 8. Mthodes gotechniques de fracturation trs divergentesSi lobjectif vis prsente dans les deux cas une certaine analogie, crer artificiellement une porosit et unepermabilit de fractures en vue dacheminer un fluide vers une colonne de production, les mthodesutilises pour parvenir cet objectif sont fondamentalement diffrentes sous langle de la mcanique desroches.Dans le cas de la fracturation hydraulique SGF, les contraintes exerces sur la roche-cible en vue dy crerdes nouvelles fractures et de ractiver des anciennes fractures 13 sont avant tout des contraintes decompression hydraulique, indpendamment du fluide utilis (eau, CO2, voire gel de mthane).Pour que le procd de fracturation hydraulique SGFsoit efficace, la contrainte de compression exerceartificiellement par une force hydraulique dans laroche cible doit tre de beaucoup suprieure lacontrainte effective (fig. 7). Cette contrainteeffective est par dfinition la diffrence entre lacontrainte totale existante initiale (que lon peutassimiler au poids de la colonne de roches au-dessus du forage horizontal) et la pressioninterstitielle (que lon peut assimiler au poids dunecolonne deau la profondeurcorrespondante). Dans les roches sdimentaireslites profondes de grands bassins peu plisssloigns des zones tectonises, la rsistance en unpoint donn la compression exerce par le fluideinject sous pression sera en rgle gnrale plusfaible le long de laxe normal vertical que le long Figure 7 - La contrainte effective lors dune opration de fracturation hydraulique SGF (rf: Marc Durand (2012)-des deux axes horizontaux. Le poids des roches, www.facebook.com/gazdeschiste)Dans le dtail, tout dpend nanmoins de lhistoire gologique du massif schisteux (Durand, 2012) 14 .Comme la structure planaire prdominante des roches sdimentaires est le litage par dfinition subhorizontal,la roche tendra davantage se soulever qu scarter pour laisser passer le fluide inject sous trs hautepression (environ 500-800 bars, cest--dire 5 8 km de colonne deau). Pour cette raison les fissurationsinduites lors dune fracturation hydraulique stalent de prfrence dans le plan subhorizontal. Il ne fauttoutefois pas ngliger les fractures naturelles subperpendiculaires au litage. Dune manire gnrale, la rocheactive par fracturation hydraulique SGF travaille essentiellement en compression. Dans le cas dune stimulation hydraulique EGS, lobjectif vis est essentiellement de faire rejouerdanciennes fractures pour augmenter la permabilit de la roche et permettre lcoulement de leaupressurise dans la roche. La stimulation hydraulique EGS ractive donc des processus qui avaient djexist sur le site-mme dans un lointain pass gologique. Elle reproduit aussi des processus se droulant denos jours sous nos pieds dans des sites gradient gothermique anormalement lev, notamment dans lessites hydrothermaux et les sites volcaniques actifs, sites pouvant se prter naturellement une exploitationgothermique en moyenne et haute temprature. Dans ce type de site, le refroidissement et la cristallisationdu magma en profondeur saccompagnent dune dtente, ce qui provoque localement lapparition de rseauxassez denses de fractures orientes de manire prfrentielle vers la surface du massif rocheux. Ces fracturesinitialement ouvertes et sujettes des circulations profondes tendent se colmater sous lapport progressifde concrtions pneumatolitiques (amens par des vapeurs chaudes) et hydrothermales. Au terme duprocessus reste alors un rseau de discontinuits dominante subverticale dans le massif rocheux. Souscontraintes hydrauliques profondes, un massif rocheux ainsi structur tendra donc retrouver un ancien tatdquilibre de gothermalisme actif, quilibre rgul par le rejeux de blocs le long de plans de faillessubverticaux (ces blocs jouent en quelque sorte le rle de soupape de scurit). Dans ce contexte, le massif13 Les tudes ralises dans ce domaine semblent indiquer que 80% des fractures ouvertes par la fracturation hydraulique GHRMsont en ralit danciennes fractures entretien avec Marc Durand, ingnieur gologue, le 09-11-2012.14 Marc Durand (2012)- Le poids des roches. www.facebook.com/gazdeschiste. 9. rocheux sollicit par la stimulation hydraulique EGS travaille surtout en cisaillement voire en dilatance etnon en compression comme dans le cas de schistes gazifres. Pour cette raison la pression hydraulique appliquer en tte de puits est relativement faible, de lordre de 100-300 bars, cette dernire limite tantmme juge trs leve par lquipe travaillant sur le site exprimental de Soultz-sous-Forts o la pressionapplique pour lhydrofracturation na jamais dpass 180 bars. Les cisaillements ainsi stimulsremobilisent prfrentiellement danciennes fractures subverticales, le rejeux de ces anciens plans de faillesassocis aux injections ayant pour signature des nuages sismiques caractristiques. Fig.8 : Projection sur un plan horizontal et vertical des nuages microsismiques produits lors des stimulations du rservoir 3.0-3.5 km de profondeur Soultz.La fig.8 prsente des enregistrements microsismiques raliss sur le site de Soultz-sous-Forts et illustrecette rapparition des contraintes induites par la stimulation hydraulique EGS. Dans ce cas prs de 40 000m3 deau avaient t injects dans chaque puits lors des diffrentes hydrofracturations. 10. Conditions trs diffrentes daccs la ressourcePour quun schiste argileux gazifre puisse se former, la roche correspondante doit avant tout remplir lestrois fonctions pralables suivantes:- celle dune roche mre dhydrocarbures, cest--dire, une roche initialement riche en matireorganique, la part pondrale prise par ce composant devant tre au mininum de lordre 5-10 % audbut de la diagense, pour obtenir maturation un schiste argileux dont la teneur minimale enkrogne15 se situe au moins autour de 1 2 %. Lenvironnement sdimentaire lorigine de laformation de schistes argileux dont il est ici question tant le plus souvent une mer picontinentaleassez chaude tendance euxinique16 propice une conservation de la matire organique;- celle dune roche type magasin, cest--dire, une roche assez poreuse dont le milieu interstitiel fermse caractrise par une grande aptitude ladsorption grce une grande capacit dchange pour lestockage du gaz form in situ, la porosit type des schistes argileux gazifres rpondant cetteseconde condition tant de lordre de 5 10%, cette porosit tant principalement libre par lamaturation de la matire organique (Poprawa, 201017) ;- celle dune roche de type couverture, cest--dire une roche quasi impermable afin que le gaz formin situ reste emprisonn dans les pores, cette troisime condition qui implique lorigine unesdimentation trs fine tant tant obtenue avec une permabilit de lordre du micro-Darcy ou nano-Darcy, cest--dire une permabilit denviron un million ou un milliard de fois plus faible que celledargiles trs fines et compactes18.Ces trois conditions pralables sont gnralement runies dans des milieux dune grande simplicitstructurale, en loccurence danciens bassins sdimentaires denvergure rgionale stendant sur descentaines, voire des centaines de milliers de km2 dans le cas de champs gazifres gants. Pour que cesanciens milieux de sdimentation puissent produire du gaz naturel in situ, les roches argileusescorrespondantes doivent subir une maturation thermique en profondeur sous leffet conjugu delenfouissement et du gradient gothermique. Selon le diagramme de Baudin et al. (2007) en fig. 9 (modifi),la fentre thorique classique (19) de production mthane thermognique sec qui est beaucoup plus profondeque celle des huiles se situe entre la fin de la catagense 3 km de profondeur environ et la fin de