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ASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE MDA 10, 206 Quai de Valmy, 75010 PARIS http://atctoxicologie.free.fr BILAN TOXICOLOGIQUE & CHIMIQUE L’EXPLORATION ET L’EXPLOITATION DES HUILES ET GAZ DE SCHISTE OU HYDROCARBURES DE ROCHE-MERE PAR FRACTURATION HYDRAULIQUE 2e Édition Paris, le 20 juillet 2011 Avec la collaboration de Joëlle et Pierre DAVID et de Jérôme TSAKIRIS (ATC) ATC 2011 André PICOT Toxicochimiste Directeur de recherche honoraire CNRS Expert français honoraire auprès de l’Union européenne pour les Produits chimiques en Milieu de Travail Président de l’Association Toxicologie-Chimie (Paris) ASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE MDA 10, 206 Quai de Valmy, 75010 PARIS http://atctoxicologie.free.fr 2 EXPLOITATION DES HUILES ET GAZ DE SCHISTE OU DE ROCHE-MERE ET RISQUES ASSOCIES SOMMAIRE INTRODUCTION I, L’EXTRACTION DES GAZ NON CONVENTIONNELS II, LES FLUIDES DE FRACTURATION III, COMPOSES CHIMIQUES MINERAUX CARACTERISES DANS LES FLUIDES DE FRACTURATION IV, COMPOSES CHIMIQUES ORGANIQUES CARACTERISES DANS LES FLUIDES DE FRACTURATION V, LES FLUIDES DE FRACTURATION, UN MILIEU REACTIONNEL VI, VOIES D’EXPOSITION AUX PRODUITS CHIMIQUES PRESENTS DANS LES FLUIDES DE FRACTURATION ET LES RISQUES ASSOCIES VII, LES PRINCIPAUX PRODUITS TOXIQUES POUR L’HOMME, PRESENTS DANS LES FLUIDES DE FRACTURATION VIII, UNE CONCLUSION QUI DEMEURE TOUJOURS PROVISOIRE IX, ANNEXES. ASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE MDA 10, 206 Quai de Valmy, 75010 PARIS http://atctoxicologie.free.fr 3 …« Nous vivons un tournant historique. Les perspectives d’avenir sont telles que, si nous perdons la Terre, c’est l’humanité que nous perdrons. Pour éviter une telle issue, qui ruinera l’avenir de nos enfants et le nôtre peut-être aussi, nous devons faire aujourd’hui des choix qui entraînent des implications monumentales. »… …« Ce livre est un appel à une révolution. La terre est en danger. Elle ne peut plus faire face à tout ce que nous exigeons d’elle. Elle perd son équilibre et l’humanité qui en est la cause. »… …« Cet ouvrage nous rappelle que nous devons retrouver nos liens avec notre passé pour mieux maîtriser notre avenir. »… …« Le système qui entretient la vie sur notre planète commence à se détraquer et notre survie même est en question. Ce que nos enfants et petits enfants se demanderont, ce n’est pas ce que nous avons dit, mais ce que nous avons fait, souvenez-vous-en. Proposons donc une réponse, une réponse dont nous puissions être fiers. »1 1 Extraits de « HARMONIE, Une nouvelle façon de regarder le monde » par le Prince de Galles. Editions Odile Jacob, Paris (Octobre 2010) ASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE MDA 10, 206 Quai de Valmy, 75010 PARIS http://atctoxicologie.free.fr 4 INTRODUCTION Comme les réserves de gaz naturel conventionnel (méthane…) décroissent inexorablement et pourraient être épuisées dans une soixantaine d’années, l’extraction des huiles et gaz non conventionnels emprisonnés dans du schiste ou hydrocarbures de roche-mère (roches sédimentaires) ou du charbon apparaît comme une alternative très séduisante pour plusieurs pays (Etats-Unis, Canada, maintenant l’Europe et dans l’avenir la Russie et la Chine). Récemment des analystes économistes américains ont déclaré que les compagnies pétrogazières, surestiment la productivité et la taille des réserves de gaz de schiste aux États-Unis (The New York Times, 25 Juin 2011). Le tableau 1, recense les ressources mondiales (en trillions de m³ des trois différents types de gaz). Type de gaz Ressources mondiales En trillions de m³ Estimation des coûts d’extraction en milliers de dollars Gaz de schiste 666 140 à 210 $ Gaz de charbon 256 35 à100 $ Gaz conventionnel 185 - Tableau 1 : RESSOURCES MONDIALES DE DIFFERENTS GAZ HYDROCARBONES (Source : Investors Chronicle, avril 2010) Les gaz non conventionnels représenteraient plus de quatre fois les ressources de gaz conventionnels. Si on arrivait à bien exploiter ces gaz non conventionnels, cela changerait considérablement la politique énergétique mondiale, mais à quel prix pour l’environnement, tant les techniques d’extraction actuellement mises en place semblent polluantes et par ailleurs pas aussi rentables que vantées ! I, L’EXTRACTION DES GAZ NON CONVENTIONNELS Si les nappes de gaz conventionnels (méthane) sont bien localisées dans des poches le plus souvent hermétiques, par contre les gisements de gaz non conventionnels sont répartis de manière diffuse dans différentes couches géologiques. Classiquement, ces gaz non conventionnels se regroupent en trois catégories : Les gaz de schiste ou roche-mère enfermés dans différentes formations géologiques argileuses. Les gaz de charbon piégés dans des lits de charbon (houille) et responsables des coups de grisou, qui frappent encore fréquemment plusieurs pays charbonniers (3000 morts/an en Chine). Les autres sources de gaz, confinées dans des réservoirs de très faible perméabilité (tight gas). L’extraction du gaz naturel de schiste ou roche-mère par fracturation hydraulique (hydraulic fracturing ou fracking) est une technologie récente, qui a débuté aux Etats-Unis à l’échelle ASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE