Gaz de schiste

Gaz de schiste

Faits importants

  • Le gaz de schiste s’impose de plus en plus comme nouvelle source d’approvisionnement en gaz naturel à faible coût en Amérique du Nord.
  • Au Canada, on trouve des ressources potentielles, et des exploitations de gaz de schiste, en Colombie‑Britannique, en Alberta, en Saskatchewan, au Manitoba, en Ontario, au Québec, au Nouveau-Brunswick et en Nouvelle-Écosse. La plupart des activités de forage et de production en cours se déroulent dans les bassins de schiste de Montney et de Horn River, au nord-est de la Colombie-Britannique.
  • Le gaz naturel est une source d’énergie relativement propre, efficace et abondante. Ce combustible est de plus en plus utilisé dans les services résidentiels, commerciaux et industriels.
  • Le gaz naturel représente un combustible important dans la transition vers une économie à faible combustion de carbone, car en brûlant, il dégage moins de résidus que tout autre combustible fossile et il existe en grande quantité. Les chercheurs estiment que les réserves de gaz naturel de l’Amérique du Nord, en grande partie composées de gaz de schiste, pourront être exploitées pendant plus de 100 ans.
  • Le gaz naturel peut remplacer les combustibles qui produisent davantage de gaz à effet de serre (GES) actuellement utilisés dans des domaines tels que la production d’énergie, le chauffage et les transports. À titre d’exemple, les émissions de GES attribuables à la combustion du gaz naturel sont approximativement 30 p. 100 moins polluantes que les émissions associées au pétrole et 45 p. 100 moins polluantes que celles associées au charbon.
  • Les progrès technologiques en matière de forage (forages horizontaux à longue portée) et les nouvelles techniques de complétion des puits (fracturation hydraulique en plusieurs étapes) ont permis la production commerciale du gaz à partir des schistes, ce qui a augmenté les perspectives à long terme d’approvisionnement en gaz naturel en Amérique du Nord.
  • Depuis plus de 60 ans, l’industrie en Amérique du Nord utilise en toute sécurité la fracturation hydraulique pour stimuler la production pétrolière et gazière dans les réservoirs conventionnels.
  • Si l’exploitation du gaz de schiste est une industrie relativement bien établie aux États-Unis (qui comptent plus de 40 000 puits en production), elle n’en est encore qu’à ses premiers pas au Canada.

Foire aux questions

Qui réglemente l’exploitation du gaz de schiste?

En vertu de la constitution canadienne, les provinces sont propriétaires et gestionnaires des ressources naturelles qu’on retrouve sur leur territoire, et elles en réglementent les activités d’exploitation.

Quel est le rôle de Ressources naturelles Canada dans l’exploitation du gaz de schiste?

Ressources naturelles Canada fournit des renseignements géoscientifiques utiles à la prise de décisions en matière d’exploration, de gestion des ressources et de protection de l’environnement.

Techniques d’exploration du gaz de schiste

L’exploration du gaz de schiste fait appel à des méthodes d’exploration pétrolière classiques et à des études spécialisées pour ce type de gisement.

Faits importants

  • Les levés bidimensionnels et tridimensionnels de sismique-réflexion demeurent des outils de première nécessité pour établir les paramètres géométriques des sites d’exploration, notamment la profondeur et les variations à l’intérieur d’un dépôt de schiste.
  • Le forage est une méthode indispensable pour déterminer les caractéristiques physiques et chimiques de la roche hôte et évaluer la qualité et la quantité de la ressource.
  • La phase initiale de l’évaluation du potentiel gazier du schiste comporte l’étude de paramètres, tels que la teneur en matière organique et le type de l’épaisseur, la maturation thermique et la géométrie des successions.
  • Parmi les études propres à l’exploration du gaz de schiste, la caractérisation minéralogique et géotechnique du schiste contrôlant sa capacité à subir une fracturation hydraulique s’avère essentielle. La quantification de la part respective du gaz libre (dans les fractures et les nanopores) et du gaz adsorbé (fixé sur les molécules organiques et les argiles) est également importante.
  • Des projets pilotes sont en général entrepris pour démontrer la viabilité économique de l’exploitation.