lamtagense 10 km de profondeur, sous tempratures ambiantes respectives denviron 100 et 300 C. Selon Poprawa (2010a), les gisements rellement intressants pour lindustrie du gaz de schiste se situentsous une couverture impermable de 1000 m dpaisseur et jusqu une profondeur de 3500-4500 m, lamaturit thermique requise pour des roches correspondantes devant tre au minimum de 1,1-1,3 Ro (20) et nedevant pas dpasser 3-3,5 Ro(21). Ces conditions thermiques particulires requises pour la formation de gaz15 Le terme de krogne dsigne la matire organique en cours de transformation aprs son enfouissement.16 Cest-dire une mer relativement ferme dont la colonne deau est trs stratifie. Dans ce contexte la matire organique produite initialementdans la tranche deau superficielle oxygne est relativement bien conserve une fois dpose au niveau fond o labsence doxygne lie labsence de brassage vertical empche sa dgradation (le terme euxinique provient lui-mme de Pont Euxin, ancien nom de la Mer Noire, merrpute pour son anoxie profonde)17Poprawa p., 2010- System wglowodorowy z gazem ziemnym w upkach pnocnoamerykaskie dowiadczenia i europejskie perspektywy(Shale gas hydrocarbon systemNorth American experience and European potential) . Przegld Geologiczny, vol. 58, nr 3: 216225.En ce qui concerne la porosit acquise par suite du processus de maturation thermique, cet auteur donne des ordres de grandeurs suivants :Un dpt siltoargileux contenant initialement 7% de matire organique exprime en TOC pondral (soit environ 15% du volume), conduit aprsmaturation un schiste argileux dune porosit de lordre de 5%. Pour une teneur encore plus leve par ex. 12 % TOC (24% du volume), laporosit acquise aprs maturation thermique de la roche est denviron 8,5%.18le seuil de permabilit partir duquel la migration du gaz dune roche mre devient significative sur une chelle de temps gologique se situeentre 1 et 0,1 D, (soit 0,0001 0,001 mD ou 1001000 nd)19en rfrence un gradient gothermique de 30 C. km-1 (valeur moyenne en Europe)20Ro: Pouvoir rflecteur de la vitrinite dans lhuile.Vitrinite: constituant matriciel organique plus ou moins amorphe et vitreux du charbon se caractrisant par son son pouvoir rflecteur moyen etconstituant ce titre un indicateur prcieux du degr de maturit thermique de la matire organique.21Au del de cette valeur la metagense saccompagne dun gaz pyrolyse croissante la phase gazeuse, le kerogne voluant alors vers un plegraphitique par carbonisation. 11. naturel dans la roche mre impliquent une forte activit subsidente des bassins sdimentaires dont il est iciquestion.Fig. 9 : volution de la matire organique au fur et mesure de lenfuissement sous leffet du gradient gothermique et dela pression (Source : Baudin et al., 2007) 22En plus des conditions ptrogntiques exposes plus haut, les gisements potentiels de gaz de schistedoivent rpondre certaine exigences dordre gotechniques pour tre exploits par fracturation, la premirede ces exigences tant lpaisseur du gisement schisto-gazier considr. Selon Hill et Nelson (2000)23, cettepaisseur minimale requise serait de lordre de 30 70 m, la srie schisto-argileuse correspondante devantalors contenir au moins de 2% matire organique TOC pour tre commercialement intressante. Dans lapratique, les schmas de fracturation hydraulique intressent gnralement des sries beaucoup plus paisses,dune puissance dau moins de 200 m. La deuxime exigence gotechnique remplir rside dans laptitudede la roche la fracturation. Cette aptitude qui varie en fonction de la rigidit du matriau est relativementplus leve dans les roches clastiques. Elle nest par contre gure comptatible avec llasticit intrisque deschistes trs argileux. Aussi, selon Kasza (2011), la rigidit minimale requise pour une fracturation efficaceest aquise pour un gisement dont la teneur en minraux argileux reste infrieure 40%. Au-del de cettelimite la roche est en effet trop dformable ( 24 ). Dans le dtail, une augmentation phnommale de la22Baudin F., Tribovillard N., Trichet J., 2007 - Gologie de la materie organique. Editions Vuibert.2007.23 HILL D.G. & NELSON C.R., 2000. Gas productive fractured shales, an overview and update. GRI Gas TIPS, 6: 413.24En terme dlasticit de la roche, selon cet auteur, cette condition est acquise pour un schiste argileux dont le module de YoungE est dau moins 3,5 x 10 6 PSI (24131 MPa) . 12. permabilit de la roche tant lobjectif recherch dans le processus de fracturation, lexistence initiale demicrofissures cimentes dans la roche sera particulirement propice une fracturation hydraulique SGF,dautant que la permabilit ainsi induite par la stimulation de ces fissures est gnralement deux trois foisplus leves que celle nouvellement cre de la matrice25. Lgende Grandes units structurales : I Elvation anticlinale de eba II Synclise26 Balte II Dpression de Podlasie IV Plateforme palozoique V Soulvement Mazuro-Sudovien(Mazuro-Suwalkien).ligne de dislocation Tomquist-Teisseyreautres limites structuralesprofondeur du plancher du Llandovrien(base de Silurien), ordre de grandeur Potentiel gazier non conventionnel. territoires potentiellement intressants pour lexploration du gaz de schiste. territoires dont le potentiel gazierest inconnu ou faible. Quelques explications : En Pologne, les ressources gazires non conventionnelles disponibles ont t values 350-770 milliards de mtres cubes par le Polish Geological Instytut (estimations fin 2012) et sont ce titre trs prometteuses. Ces ressources sont en grande partie concentres dans sries Llandovriennes (435 423 millions dannes) du Silurien ancien, lpaisseur des sries correspondantes atteignant 70 m dans la partie nord-ouest des marges occidentales du craton dEurope centrale. Selon Poprawa (2010) labsence de rservoirs de gaz conventionnel dge Palozoque dans la zone considre, le faible taux de matire organique et la maturit thermique modeste des niveaux potentiellement intressants, par rapport aux gisements de Barnett Shale (Texas) restent nanmoins des facteurs risque conomique prendre en compte dans une exploration gazire.Fig10 : Environnement structural des sries schisto-argileuses gazifres du Palzoique infrieur aux marges nord-ouest de la Plateforme dEurope Orientale, daprs Poprawa (2010), modifi.Selon la relation = E , le module Young (E) communment appel module dlasticit exprime en fait la rigidit dunmateriau. Ce module est donc inversement proportionnel lallongement relatif () dun matriau soumis une contrainte croissante().25 Cette proportion constante qui permet de rduire la pression hydraulique de moiti dans les oprations de fracturationhydraulique, explique aussi lallure trs caractristique de la courbe de production des puits de gaz de schiste, cette production trsleve durant la premire anne voire des permiers mois mais diminuant trs rapidement par la suite pour atteindre une trs faiblevaleur jusqu la fermeture du puits intervenant en rgle gnrale au bout de quelques annes (2 5 ans). Dans premire partie dela courbe, la permabilit mobilise dans la production de gaz est essentiellement la permabilit des micro-fractures ractivespar la fracturation hydraulique, ce qui permet dobtenir un dbit relativement lev. Dans la seconde partie la courbe, lapermabilit matricielle prend le relais, intressant une dsorption trs lente du gaz, ce qui explique le dclin rapide de laproduction gazire.26 Terme peu usit dans la littrature scientifique romane, dsignant un facis gologique commun aux rgions slavesseptentrionales (A. P. Pavlov en 1903). Une synclise est un vaste territoire de quelques centaines de km2 dont la structurationprofonde rappelle celle dun synclinal (affaissement grande profondeur, couverture sdimentaire de plusieurskilomtres dpaisseur au centre, samenuisant vers la priphrie). A la diffrence dun synclinal classique, une synclise se formepar flexure du socle cristallin (et non de sries sdiementaires) grande profondeur, laffaissement ainsi provoqu se caractrisantalors par une pente extrmement faible vers le centre de la cuvette.Source: Foucoult A., Raoult J. F. 1984. Dictionnaire de gologie 2e dition. Edition Masson.Remarque : la notion de synclise est souvent associe celle de glacio-tectonique souple (flexure de socle sous le poids dunecalotte glaciaire). 