MDA 10, 206 Quai de Valmy, 75010 PARIS http://atctoxicologie.free.fr 5 industrielle en 2005, d’abord aux Etats-Unis puis localement en Europe (Allemagne, Grande- Bretagne…) Actuellement le gaz extrait par cette technologie correspond à environ 15% de la production totale de gaz aux Etats-Unis. Classiquement, deux techniques de forage sont utilisées : Le forage vertical, réalisé depuis la surface du sol. Le forage horizontal, à partir d’un puits vertical et permettant d’opérer sur de grandes distances (1 à 3 km). Ces technologies de plus en plus perfectionnées, permettent d’atteindre des formations géologiques profondes (jusqu’à 4000 mètres de profondeur). A ces profondeurs, comme la perméabilité du schiste est très faible et ne peut permettre l’extraction du gaz inclus, il est obligatoire de fracturer la roche par des techniques chimiques très puissantes (eau, fluides spéciaux, sous pression). La fracturation dite hydraulique se fait par injection d’eau (2000 à 20.000 m³ par cycle de fracturation) sous forte pression (plus de 76MPa) avec du sable fin et des produits chimiques qui empêchent les fractures de se refermer, comme l’indique les schémas 1 et 2, ci-après : Schéma 1 TECHNIQUES DE FORAGE UTILISEES CLASSIQUEMENT POUR EXTRAIRE LE GAZ ET HUILES DE SCHISTE ASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE MDA 10, 206 Quai de Valmy, 75010 PARIS http://atctoxicologie.free.fr 6 Schéma 2 PARCOURS DU FLUIDE DE FRACTURATION DANS L’EXTRACTION DU GAZ ET HUILES DE SCHISTE A part l’eau, le fluide de fracturation peut-être de la boue ou un fluide synthétique à viscosité contrôlée, enrichi en agents durs (sable tamisé, microbilles de céramique…). Historiquement, le premier essai de fracturation hydraulique sur un puits vertical aurait été testé aux Etats-Unis en 1947 par la compagnie « HALLIBURTON ». Quant au premier forage horizontal il aurait été réussi en juin 1980 par ELF-AQUITAINE à Lacq. Photo : Puits d’extraction de gaz de schiste ASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE MDA 10, 206 Quai de Valmy, 75010 PARIS http://atctoxicologie.free.fr 7 II, LES FLUIDES DE FRACTURATION Les fluides de fracturation (fracturing fluid) sont des fluides injectés sous fortes pressions dans une formation géologique, afin de broyer des roches dures et peu perméables, dans le but de libérer les hydrocarbures (gaz, huile) qu’elles emprisonnent. Ce fluide de fracturation a trois fonctions principales : a- Transporter les composés chimiques, qui vont aider à désorber de la roche le gaz à extraire. Jusqu’à une date récente, la composition des fluides de fracturation était tenue secrète par les exploitants, au titre du secret industriel. b- Ouvrir et étendre un réseau de fractures. c- Transporter des agents de soutènement (proppants) qui sont des particules solides en suspension dans un fluide et ceci, le long des fractures. Devant l’inquiétude croissante des populations environnantes, l’Agence de Protection environnementale américaine (US –EPA) a demandé en mars 2010 à neuf compagnies, qui aux Etats-Unis, exploitent les huiles et gaz de schiste, de lui fournir la liste des produits chimiques, utilisés dans leurs différents procédés. En fait, celle-ci, paraît assez folklorique ! (2500 produits, plus ou moins bien identifiés). Un pré rapport2, de février 2011, concernant l’impact des fluides de fracturation sur les ressources en eau, fournit des informations intéressantes, quant aux produits chimiques caractérisés dans les eaux de rejets d’extraction. En toute logique, la composition chimique des fluides de fracturation doit varier selon la nature des roches à fragmenter, la profondeur du puits et certainement par rapport à bien d’autres critères non publiés, le secret industriel étant de mise dans cette activité. Selon le site internet de la firme pétrolière américaine HALLIBURTON3, le fluide de fracturation utilisé par cette entreprise contiendrait en moyenne 99,5% d’un mélange d’eau et de sable (silice cristalline), ce sable pouvant être pelliculé de résines ou être remplacé par des billes de céramique. En plus de l’eau et des agents de soutènement (sable, billes de céramique…), le fluide de fracturation peut contenir divers produits chimiques et ceci à des concentrations variables, selon les firmes et les sites d’extraction. Selon les compagnies pétrolières, la composition en additifs chimiques varie considérablement. Certaines sociétés affirment utiliser moins de 10 produits, négligeant même de mettre des biocides. Si cette dernière information est exacte, on peut craindre une contamination microbiologique des écosystèmes aquatiques et du sol, lors de la remontée du fluide de fracturation. 2 EPA/600/D-II/001/February 2011/www.epa.gov/research 3 http://www.halliburton.com/public/projects/pubsdata/hydraulic_fracturing/fracturing.101html ASSOCIATION TOXICOLOGIE-CHIMIE MDA 10, 206 Quai de Valmy, 75010 PARIS http://atctoxicologie.free.fr 8 Dans le tableau 2, à partir des données publiées concernant les fluides dits de fragmentation utilisés dans l’extraction des huiles et gaz de schiste aux Etats-Unis, sont résumés les principaux types d’agents chimiques, ainsi que leur concentration uploads/Geographie/ bilan-toxicologie-chimie-gaz-de-schiste.pdf