Foire aux questions

Quels sont les effets des levés sismiques?

Au cours des levés sismiques, on enregistre la réflexion le long des plans rocheux des ondes acoustiques générées par des camions vibrateurs ou par l’explosion de petites charges de dynamite enfouies dans le sol. À l’exception du faible bruit et des vibrations produites, les levés sismiques sont considérés comme sans conséquence sur les activités humaines, agricoles et forestières.

Combien de temps peuvent prendre les travaux d’exploration avant la phase d’exploitation?

Il peut s’écouler de quelques années à plus d’une décennie entre la phase d’exploration et l’exploitation proprement dite du gaz de schiste. L’exploration du gaz de schiste aux États-Unis montre que la courbe d’apprentissage varie fortement d’un bassin sédimentaire à un autre. Il s’avère notamment que les paramètres pour une fracturation hydraulique optimale (orientation des forages, fluides utilisés, etc.) sont particuliers à chaque gisement de gaz de schiste. Par conséquent, le rythme d’exploitation est donc largement tributaire des résultats technologiques.

Techniques de forage et de fracturation pour le gaz de schiste

Les schistes sont des formations rocheuses à faible perméabilité; il faut recourir au forage de puits horizontaux et à la fracturation hydraulique pour extraire de façon économique et en quantité commerciale le gaz qu’ils renferment.

Faits importants

Pour augmenter le volume de schiste en contact avec le forage, un puits vertical est initialement foré puis est progressivement dévié à l’horizontal dans la formation rocheuse cible, la recoupant sur une distance de un à trois kilomètres.

  • Une fois que le forage est terminé et que plusieurs couches de tubage métallique et de ciment ont revêtu les parois du puits, un fluide est injecté sous haute pression pour fracturer le schiste, augmenter la perméabilité de la roche et faciliter la circulation du gaz naturel.
  • Le forage horizontal est désormais la méthode usuelle d’extraction du gaz de schiste, car elle permet de concentrer la fracturation hydraulique sur une partie spécifique du schiste et d’augmenter considérablement le volume de roche fracturée le long du puits. Après la fracturation hydraulique, les sections horizontales et verticales du puits de forage servent de drain pour le gaz.
  • La fracturation hydraulique se fait par l’injection d’eau sous pression contenant normalement de faibles volumes de sable et d’additifs. La fracturation hydraulique en plusieurs étapes permet d’augmenter sensiblement la perméabilité des formations rocheuses riches en gaz à la périphérie du puits horizontal, puisqu’elle provoque de petites fractures qui se propagent verticalement de 100 à 200 mètres au maximum.

Foire aux questions

Comment fonctionne la fracturation hydraulique?

La fracturation hydraulique consiste à injecter de l’eau sous pression dans la roche. L’ajout de sable (agent de soutènement) dans l’eau pendant la fracturation hydraulique a pour but d’empêcher les microfractures créées artificiellement de se refermer sous l’effet des fortes pressions exercées en profondeur. Ainsi, les fractures demeurent ouvertes et permettent au gaz de s’échapper. L’ajout d’additifs (représentant en général moins de 1 p. 100 du fluide injecté) a plusieurs buts, principalement d’augmenter la viscosité du fluide injecté, d’optimiser la récupération de l’eau postfracturation et de protéger le tubage de production de la corrosion.

À quelle profondeur la fracturation hydraulique est-elle effectuée?

La profondeur des dépôts de schiste varie énormément. À titre d’exemple, dans les basses-terres du Saint-Laurent, le Schiste d’Utica est situé à des profondeurs comprises entre 500 mètres (à l’ouest) à plus de 3 000 mètres (à l’est). En règle générale, on entreprend la production économique dans les endroits où les schistes sont profondément enfouis (entre un et trois kilomètres) puisque la surpression des roches en place est nécessaire à la circulation du gaz en subsurface. La fracturation hydraulique est autorisée uniquement à des profondeurs bien en dessous des plus profonds aquifères d’eau douce.

