Reportage sur les fuites dans les puits de gaz de schiste à Découverte en septembre 2011

Commentaire sur le reportage du 18 septembre 2011 à l'émission scientifique Découverte à Radio-Canada

par Marc Durand, (participant pour un très court extrait dans le reportage, voir à la minute 11:45)

Les problèmes très sérieux associés à la fracturation hydraulique et aux rejets massifs d'eau ainsi contaminée ont monopolisé l'attention des médias dans le dossier des gaz de schiste. C'est une question importante et ce sera toujours un aspect central du dossier, mais on ne doit pas oublier un autre problème tout aussi préoccupant: les fuites de méthane. L'émission Découverte a diffusé un reportage dimanche le 18 septembre 2011 sur ce sujet spécifique. L'équipe de Découverte avait sollicité de moi une entrevue en février 2011 pour la préparation du reportage; je crois donc utile de livrer quelques commentaires sur l'émission présentée.

Le reportage peut être visionné à ce lien : Découverte 18 septembre 2011

Est-ce un reportage qui traite de façon correcte du sujet des fuites de méthane dans les puits gazier de l'Utica? Il y a le fond et la forme: pour le fond, en restreignant la question à l'état actuel des fuites, je pourrais dire oui, le reportage présente un bon portrait* de la question des fuites actuelles. Mais il traite aussi en toute fin, et de façon vraiment très sommaire, la question des fuites possibles dans le long terme, après l'abandon des puits. Là le fond du sujet est hélas mal présenté, car c'est beaucoup trop bref et vraiment incomplet. La cause de ces fuites se résumerait, selon les propos du reporter Jean-Hugues Roy, à la question de la remontée en pression dans les puits; c'est une toute petite partie de la question, car elle est combinée à la dégradation inévitable des coulis et des aciers des puits abandonnés ce qui n'est pas du tout traité dans le reportage. On ne dit pas non plus que l'abandon survient quand le débit devient non rentable et qu'à ce moment là, il reste 80% du méthane qui poursuit sa migration vers les fractures. Il aurait été important d'indiquer que c'est ce qui explique pourquoi la pression remontera dans les puits.

La migration du méthane vers les nouvelles fractures créées est un lent processus géologique qui en est encore à ses tout débuts quand les forages sont bouchés et abandonnés. On ne peut pas parler des fuites sans traiter de cela aussi. Tout ceci faisait partie de l'essentiel de l'entrevue que j'ai donné en février et qui est omis du reportage.

J'ai un gros bémol quant à la forme du reportage; là on sait bien que sur un sujet aussi nouveau et controversé, diverses thèses scientifiques et techniques s'affrontent. On peut parler d'arguments scientifiques pro et anti. Il y a aussi dans le reportage, du temps des entrevues, et des commentaires, disons ni pour, ni contre; dans ceux-là, je range les propos des employés du gouvernement, les propos du narrateur Jean-Hugues Roy, les animations de l'équipe d'infographie 3D de Découverte, toujours de haute qualité, etc.

Côté pro-gaz, on a donné tout le temps requis à la géologue de Talisman pour temporiser et minimiser toutes les questions traitées sur le sujet : avec six interventions pour une durée cumulative de 1 minute 40 sec, Mme Molgat défend abondamment le point de vue des cies gazières, comme quoi, les fuites, il n'y a rien là, pas de quoi s'inquiéter, on fera mieux la prochaine fois, etc. Talisman Energy avait émis une protestation après la diffusion de l'émission Découverte du 14 novembre sur les gaz de schiste; il serait outrecuidant qu'ils protestent à nouveau cette fois-ci, avec le traitement très généreux reçu dans ce deuxième reportage.

Je me range du côté de ceux qui dans le débat apportent des arguments scientifiques contre cette industrie. Je ne ferais pas l'affront à mon collègue Maurice Dusseault de le ranger dans un camp ou l'autre, sans avoir son avis. J'ai apprécié dans le reportage qu'on lui ait donné du temps de bien expliquer ce qu'est un coulis; c'était visuel et bien fait. On omet simplement de préciser que les coulis comportent aussi en plus de l'eau et du ciment, des additifs pour le rendre plus fluide, et pour bien d'autres choses. Il l'a sûrement précisé, mais cela n'a pas été retenu dans les extraits de son entrevue. Monsieur Dusseault a beaucoup travaillé pour l'industrie des hydrocarbures de l'Alberta et je crois qu'il a fait une présentation objective dans l'extrait diffusé.