13. En termes dhritage sdimentologique godynamique, les exigences gotechniques ci-dessus sontremplies pour danciennes formations deltaques externes profondes soumises des apports terrignes assezrguliers. Rpondant cette exigence, les schistes argileux du Palozoique ancien en Pologne fontactuellement lobjet dune prospection gazire. Dveloppes sur les marges occidentales de la PlateformedEurope Centrale le long dune subsidence marine amorce par une flexure induite de la collisioncaldonienne qui a fournie la composante clastique du matriel, ces sries cyclothmiques 27 de plus en plusjeunes vers le Sud-Est ont attir lattention des gologues de part leur teneur relativement leve en matireorganique mature. Du fait que ces formations gazires potentielles reprsentes en fig 10 ont t beaucoupmoins tectonises lors de la phase Bretonne de lorognse hercynienne dans la partie Nord-Ouest, cestdans cette zone correspondant au bassin Balte que ce concentre actuellement lexploration gazire on-shore,notament dans la rgion de llvation anticlinale de eba o les dpts caradociens et ashgilliens 28relativement peu profonds et assez riches en kerogne de type II (facis ocanique) avaient t reconnus delongue date. Selon Poprawa (2010b) 29 , la simplicit structurale de lenvironnement sdimentaire duPalzoique ancien de cette zone est particulirement propice une exploitation du gaz de schiste du fait queles segments horizontaux -partie rellement productive des puits- peuvent alors tre fors sur de longuesdistances, de lordre de plusieurs km. Des considrations prcdentes, il dcoule que la fracturation hydraulique SGF intresse surtout de grandsterritoires, tectoniquement trs calmes, inscrits dans des bassins sdimentaires o la subsidence fut trsactive dans un lointain pass gologique, ces units structurales tant circonscrites le plus souvent par deszones de fracturation majeures30. Cest dans ce cadre bien dlimit que la fracturation hydraulique SGFaffecte la matrice rocheuse partir microfissures prexistantes, lobjectif vis tant alors de crer le rseaude permabilit le plus dense possible confin une roche cible. Pour atteindre cet objectif, les oprateursgaziers sont donc conduits modifier cette roche cible sur dimmenses tendues de lordre de 100 km2 10.000 km2 et sur une paisseur de lordre de 50 100 m. Comme le gaz de gisements non conventionnelsest par dfinition dissmin dans la roche, un grand nombre de forages simpose pour exploiter cetteressource, la densit des implantations en perspective se situant aux alentours de 0,25 puits/km2 si lon prendcomme basse la distance moyenne de 2 km entre ces puits gnralement retenue, entre autre pour deschamps gaziers canadiens. Pour une commune telle Somonino (Pologne) dune superfice de 112 km2 surlaquelle la compagnie gazire polonaise Polskie Grnictwo Naftowe i Gazownictwo (PGNiG) envisage deraliser un forage dexploration de gaz de schiste en 2013, de nombre de puits en vue serait alors de lordrede 25 si les rsultats obtenus sur ce premier forage savraient concluant.La simulation de dveloppement de champ schisto-gazier prsente en fig. 11 donne un premier aperu delvolution paysagre rsultant de limplantation de cette industrie en milieu rural. La localit de rfrence,Klukowa Huta, appartient la commune de Styca en Pologne31 et fait partie de la bande de protection duParc Paysager Naturel de Cachoubie. Pour les besoins de cette simulation, une distance de lordre de 1,5 kmen moyenne entre chaque implantation gazire a t retenue, la localisation des plateformes de forages ayantpar ailleurs un caractre alatoire prenant seulement en compte des facilits daccs.27 Cyclothmes : petits cycles sdimentaire inscrits dans les lamines milimtriques. Cette stratification favorise la propagation desmicrofractures induites par la fracturation hydraulique le long de plan horizontaux.28Bien que relativement trs prometteuses de part des teneur en matire organique TOC pouvant atteindre 4% voire mme 4,5 %dans certaines zones, les sries caradociennes et ashgiliennes vieilles de 445 435 millions dannes et appartenant lOrdoviciensuprieur sur lchelle stratigraphique ne reprsentent quune partie faible du potentiel gazier non conventionnel polonais, dautantque lpaisseur correspondante reste relativement modeste (quelque m 50 m pour le Caradocien).29Poprawa P., 2010. Potencja wystpowania z gazu ziemnego w upkach dolnego paleozoiku w basenie batyckim i lubelsko-podlaskim -Shale gas potential of the Lower Palaeozoic complex in the Baltic and Lublin-Podlasie basins (Poland) Przegd Geologiczny, vol. 58, nr 3, 201030, un des objectifs principaux de la reconnaisance gophysique pralable avant les forages dexploration tant prcisment delocaliser ces fractures trs gnantes pour la fracturation hydraulique (du fait quelles absorberaient pratiquement tout lnergie destirs), en vue de les viter autant que possible par la suite.31 Au printemps 2012 la compagnie amricaine NBK a ralis un premier forage de reconnaissance un kilomtre et demi au SEdu village correspondant. Du fait que les rsultats de ce forage se sont avrs assez prometteurs, le dveloppement dun champgazier dans cette localit serait envisageable partir de 2015. 14. Fig.11 : Simulation de dveloppement dun champ schisto-gazier lchelle dune localit rurale,exemple de Kukowa-Huta sur la commune de Styca (POLOGNE), site prospect par NBK.La notion de site gothermal EGS potentielsapplique un systme gothermal, cest--dire un contexte gologique favorisant des desflux convectifs deaux souterraines dans lapartie suprieur de lcorce terrestre, ces fluxayant pour sige des espaces confins et setraduisant par des transferts de chaleur partir de sources trs chaudes situes enprofondeur vers des rservoirs situsrelativement proches de la surface . Leschma trs simplifi en fig.12, montre quelexistence dun tel systme implique en effetdesconfigurationsgologiques bienparticulires. Si une certaine porosit desformations aux abords de la roche decouverture favorise lemmagasinement de leauremontant par la suite vers la surface par Fig. 12: schma trs simplifi dun systme gothermalconvection, cest surtout le systme defracturation lchelle locale qui confine lesflux de chaleur dans une cellule de convectionet cre une anomalie gothermique. 