Géologie du gaz de schiste en Amérique du Nord

Le gaz de schiste représente une part croissante de la production de gaz naturel en Amérique du Nord. L’augmentation rapide de la production de ce type de gaz non traditionnel se traduit par un nombre croissant de travaux d’exploration dans les bassins sédimentaires aux États-Unis et au Canada. À titre d’exemple, des activités à divers stades d’exploration sont menées en Colombie-Britannique, en Alberta, en Saskatchewan, au Manitoba, en Ontario, au Québec, au Nouveau-Brunswick et en Nouvelle-Écosse. L’évaluation du potentiel du gaz de schiste a conduit à une reconfiguration complète de la carte énergétique à l’échelle du continent nord‑américain.

Faits importants

  • Des dépôts rocheux ayant un potentiel de production de gaz de schiste ont été répertoriés dans de nombreux bassins sédimentaires en bordure du bouclier nord-américain.
  • Ces dépôts rocheux formés de roches sédimentaires à grains fins, appelés schistes présentaient à l’origine des teneurs élevées en carbone organique qui s’est transformé en gaz naturel.
  • Il existe des différences importantes entre les schistes ayant un potentiel gazéifère, notamment par rapport à l’âge, à la minéralogie, à l’épaisseur et à la proportion respective de gaz libre (présent dans les fractures et les nanopores) et au gaz adsorbé (fixé à la surface des molécules organiques et des minéraux argileux).
  • Le gaz naturel est soit d’origine thermogénique profonde (issu de la transformation thermique d’hydrocarbures liquides et de matières organiques lors de l’enfouissement), soit d’origine biogénique peu profonde (issu de la dégradation, près de la surface, de la matière organique par des bactéries).

Foire aux questions

Comment le gaz de schiste se forme-t-il?

Les systèmes d’hydrocarbures sont constitués de trois éléments clés : une roche mère riche en matière organique, une roche réservoir caractérisée par une porosité et une perméabilité variables et une roche couverture qui agit comme un scellant. Le gaz de schiste est un système non conventionnel où ces trois éléments sont réunis dans une même unité rocheuse. En raison de la très faible perméabilité de ces schistes, il est nécessaire de recourir à des techniques de stimulation artificielle propres à ce type de système d’hydrocarbures pour augmenter le débit de gaz à un volume commercialement viable.

Pourquoi le gaz de schiste n’était-il pas exploité par le passé?

Les schistes qui renferment le gaz naturel sont très peu perméables, ce qui limite la circulation naturelle du gaz. L’extraction du gaz à un débit commercial viable n’a été rendue possible que grâce à la combinaison récente de deux techniques : le forage de puits horizontaux et les procédés de fracturation hydraulique en plusieurs étapes. La fracturation répétée du volume rocheux jouxtant la portion horizontale du puits permet la libération d’un volume économique de gaz naturel.

Géologie du gaz de schiste au Québec

L’exploration du gaz de schiste a atteint un niveau sans précédent au Québec, selon les déclarations de l’industrie qui font état de taux initiaux de production élevés de gaz extrait des puits situés dans les basses-terres du Saint-Laurent.

Faits importants

  • Le Schiste d’Utica a un énorme potentiel de production de gaz naturel. L’unité sus-jacente a également un potentiel de gaz de schiste, quoique encore non démontré.
  • Le Schiste d’Utica se définit par l’âge (environ 460 millions d’années) et par sa composition. On constate que des unités rocheuses similaires s’étendent de la Caroline du Nord au sud à Terre-Neuve-et-Labrador au nord. Le domaine actuellement exploré pour ses schistes se limite à la rive sud du fleuve Saint‑Laurent, entre la ville de Québec et le nord-ouest de l’État de New York.
  • On trouve cette unité de schiste de façon sporadique en surface le long de la rive nord du fleuve Saint-Laurent, entre Québec et Trois-Rivières, et plus profondément enfouie, à mesure qu’on s’éloigne vers l’est. Cette unité de schiste est relativement riche en carbone organique (p. ex., matière végétale et animale) et a généralement une épaisseur de 100 à 200 mètres.
  • Le Schiste d’Utica se distingue par sa minéralogie, avec une teneur plus élevée en carbonates (p. ex., roches carbonatées telles que le calcaire) et est plus vieux que la majorité des autres gisements de gaz de schiste en Amérique du Nord.