15. La roche de couverture, de par sa fonction disolation thermique, doit tre relativement impermable. Endfinitive, une forte diffrentiation du gradient en fonction de la profondeur est ncessaire pour initier unecellule de convection. A titre dexemple, la modlisation 2D ralise par Kohl et al. (2000)32 aux abords dupuits GPK2 du site exprimental de Soultz-sous-Forts en Alsace du Nord (Fr) est prsente en fig.13 .Cette modlisation montre quelanomalie gothermique connuede longue date des gologuesptroliers sur ce site du FossRhnan est lie : un gradient gothermique trs lev, environ 100 C. km-1, soit trois plus que la normale, stablissant entre 1 km de profondeur et la surface du sol ; une cellule de convection sous- jascente dune paisseur de 1500 2500m, dans laquelle le gradientgothermique, environ 10 C. km-1 est trois infrieur la normale ; un gradient gothermique Fig. 13: Exemple dune cellule de convection responsable dune anomalie normal, environ 32 C. km-1, gothermique sur le flanc occidental de Foss Rhnan. sous la cellule de convection. Cas du site de Soultz-sous-Forts, daprs Kohl et al. (2000), modifiParce quelles sindividualisent le long de zones de failles, les cellules de convection gothermale captespar des units gothermiques de type EGS sinscrivent gnralement dans des grabens continentaux(territoires tout en longueur faible superficie relative). A titre dexemple la cellule gothermiqueactuellement capte Soutz-sous-Forts sera ici rapidement dcrite partir dune prsentation du site parSpichak et al. (2010)33, partir des travaux de Haenel et al. (1979)34 et Dezayes et al. (2005)35. Lesquissegothermique et structurale prsente en fig.14, permet destimer 300 km2 la superficie occupe par lapartie la chaude de cette cellule en rfrence lisotherme de 100C 1500 m, cet isotherme dcrivant uneellipse horizontale daxe principal NNE-SSW de 40 km de longueur et 7 km largeur environ. Quant auxanomalies gothermiques ayant initi les rservoirs proprement dits, elles occupent une superficie encoreplus restreintes, de lordre de 10 25 km2. Lhydrofracturation EGS dont lobjectif est de crer un changeur profond partir dun rseau de faillesprexistantes naffecte en dfinitive quune infime partie du rservoir gothermique sollicit. Valorisant lafois la conductivit thermique des roches profondes et les flux convectifs hydrothermaux dans les rochessujacentes, cette mthode repose sur le principe du captage dun flux. En effet, lnergie gothermaleexploite dans les systmes EGS est initialement transmise par convection au niveau du rservoir, puischange par simple conductivit thermique un fluide caloporteur, en loccurence de leau fortementminralise circulant dans les fractures stimules.32Kohl., T., Bchler, D., Rybach, L., 2000, Steps towards a comprehensive thermo-hydraulic analysis of the HDR test site Soultz-sous Forts. In: Proc. World Geothermal Congress 2000, Kyushu-Tohoku, Japan, 6. June 2000, Morioka (Japan)33Spichak, V., Geiermann, J., Zakharova, O., Calcagno, P., Genter, A. and Schill, E. (2010a), Deep temperature extrapolation in the Soultz-sous-Forts geothermal area using magnetotelluric data. Extended Abstr. XXXV Workshop on Geothermal Reservoir Engineering StanfordUniversity, Stanford, California.34 Haenel, R., Legrand, R., Balling, N., Saxov, S., Bram, K., Gable, R., Meunier, J., Fanelli, M., Rossi, A., Salmone, M., Taffi, L., Prins, S.,Burley, A.J., Edmunds, W.M., Oxburgh, E.R., Richardson, S.W., Wheildon, J. (1979), Atlas of subsurface temperatures in the EuropeanComminity. Th. Schafer Druckerei GmbH, Hannover, Germany.35Dezayes, C., Genter, A. and Hooijkaas, G. (2005), Deep-seated geology and fracture system of the EGS Soultz reservoir (France) based onrecent 5km depth boreholes. Proc. World Geothermal Congress, Antalya, Turkey. 16. Fig. 14 : Environnement structural et gothermique de la stimulation hydraulique EGS, exemple du site de Soultz-sous-Forts en Alsace du Nord (Bas Rhin, Fr),daprs Spichak et al. (2010)36, partir des travaux de Haenel et al. (1979)37 et Dezayes et al. (2005)38 Fig. 15: Volumes totaux de quelques rservoirs fracturs ou stimuls reprsentatifs de la technologie EGS/Hot dry Rock tablis partir de mesures micro-sismiques, daprs Tester et al. (2007).36Spichak, V., Geiermann, J., Zakharova, O., Calcagno, P., Genter, A. and Schill, E. (2010a), Deep temperature extrapolation in the Soultz-sousForts geothermal area using magnetotelluric data. Expanded Abstr. XXXV Workshop on Geothermal Reservoir Engineering StanfordUniversity, Stanford, California.37 Haenel, R., Legrand, R., Balling, N., Saxov, S., Bram, K., Gable, R., Meunier, J., Fanelli, M., Rossi, A., Salmone, M., Taffi, L., Prins, S.,Burley, A.J., Edmunds, W.M., Oxburgh, E.R., Richardson, S.W., Wheildon, J. (1979), Atlas of subsurface temperatures in the EuropeanComminity. Th. Schafer Druckerei GmbH, Hannover, Germany. 17. Fig. 16: Emprise au sol de la gothermie EGS, exemple des installations de Soultz-sous-Forts (Fr). Source : http://www.geothermie-soultz.fr/images/stories/salle_cours/outils/Geothermie_Soultz_(F).pdf, modifiFig. 17: Centrale gothermique de Soultz-sous-Forts, plateforme des puits GPK2 GPK3 et GPK4 18. Cet afflux de calories, qui assure en parallle une bonne rgnration thermique du rservoir gothermalstimul, permet de rduire la zone de contact puits-rservoir un changeur de quelques kilomtres cubes,les dimensions correspondantes alors tant de lordre de 2 km pour la distance horizontale des segmentscumuls, 500 m en moyenne pour la largeur des zones fractures correspondantes et 3 km en profondeurpour les rservoirs sous les formations de couverture (500 m).A titre indicatif plusieurs changeurs EGS sont prsents en fig.15, les volumes des zones hydrofracturescorrespondantes ayant t estims partir de mesures de micro-sismicit opres lors doprations destimulations hydrauliques. Daprs ces donnes runies par Tester et al. (2007) 39 , le volume de rochesfractures se situe entre 0,1 et 3 km3. Lemprise au sol de ce type dchangeur est visualise par laphotographie arienne en fig. 16, du site de Soultz-sous-Forts (fr). A lexamen de la photographie arienne,mais aussi de la vue panoranique en fig.17 limpact paysager de la gothermie EGS est relativement localis,notamment par rapport lindustrie du gaz de schiste. Cet impact sera dautant moins prononc danslavenir que limplantation dunits EGS en espace priurbain deviendra la norme pour valoriser la chaleurexcdentaire de la production dlectricit gothermique 40 . Dans cette perpective les centrales EGS sefondront en effet dans le paysage periurbain.Les considrations ci-dessus mettent en vidence une diffrence fondamentale portant sur laccessibilit dela ressource exploiter dans lanalyse compare de la fracturation SGF et lhydrofracturation EGS. Dans lepremier cas la ressource qui est statique et dissmine lchelle dun champ gazier dune superficie delordre de 100 10.000 km2 voire plus. Cette ressource ne peut tre extraite quen dveloppant un surfacedchange puits/gisement infiniement grande, ce qui implique non seulement une fracturaction la plus densepossible au sein de la matrice rocheuse du gisement cibl en dehors de zones initialement fractures, maisaussi une multiplicit des forages pour le dveloppement du champ gazier, une densit de 10 50 foragestant la norme pour une commune dune superficie denviron 100 km2. Dans le second cas la ressource quiest dynamique peut-tre capte au niveau dune zone de faille, cest--dire une bordure structurale, pardfinition tout en longueur. Dans ce type de zone, trois puits espacs en surface que quelques dizaines demtres ; 1 puits de production pour deux puits de rinjection suffisent pour exploiter un changeur stimuloccupant quelques km3 et valoriser une anomalie gothermique dune superficie de 10 25 km2. Cettediffrence fondamentale daccessibilt de la ressource entre les deux modles miniers SGF et EGS permetde formuler les trois remarques prliminaires suivantes : Limpact paysager du modle SGF est trs prononc, la multiplicit des puits notamment en espace rural entranant dans le second cas un mitage du paysage, mme si la technologie du forage horizontal est maintenant communment applique. A loppos du modle SGF, le modle EGS a davantage sa place en milieu priubain pour satisfaire une demande en chaleur de proximit en parallle une vocation principale de production lectrique. Ce modle de dveloppement tend donc pargner lespace rural o la demande en chaleur est relativement faible. Par rapport au modle minier SGF, les cots relatifs de lexploration et de lexploitation minire sont beaucoup moins levs dans le cas de la gothermie EGS, la superficie des terrains prospects et la densit de forage ncessaire tant gnralement infrieure dau moins un ordre de grandeur par rapport lexploration et de lexploitation minire pour le gaz de schiste.39J. W. Tester et al. (Massachusetts Institute of Technology), "The Future of Geothermal Energy. Impact of Enhanced Geothermal Systems(EGS) on the United States in the 21st Century: An Assessment." Idaho Falls: Idaho National Laboratory, 2007 40Ce qui implique aussi une amlioration des techniques de stimulation hydraulique pour rduire la sismicit induite un seuilacceptable, cest--dire une magnitude infrieure 2 sur lchelle de Richter. 19. Gestion de leau trs diffrenteDans le cas de la fracturation hydraulique SGF, leau est utilise pour prparer un fluide de fracturationdont la composition prcise varie en fonction du schiste argileux cibl. Rcemment Andr Picot et sonquipe de lATC 41 (2011) se sont penchs sur composition prcise de ces fluides, partir de donnesinitialement collectes par Ground water Protection et all consulting (2009)42 auprs de lindustrie du gaz deschiste aux USA. Les informations portes de manire trs synthtique en fig.18 donnent un premier aperude la composition de ces fluides. Il en ressort que leau en est de loin le principal contituant raison de 90 %du volume environ, les agents soutnement (proppants) occupant 9,5 %. Seul 5 du volume du fluidecorrespondent divers additifs chimiques dont la toxicit a veill lattention des spcialistes43.Eau90 % Agents de soutnement: Silice cristalline (sable) , billes de cramique ) 9,51 %Additifs chimiques0,49 %Dtails des additifs chimiques (types, agents correspondants, %) :Acides forts, dissolvant les mtaux (Acide chlorhydrique : 0,123 %) Agents rducteurs de friction (Polyacrylamide, huilesminrales: 0,088 %) Surfactants (agents diminuant la tension Superficielle : 2-Butoxythanol, Isopropanol,octylphnolthoxyls: 0,085 %) Stabilisants de largile (Chlorure de potassium, - Chlorure de ttramthylammonium :0,06%) Agents glifiants (Bentonite , Gomme Guar, Hydroxythylcellulose: 0,056%) Inhibiteurs des dpts dans lesCanalisations (Ethylne-glycol, Propylne-glycol : 0,043 %) Agents de contrle du pH (Carbonate de sodium, Carbonate depotassium, Chlorure dammonium : 0,011%) Agents de tenue des gels (Hmicellulase, Persulfate dammonium,Quebracho : 0,01%) Agents de maintien de la fluidit en cas daugmentation de la temprature (Perborate de sodium,Borates, Anhydride actique : 0,007 %) Agents de contrle du taux de Fer (Acide citrique, EDTA: 0,004%) Inhibiteurs decorrosion (Drivs de la Quinoline, Dimthylformamide DMF, alcool propargylique : 0,002 %) Biocides antiseptiques(Dibromoactonitrile, Glutaraldhyde, DBNPA :0,001%).Fig. 18:Composition type en volume dun fluide de fracturation hydraulique SGF aux USA.Sources: Ground water protection and al consulting 2009 dans Picot et al (2011)En premire analyse, ce nest pas tant la toxicit initiale de ces fluides qui semble procupante, maissurtout la toxicit hrite de la fracturation hydraulique. En effet, les schistes argileux cibls par lafracturation SGF se caractrisent non seulement par une forte teneur en substances naturellement toxiques44,mais aussi une trs forte susceptibilit gochimique45. Aprs chaque opration de fracturation ces fluidestendent accumuler des composs toxiques dsorbs par la matrice dans le milieu intersticiel. Sachant quele taux de rcupration de ces fluides en surface varie entre 25 et 70-75 %, 10 40 %, voire entre 10 et 30 %en fonction de diffrentes estimations, la rutilisation de ces fluides aprs dilution 46 , mais aussi leur41PICOT A., DAVID J. , DAVID P. , TSAKIRIS J., 2011. LEXPLORATION ET LEXPLOITATION DES HUILES ET GAZ DESCHISTE OU HYDROCARBURES DE ROCHE-MERE PAR FRACTURATION HYDRAULIQUE, BILAN TOXICOLOGIQUE etCHIMIQUE. Publication de lASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE, PARIS42 http://www.netl.doe.gov/technologies/oil-gas/publications43 La prsence dans ces fluides de drivs benzniques et de formaldhydes, substances trs dangereuses pour lhomme mme trs faibles concentrations, est lorigine de ces inquitudes.44Ces substances toxiques, notamment des mtaux lourds, les composs chlors et les hydrocarbures sont gnralementcomplexs avec la matire organique. A noter aussi le taux de radioactivit naturelle assez lev de ce type de roche.45 A. Picot (2011) qualifie les roches mres soumises la fracturation hydraulique de racteurs chimiques 46 Lobjectif de ces dilutions successives tant de prparer pour chaque nouvelle fracturation un fluide de trs faible viscosit apte fracturer le plus densment possible la matrice rocheuse du schiste argileux cibl. 20. limination terme en tant queffluents industriels, napportent que des rponses trs partielles auxproblmes de remobilisation de contaminants dans lenvironnement souterrain. Tab.1 : Consommation en eau de lindustrie du gaz de schiste aux USA Champprofondeur Porosit Matire organique Profondeur au toit de laFluide de fracturation gazier [m][%] [%]nappe phatique [m]3[m /puits] Barnett1.981-2.5914-5 4.5366 8.700 Fayetteville 304 - 2.1332-8 4-10 152 10.978 Haynesville3.200 - 4.114 8-90.5-4122 10.221 Marcellus1.219 - 2.590 10 3-12 259 14.385(Source GWPC and ALL Consulting, 200947 , modifi)En effet, le fluide non recyclable confi aux socits spcialises dans le traitement de ce type deffluents nereprsente en dfinitive quune faible proportion de contaminants mis en disponibilit par la fracturationhydraulique.Dun point de vue quantitatif, lordre de grandeur gnralement invoqu est 1000 2000 m3 pour chaquefracturation hydraulique, ce qui permet davancer le chiffre de 10.000 20.000 m3 deau consomme parpuits sachant que chaque forage horizontal est fractur une dizaine de fois en moyenne. Dans de cas deforages drains horizontaux multiples, la consommation en eau par puits peut tre beaucoup importante, delordre de 50.000 80.000 m3. A titre indicatif, les statistiques relatives quatre champs gaziers amricainssont prsentes dans le tab. 1.Cette consommation en eau juge trs importante par les associations de dfense de lenvironnement doittre relativise par rapport la consommation en eau totale des rgions correspondantes. Par exemple, lorsdu pic de production gazire de 2010 sur le champ gazier de Barnett Shale la consommation en eau delindustrie gazire fut estime 35 millions de m3, soit 1,7 % dune consommation totale en deau devalue 2 billion m3 pour cette rgion (Galusky, 2007) 48 . Dans les rgions soumises des dficitshydriques rcurrents, lindustrie du gaz de schistes peut nanmoins gnrer des conflits dusage. La situationtrs tendue entre les agriculteurs, notamment des leveurs, et les compagnies gazires dans le Kansas, leTexas et le Colorado dans le Sud durant lt 201249 qui fut trs sec dans le Sud des USA montre que ce typede conflits dusage peut devenir de plus en plus frquent avec le rchauffement global.Dans le cas de lhydrofracturation EGS, laugmentation de la permabilit de fracture a pour objectif deprparer une boucle souterraine. Aprs cette fracturation artificelle de la roche fin de dveloppement durservoir gothermal, une circulation par pompage du fluide caloporteur dans ce circuit primaire ainsi crsera ncessaire pour acheminer les calories captes dans lchangeur souterrain vers changeur en surface,ce second changeur alimentant un circuit secondaire deau pressurise. Le schma de principe du circuitprimaire dun changeur EGS