Foire aux questions

Quand a-t-on découvert le potentiel gazéifère du Schiste d’Utica?

On connaît l’existence du potentiel gazéifère du Schiste d’Utica depuis plusieurs décennies. Les travaux de recherche en géologie et les sondages d’exploration à la recherche de réservoirs enfouis plus profondément, qui contiennent des hydrocarbures traditionnels, ont documenté une teneur élevée en carbone organique et des sursauts de pression considérables de gaz dans le Schiste d’Utica. Cependant, le débit de gaz était jugé trop faible pour présenter une valeur commerciale. Les progrès technologiques des dernières années ont accru la viabilité économique de l’exploration du gaz de schiste au Québec.

A-t-on évalué le potentiel pour la découverte d’hydrocarbures liquides?

Parmi les hydrocarbures liquides, il y a les liquides de gaz naturels ou condensats, tels que l’éthane, le propane et le butane ainsi que le pétrole liquide. On a démontré que le potentiel de découverte d’hydrocarbures liquides existe, mais se limite à des zones étroites superficielles. Dans l’ensemble des basses-terres du Saint-Laurent, le Schiste d’Utica a été enfoui sous plus de cinq kilomètres de sédiments. À ces profondeurs, la température est suffisante pour convertir en gaz la matière organique et les hydrocarbures liquides. Plus de 350 millions d’années d’érosion ont contribué à ramener le Schiste d’Utica à des profondeurs plus accessibles pour en faciliter l’exploitation.

Retombées économiques de l’exploitation du gaz de schiste

L’exploitation du gaz de schiste peut générer des retombées économiques considérables et fournir une énergie relativement propre et abordable aux Canadiens. Les avantages économiques comprennent notamment :

  • le paiement de concessions et de redevances aux propriétaires des ressources, soit les gouvernements provinciaux;
  • les avantages macroéconomiques, dont l’amélioration des perspectives d’emploi, des investissements, des recettes fiscales et des balances commerciales, et la réduction de la dépendance à l’énergie importée.

Faits importants

Canada

  • Le secteur des hydrocarbures constitue l’un des piliers de l’économie canadienne; il procure actuellement plus de 500 000 emplois directs et indirects à l’échelle du pays.
  • Le Canadian Energy Research Institute prévoit que le secteur des hydrocarbures injectera plus de 3,5 billions de dollars dans l’économie canadienne au cours des 25 prochaines années.
  • En 2008, ce secteur a versé des redevances totalisant plus de 28 milliards de dollars aux gouvernements provinciaux.

Provinces : le Québec par exemple

  • Depuis 2007, l’activité pétrolière et gazière en amont a généré des investissements de plus de 200 millions de dollars au Québec.
  • Le Québec débourse annuellement environ deux milliards de dollars pour ses importations de gaz naturel, pour répondre à 11 p. 100 de la demande d’énergie de la province.
  • Au rythme actuel de consommation, et compte tenu des estimations des ressources en gaz de schiste, le Québec pourrait disposer de suffisamment de gaz naturel pour répondre à ses besoins pour des décennies.

Foire aux questions

Quelle est la valeur estimative des ressources en gaz de schiste de la formation d’Utica, au Québec?

La ressource récupérable étant estimée entre 18 et 40 billions de pieds cubes1, la valeur marchande des dépôts de gaz de schiste québécois pourrait osciller2 entre 70 et 140 milliards de dollars si elle est exploitée à son plein potentiel aux prix actuels du gaz naturel.

Quel est le rôle des gouvernements dans l’exploitation du gaz de schiste?

Les gouvernements fédéral et provinciaux s’efforcent d’établir des cadres réglementaires et financiers efficaces et concurrentiels afin d’attirer les investisseurs. Les provinces ont le pouvoir d’adapter leur régime de redevances dans le but de stimuler le développement de cette industrie. Les décisions finales quant à l’investissement sont prises par le secteur privé.