primaire prsent en fig.19 prend en compte la tendance rcente consistant doubler les puits dinjection. Ce schma montre surtout que les circuits primaires des systmes EGSfonctionnent essentiellement en circuit ferm.Par rapport la fracturation hydraulique SGF, le mode de gestion leau en hydrofracturation EGS exclutoute production deffluents et comporte par consquent beaucoups moins dalas de point de vue de lagestion de leau. En fait, le seul point commun dans ce domaine entre les deux procds serait peut-trelordre de grandeur du volume de fluide inject pour la stimulation hydraulique des roches cibles. A titredexemple, la quantit de fluide de fracturation utilise lors la premire phase dveloppement du rservoir47 GWPC (Ground Water Protection Council). (2009). State oil and natural gas regulations designed to protect water resources.Washington, DC: United States Department of Energy, National Energy Technology Laboratory. Retrieved July 23, 2010,http://data.memberclicks.com/site/coga/GWPC.pdf.48 Galusky, L. P., Jr. (2007, April 3). Fort Worth Basin/Barnett Shale natural gas play: An assessment of present and projectedfresh water use. Fort Worth, TX: Barnett Shale Water Conservation and Management Committee. Retrieved July 21, 2010,de www.barnettshalewater.org/uploads/Barnett_Water_Availability_Assessment__Apr_3__2007.pdf49En rfrence larticle paru dans LE MONDE, le 23.08.2012 sous le titre Aux Etats-Unis, leau manque pour permettre la fracturationhydraulique Lien : http://www.lemonde.fr/planete/article/2012/08/23/etats-unis-l-eau-manque-pour-permettre-la-fracturation-hydraulique_1749008_3244.html 21. EGS50 de Soultz-sous-Forts (Fr) en 1993 tait de 20.000 m3, ce qui correspond la consommation moyennedun puits de gaz de schiste double drain horizontal (deux fois 10.000 m3). Fig.19 : schma de principe de fonctionnement dun changeur gothermique de circuit primaire EGS.Du fait que leau est de loin le principal contituant du fluide de fracturation SGF et le seul constituant dufluide de fracturation initial EGS en tte de puits, la consommation en eau est donc du mme ordre degrandeur dans les deux cas. Pour le reste, la gestion de leau en hydrofracturation EGS estfondamentalement diffrente de la gestion de leau en fracturation SGF si lon prend considration les pointssuivants: Lors de la stimulation dun rservoir EGS, le fluide de fracturation qui est de leau douce est dissmine dans un rservoir souterrain aliment naturellement par ailleurs dans une immense proportion par des eaux mtoriques et ayant volu en saumures51. Les eaux douces utilises pour stimuler les rservoirs gothermiques ne reprsentent, une fois la fracturation termine, quune infime proportion du fluide caloporteur contenu dans la partie du rservoir capte. Les rsultats dun suivi hydrochimique dans lchangeur exprimental de Soultz- sous-Forts indiquent en effet que leau douce injecte, que ce soit pour fracturer initialement la roche ou amorcer la circulation dans lchangeur souterrain, ne reprsente plus quune trs faible proportion de la saumure produite. Au bout que quelques mois de circulation seulement, cette proportion deau douce injecte initialement dans lchangeur ne reprsente plus quelques % seulement de la saumure prleve dans cet changeur (Genter et al., 2012)52.50 Pour stimuler le rservoir gothermal de Soultz 20.000 m3 deau douce injecte haut dbit furent ncessaires. Dans la pratique et enrfrence au premier test de dveloppement de rservoir EGS ralis en 1993 sur ce site, leau douce fut injecte dbit croissant pendant 16jours en observant plusieurs paliers ; de 0,15 l.s-1 36 l.s-1 , sous 2850 et jusqu 3400 m de profondeur dans un trou dcouvert rempli de sablede 500 m de longueur. Durant ce test, la pression diffrentielle applique fut de lordre 9 Mpa au toit du rservoir 2850m, soit environ 10 Mpaen tte de puits.Sources : Evans, K. F.; Moriya, H.; Niitsuma, H.; Jones, R. H.; Phillips, W. S.; Genter, A.; Sausse, J.; Jung, R.; Baria, R. Microseismicity andpermeability enhancement of hydrogeologic structures during massive fluid injections into granite at 3 km depth at the Soultz HDR site.Geophysical Journal International vol. 160 issue 1 January 2005. p. 389-41251 Cest--dire des solutions dont la concentration en sels est bien suprieure celle de leau de mer. Dans les cas du rservoir gothermiqueesploit Soultz-sous-Forts, le taux de minralisation des saumures profondes rchauffes par les granites chauds profondeur de lordre de 3 5 km est de lordre de 100g/l, soit 3 fois plus que leau de mer, ce qui nest pas sans problmes en terme la maintenance des installations depompage.52Lexprience au traceur hydrogologique dont il est ici question fut ralise de fin 2010 dbut 2011 sur le site exprimental de Soultz-sous-Forts. Elle a dabord permis de mettre en vidence une bonne connection hydraulique aprs hydrofracturation entre le puits dinjection GPK-3 22. Lutilisation de leau en gothermie EGS noccasionne pas de prlvement significatif dans la ressource en eau. En effet, du fait que le besoin en eau douce qui intervient seulement lors de la stimulation 53 du rservoir raison de quelques dizaine de milliers de m3. Un tel besoin est relativement trs faible compar aux 500.000 m3 deau gothermale 164 C produits pendant 11 mois lors de du test de circulation opr Soults-sous-Forts en 2010 (Genter et all, 2012) 54.Diffrences dans la nature des risques, leur intensit, et leur chelle spatio-temporelleDans le cas de la fracturation hydraulique SGF, les risques viennent surtout de dsordreshydrogologiques profonds, de linjection de divers produits chimiques potentiellement polluants et durisque de fuites non contrles du gaz. Ces risques sont lis une modification phnomnale et trs grandechelle de la permabilit dune roche-mre55, cette permabilit qui tait initialement quivalente celledune argile devenant une fois la roche fracture quivalente celle dune argile sableuse, voire localementcelle dun sable argileux. Sachant que les schistes argileux gaziers en tant que roches sdimentairesinitialement riches en matire organique nayant jamais t soumises des tempratures critiques de lordre400C restent trs susceptibles toute intrusion chimique, un risque gochimique induit par la fracturationhydraulique SGF accompagne invitablement les dsordres hydrogologiques dcrits plus hauts. Quel quesoit le fluide utilis, un dplacement de lquilibre entre la phase solide et le fluide interstitiel suite lafracturation hydraulique est invitable notamment lors la libration du mthane entranant alors unecontamination du milieu interstitiel par des composs chimiques trs toxiques. Ces aspects toxicologiques dela fracturation hydraulique SGF ont t entre autre analyss par le Dr Andr Picot et son quipe de lATC56.De cette analyse, il ressort quun schiste argileux fractur fonctionne comme un immense racteur chimique.Du point de vue du droit de lenvironnement, le massif rocheux modifi pourrait tre trait comme un dchetminier souterrain aprs la priode dexploitation du gaz de schistes.En plus des risques de contamination dcoulant des dsordres hydrogologiques occasionns par lafracturation hydraulique SGF, des contaminations additionnelles sont possibles du fait de cimentationsimparfaites de puits avec des problmes dtanchit long terme (Marc Durand, 2012); des risquessismiques sont souvent invoqus par les futurs riverains hostiles limplantation de puits de gaz de schiste.La confrontation de ces craintes aux ralits de terrain de lexploitation du gaz de schistes indique que cescraintes sont gnralement dmesures. En fait, lintensit des secousses telluriques induites par lafracturation hydraulique dans des schistes argileux est gnralement infrieure 3 sur lchelle de Richter,cest--dire trs faible57. A peine perceptibles pour des personnes en mouvement, elles noccasionnent pas deet le puits de production GPK-2. Elles a aussi montr que la composition chimique de la saumure circulant entre les deux puits tend trsrapidement se rapprocher de celle de saumure initiale avant injection deau douce pour mise en circulation de la boucle hydrothermale: aprs 5mois de circulation mobilisant quelques centaines de milliers de m3, la part de leau douce injecte pour amorcer le fonctionnement de cetteboucle ne reprsentait en effet plus que 4 8 % de la saumure circulant dans lchangeur du circuit primaire.Sources :53 Cet aspect est trs important : Aprs la phase de stimulation du rservoir, la circulation entretenue par une mise en pression de lchangeurentre les puits dinjection et le puits de production ne ncessite plus aucune goutte deau et se prolonge pendant des annes (conversationtlphonique avec A. Genter, Directeur Scientifique du projet Geothermie-Soultz, 9-01-2012). Pour entretenir cette circulation deau chaude, lapression diffrentielle ncessaire entre deux puits distants de 1 2 km serait de lordre 5 MPa en tte de puits pour une impdance hydrauliqueacceptablede lordre de 0,1 MPa au niveau de lchangeur souterrain54Genter A, Cuenot N., Goerke X., Melchert B., Sanjuan B., Scheiber J., 2012. STATUS OT THE SOULTZ GEOTHERMAL PROJECTDURING EXPLOITATION BETWEEN 2010 AND 2012. PROCEEDINGS, Thirty-Seventh Workshop on Geothermal Reservoir EngineeringStanford University, Stanford, California, January 30 - February 1, 2012. SGP-TR-194.55Durand M. , 2012, Les dangers potentiels de lExploitation des Gaz et Huiles de schiste - Analyse des aspects gologiques et gotechniques,Tir part du rapport final du Colloque du Conseil rgional le-de-France, 7 fvrier 2012, Paris, pages 173-185, Lien :www.facebook.com/notes/marc-durand-doct-ing-en-gologie-applique/les-dangers-potentiels-de-lexploitation-des-gaz-et-huiles-de-schiste-analyse-des/457267424304844.56PICOT A., DAVID J. , DAVID P. , TSAKIRIS J., 2011. LEXPLORATION ET LEXPLOITATION DES HUILES ET GAZ DESCHISTE OU HYDROCARBURES DE ROCHE-MERE PAR FRACTURATION HYDRAULIQUE, BILAN TOXICOLOGIQUE etCHIMIQUE. Publication de lASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE, PARIS57Les deux secousses telluriques enregistres prs de la ville de Blackpool dans le Lancashire en Grande-Bretagne au printemps 2011 sont cepropos souvent montres du doigt par les dfenseurs de lenvironnement. Imputes la compagnie gazire Cuadrilla Resources qui ralisait danscette rgion des travaux dexploration pour le gaz de schiste, ces secousses dune magnitude respective de 2,3 et de 1,5 sur lchelle de Richteront t suivies de nuages microsismiques cumulant au total 48 vnements et avaient bien t ressenties par la population locale. Bien que trs 23. dgts notables en surface, part des petites lzardes a et l dans les murs des habitations, ces fissurationslgres ne menaant pas la stabilit des ouvrages. Leur signature sismique, avec un vnement principalsuivi de nombreuses petites rpliques, caractrise les proprits antibliers des schistes argileux, rocheslgrement dformables de par leur teneur en argile; et donc leur aptitude amortir un mitraillagehydraulique et confiner londe de fracturation dans la roche cible. Nanmoins, la rgion concerne peutcomporter des caractristiques susceptibles damplifier les effets des sismes et dentraner des consquencesfortement dommageables. Aussi, que ce soit pour des raisons gologiques (failles la gomtrie dfavorable,niveau gologique multipliant les effets du sisme comme Mexico,), gomorphologiques (falaiseinstable,) ou humaines (constructions anciennes fragiles, monuments historiques...) une tude dimpactdoit tre ralise en pralable tout projet de fracturation hydraulique pour le gaz de schiste.A la diffrence de cas expos plus haut, la stimulation hydraulique EGS amne un risque essentiellementsismique. En Europe ce risque est dj bien identifi, notamment en termes dacceptabilit par lespopulations locales. Selon ce critre la magnitude ne pas dpasser en Europe se situerait 2 sur lchellede Richter, ce seuil correspondant un dbut de perception de secousses par des personnes en mouvement.Or ce seuil fut largement dpass Ble (Ch) en dcembre 2006 lors dune opration de stimulationhydraulique exprimentale de rservoir gothermique dans le cadre du projet Deap Heat Mining, cetteopration ayant induit des secousses sismiques allant jusqu 3,4 degrs de magnitude sur cette chelle derfrence. Il est souligner que lobjectif de ce projet tait dassurer la production de plus de 100 GWhEpour alimenter environ 10 foyers en lectricit et 100 GWhT pour le chauffage de 3.000 foyers. Certes, aupremier bilan ce projet gothermique est un chec, le programme ayant t gel ds fin dcembre 2006 linitiative du matre douvrage Geopower SA. Nanmoins des bnfices dans lavenir sont attendre de ceprogramme budget hauteur de 80 millions de francs suisses si lon prend en compte que "le sismegothermique de Ble a t le plus surveill et mesur au Monde". Cest ce que souligne Jrg Hofer,directeur de lOffice pour lEnvironnement et lEnergie de Ble-Ville 58 dans un rapport consacr cetteexprience gothermique qui navait son quivalent en Europe qu Soultz-sous-Forts de lautre ct dugraben rhnan. De ce rapport, il ressort en effet que cette exprience vocation industrielle a t bienFig.20 : situation de la ville de Ble et de ses environs sur fig. 21 : Reprsentation historique du tremblement dela carte des diffrentes zones sismiques, selon le code terre trs dvastateur et de lincendie qui suivit Ble ennational de construction suisse SIA 261 1356.contrle du dbut jusqu la fin, mme si la magnitude de ce sisme anthropique a quelque peu surpris lesoprateurs. En fait, les retours dune telle exprience se situent essentiellement sur le long terme, nonseulement en termes de perspectives nergtiques, mais aussi en termes de prvention et de prdiction descatastophes naturelles, ce qui dpasse de loin les objectifs initialement viss. En terme de prvention des castastophes naturelles, il appartient de rappeler que la ville de Ble qui estrpertorie parmi les zones risque sismique relativement lev (voir carte fig.20), avait dj connu unmdiatises, elles navaient pourtant pas occasionn de dgts notables en surface. Restait nanmoins analyser la significationhydrogologique de ces mini-tremblements de terre induits, en terme de vecteurs potentiels de contamination des aquifres.58 Jrg Hofer, 2010. Gothermie et risques sismiques. Expriences bloises. Amt fr Umwelt und Energie, Departement fr Wirtschaft,Soziales und Umwelt des Kantons Basel-Stadt, 8 novembre 2010,lien: www3.unil.ch/wpmu/svsn/files/2011/01/05_Annexe_G%C3%A9othermie-et-risques_2010.pdf 24. grand tremblement en 135659 (reprsentation historique en fig.21), la priode de retour de cette catastrophemajeure se situant autour de mille ans selon les sismologues60.Lexprience gothermique de Ble, a montr que les petits sismes induits par des stimulationshydrauliques dans le substratum cristallin 5000 m de profondeur, peuvent librer une nergie accumule lelong de failles actives. Le fait que la rplique enregistre Ble dans la soire du 8 dcembre 2006 ait euune magnitude bien suprieure celle la premire secousse enregistre trs tt dans la matine le matinmme, ces magnitudes se situant respectivement 3,4 et 2,8 degrs sur lchelle de Richter, pourrait dans cesens dfaut de preuve constituer une indication prcieuse.Par rapport au site de Ble, le site EGS de Soultz-sous-Forts est situ dans une zone relativement