Les provinces sont responsables des règlements sur les diverses phases d’exploitation et de production, en vue de protéger l’environnement et les autres préoccupations sociétales des secteurs d’intérêt industriel.

Émissions de gaz à effet de serre du gaz de schiste

Les émissions de gaz à effet de serre du gaz de schiste canadien au cours de son cycle de vie sont supérieures d’environ 4 % à celles engendrées par la production et de la consommation de gaz naturel classique.

Faits importants

  • L’analyse du cycle de vie tient compte de toutes les émissions importantes de gaz à effet de serre produites à toutes les étapes de la production, du traitement, du transport et de la consommation d’un carburant afin de présenter une empreinte carbonique complète. L’outil d’analyse du cycle de vie GHGenius de Ressources naturelles Canada a été employé pour modéliser les émissions de gaz à effet de serre du gaz de schiste au cours de son cycle de vie.
  • Au Canada, le gaz de schiste produit en moyenne 4 % plus d’émissions de gaz à effet de serre pendant son cycle de vie que le gaz classique canadien moyen3. Pour les deux principaux projets de mise en valeur du gaz de schiste en cours, les résultats sont inférieurs de 1 % à ceux du gaz classique pour le thème gazier Montney et supérieurs de 10 % à ceux du gaz classique pour le thème gazier Horn River. La grande différence est attribuable à la teneur inhabituellement élevée de dioxyde de carbone du thème gazier Horn River.
  • Les résultats de production des premières étapes de la mise en valeur du gaz de schiste canadien indiquent que ces puits seront très productifs, et que les émissions supplémentaires produites lors du forage horizontal et de la fracturation hydraulique seront faibles une fois étalées sur la production prévue pendant le cycle de vie d’un puits de gaz de schiste.

Foire aux questions

Le gaz de schiste produit-il vraiment davantage d’émissions de gaz à effet de serre que le charbon?

Non. En fait, comme pour le gaz classique, le gaz de schiste produit beaucoup moins d’émissions que le charbon. Aux fins de comparaison, la production d’électricité par une turbine alimentée au gaz entraînera environ 56 % moins d’émissions de gaz à effet de serre pendant son cycle de vie qu’une centrale alimentée au charbon, et environ 55 % moins d’émissions si la turbine est alimentée au gaz de schiste canadien.

Qu’en est-il de l’impact des émissions de méthane découlant du forage et de la fracturation hydraulique?

Certaines études sur les émissions de gaz à effet de serre produites par le gaz de schiste avancent que de grandes quantités de méthane, un composant principal du gaz naturel qui est un puissant gaz à effet de serre, sont libérées dans l’atmosphère pendant la construction du puits. Cela est peu probable au Canada pour des raisons environnementales et économiques et pour des raisons de sécurité, et la plupart des provinces qui ont une production importante de gaz ont également des initiatives visant à réduire la libération de gaz. La majeure partie du gaz produit à cette étape est captée et brûlée à la torche ou recueillie pour traitement et vente. Une fois le puits achevé, le gaz est traité de la même manière que le gaz produit par les puits classiques, alors les émissions de méthane fugitives seront les mêmes.

Dans l’ensemble, quelles sont les répercussions de l’augmentation de la production de gaz de schiste sur les émissions de gaz à effet de serre par comparaison avec la production de gaz classique, au Canada?

La plupart des thèmes de gaz de schiste possibles ont une faible teneur en dioxyde de carbone, comme la production de gaz classique typique. Par conséquent, à mesure qu’augmente la mise en valeur du gaz de schiste, les émissions de gaz à effet de serre par unité de gaz de schiste produite et consommée devraient être semblables à celles de la production et de la consommation de gaz naturel classique.

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1Le développement du gaz de schiste au Québec – document technique, le 15 septembre 2010, ministère des Ressources naturelles et de la Faune.
2En supposant une valeur marchande de 4 $/gigajoule, ce qui se rapproche des prix actuels dans l’Est canadien.
3Shale Gas Update for GHGenius, S&T Squared Consultants Inc, 31 août 2011.