pluscalme en terme sismicit naturelle. Malgr cet avantage, les oprations dhydrofracturation mais aussi decirculation de fluide dans les granites chauds trs profonds (5000 m) opres sur ce site pendant les 15-20dernires annes ont dj provoqu quelques secousses se situant au-dessus du seuil de perception valuplus haut 2 lchelle de Richter. Ces quelques rares incidents qui sont resituer par rapport des milliersdvnements micro-sismiques induits enregistrs durant toutes les oprations de stimulations du rservoirnen sont pas moins problmatiques pour la conduite du projet car ils ont entrain des plaintes de lapopulation environnante. Pour rsoudre ces difficults, les oprateurs sorientent actuellement sur desprofondeurs moins grandes de lordre de 2500-3500 m o la permabilit initiale de fracture est plus grande,ce qui permet daccder une ressource mobilisable plus leve. Ils se concentrent galement sur la mise enservice de plusieurs puits de rinjection pendant lexploitation ce qui permet de limiter la pressiondiffrentielle exerce sur le massif rocheux 20 bars environ. Les rsultats obtenus dans cette direction sonttrs encourageants. En effet, grce cette adaptation, la sismicit induite pendant lexploitation a pu trerduite de 90%. ConclusionEn tant que procds visant extraire des hydrocarbures de roches-mres, la fracturation hydraulique SGFest une technique fondamentalement diffrente de la stimulation hydraulique EGS. Ces diffrences portentdabord sur lobjet en loccurrence des roches cibles distinctes dont les rponses la sollicitationhydraulique ne sont pas les mmes. Dans le premier cas, la rponse de la roche un stress compltementnouveau sera essentiellement chimique, ce risque en terme de contaminations potentielles restant lucidersur le long terme. Dans le second cas, la rponse de la roche la ractivation danciens flux hydrothermauxest essentiellement sismique. Ce risque qui est inhrent au site et la technique EGS est bien identifi maisdifficile prvoir (cf Ble). En ce qui concerne les mthodes utilises, les diffrences sont galementnormes. Dans le premiers cas, des massifs rocheux entiers sur des dizaines de milliers de km2 voient leurpermabilit compltement modifie par des coups de bliers profonds de plus de 500 bars. Dans le secondcas, une pression diffrentielle de lordre 50 200 bars suffit pour rouvrir des anciennes fractures bienlocalises et quelques puits judicieusement rpartis sur une commune dune superficie de lordre de 100 km2permettront de couvrir les besoins en nergie dune population de plusieurs dizaines de milliers dhabitants.En ce qui concerne la gestion du risque environnemental lie la fracturation SGF, les solutions proposesjusqu prsent par lindustrie noffrent gure de perspectives autres que de limiter des risques industrielsmoyens et connus; notamment celui li la gestion deffluents trs toxiques, une valeur acceptable sur lecourt terme. Sur le long terme, le risque majeur en matire de contaminations potentielles est en retour malconnu. Ce risque reste lucider en raison de la multiplicit de puits orphelins de gaz de schistes, dontltanchit ne peut tre pas garantie lchelle du temps gologique. A loppos, les rponses sismiquesconscutives chaque opration de stimulation de rservoir EGS sont gnralement trs rapides. Le risquedcoulant de ces hydrofracturations peut donc tre valu pratiquement en temps rel et gradu nonseulement en fonction de ltat initial des contraintes dans le sous-sol, mais aussi au regard de loccupationhumaine des sites. Ce dernier point constitue mme un enjeu majeur pour cette filire, dont la vocation nest59 Cette catastrophe majeure, la plus grande du genre connue jusqu ce jour dans cette partie de lEurope occidentale fut occasione par dessecousses sismiques dune magnitude comprises entre 6,5 et 7 sur lchelle de Richter. Elle a occasionn des dgts considrables dans la ville,mais aussi provoqu un gigantesque incendie.Sources: Giardini D., Wiemer S., Fh D. , Deichmann N. (2004). Seismic Hazard Assessment of Switzerland, Bul. Swiss SeismologicalService, nov. 200460 Le risque sismique en Suisse. Bulletin de lOffice Fdrale de lEnvironnement OFEV, 01.04.2009Lien : www.bafu.admin.ch/erdbeben/07637/index.html?lang=fr 25. pas seulement de fournir de llectricit, mais aussi de rpondre une demande de chaleur pour lhabitat,lindustrie et les environnements tertiaires, ce qui suppose terme une implantation de prfrence en zonepriurbaine de cette industrie.Une rapide analyse compare des besoins en eau de fracturation hydraulique SGF et de lhydrofracturationEGS permet de conclure que cette dernire mthode est de loin beaucoup plus conome, leau de stimulationEGS tant intgralement recycle dans le rservoir gothermique. Labsence deffluents liquides hautetoxicit constitue par ailleurs un avantage considrable dans ce second cas.Du fait que les environnements gologiques respectifs des deux ressources ici considres sont trsdiffrents, le cot daccs ces ressources ne peut tre que diffrent. Dans le cas du gaz de schiste odimmenses territoires sont prospecter, le cot de lexploration est relativement lev. A loppos, dans lecas de lexploration de rservoirs EGS, les investigations intressent surtout des zones structurales bordires.De ce fait le cot de lexploration reste modeste.La fracturation hydraulique SGF et lhydrofracturation EGS sont donc des techniques trs diffrentes.Toute comparaison de ces deux mthodes des fins de politique nergtique ne prsente par consquencegure dintrt en soit, dautant que les modles miniers spcifiques ces deux pratiques ne peuvent entreren comptition sur les mmes territoires et ce, pour des raisons gologiques. Grard Lemoine Kartuzy, Pologne, le 25 janvier 2013RemerciementsJean-Paul Ligeois, gologue et Chef de Section au Muse Royal de lAfrique Centrale et Professeur lUniversit Libre de Bruxelle ma invit approfondir la premire analyse initialement soumise,notamment sur la fracturation hydraulique SGF. Pour le temps quil ma consacr, ses remarquesjudicieuses et conseils pour la rdaction de texte, je tiens particulirement lui adresser mes remerciements.Albert Genter, gologue et Directeur Scientifique du GEIE Exploitation Minire de la Chaleur de Soultz,ma donn des complments dinformation trs utiles sur lhydrofracturation EGS. Il ma aussi invit clarifier ou reprendre certains passages de la seconde version propose du texte en effectuant au passagedes corrections. Pour cette aide prcieuse dans la rvision de ce texte, je lui suis trs reconnaissant.Geert Decock, directeur des stratgies la Fondation Food & Water Europe, pour lintrt port cetravail et la valorisation de cette analyse par un condens. 26. Orientation bibliographiqueBaudin F., Tribovillard N., Trichet J., 2007. Gologie de la matire organique. Editions Vuibert. 2007.Dezayes, C., Genter, A. and Hooijkaas, G. 2005. Deep-seated geology and fracture system of the EGS Soultz reservoir (France)based on recent 5km depth boreholes. Proc. World Geothermal Congress, Antalya, Turkey.Durand M., 2012. Le poids des roches. www.facebook.com/gazdeschiste.Durand M. , 2012, Les dangers potentiels de lExploitation des Gaz et Huiles de schiste - Analyse des aspects gologiques etgotechniques, Tir part du rapport final du Colloque du Conseil rgional le-de-France, 7 fvrier 2012, Paris, pages 173-185,Lien : www.facebook.com/notes/marc-durand-doct-ing-en-gologie-applique/les-dangers-potentiels-de-lexploitation-des-gaz-et-huiles-de-schiste-analyse-des/457267424304844.Forbin V., 1937. Pchelbronn ; Son gisement, sa raffinerie. La Nature N2999 - 15 Avril 1937Galusky, L. P., Jr. .2007, April 3. 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