Comme temps de reportage du côté des antis, on montre des séquences d'une manif et on interroge, comme c'est obligé, Dominic Champagne. Je n'ai rien contre M. Champagne, au contraire je l'apprécie hautement, mais encore une fois, ceux qui verront ce reportage pourront dire que d'une part, l'industrie présente l'opinion d'experts et d'autre part, les contres présentent celles d'artistes et de gens ordinaires émotifs. L'équipe de Découverte n'avait pas comme objectif premier de présenter un reportage avec une optique de monter à parts égales, les arguments pour et les arguments contre, je le reconnais et je le conçois très bien. Mais le sujet étant ce qu'il est, c'est la façon dont c'est perçu dans le public, depuis qu'il est devenu si controversé. Découverte a le prestige d'une haute autorité dans la diffusion de ses reportages scientifiques.

À Découverte, j'aurais aimé qu'on se restreigne plutôt à des entrevues de scientifiques ou d'experts qui ont des arguments scientifiques: il y en a plus de 150 au collectif scientifique mis sur pied à l'Université (site du Collectif Scientifique), ce n'est pas le choix qui manque. Je suis donc désolé de constater que la contre argumentation repose que sur les deux très courts extraits, où je m'exprime dans ce reportage. Je dois avouer que je suis déçu; mon pas parce qu'on n'a retenu que 25 secondes (11s + 14s) d'une entrevue de 45 minutes. C'est court, beaucoup plus court que le temps donné à l'experte de Talisman, mais je ne retiens pas cela en termes de durée. Non je suis déçu du choix de nʼavoir retenu pour moi que deux extraits, où je fais deux énoncés qui parlent du coût, ce qui n'est pas mon domaine de recherche. J'avais longuement exposé des éléments géotechniques pour exposer l'origine et l'évolution des fuites actuelles et pour les fuites futures, la dégradation des coulis et des aciers dans le temps, dans l'Utica qui continuera à libérer du méthane pour des siècles, etc. On a retenu pour le reportage que deux bouts d'entrevue, où les opposants auront le loisir de dire que je fais des affirmations non étayées et que parle d'impacts (coûts) hors de mon champ de compétence, qui est avant tout l'ingénierie géotechnique. Elle étaient pourtant bien étayées ces deux conclusions, mais comme je l'ai expliqué dans le premier paragraphe, la présentation scientifique du volet fuites à long terme est là mais vraiment trop tronquée dans le reportage, ce qui fait apparaître mes deux extraits bien peu scientifiques.

Ce que l'auditoire retiendra, c'est que les fuites existent, mais le gouvernement les surveille, sans trop s'inquiéter; les représentants des cies ajoutent que ce n'est pas grave du tout, qu'ils vont les réparer et que ce sera mieux la prochaine fois. Monsieur Paquin du MENVIQ ajoute que finalement, il n'y en a que deux fuites significatives sur les 19 cas du début du reportage. Pour le long terme, mes déclarations paraissent alarmistes, car privées de leurs explications préalables. Elles arrivent isolées, en porte-à-faux par rapport aux données scientifiques présentées dans le reportage. Des déclarations sensationnelles isolées ainsi, ça peut convenir pour faire du sensationnalisme, mais cela ne cadre pas selon moi avec la rigueur scientifique qu'on a toujours à Découverte. Le reportage présente ensuite après moi, à nouveau, la géologue de Talisman, une sixième fois dans ce reportage, laquelle vient conclure que les fuites c'est pas grave du tout, il y en a partout, un peu comme celles à la station d'essence pour la voiture.

Le reporter termine en ramenant la problématique de tout cela à une question de culture (sic!) et une question de perception différente au Québec. Ici, gros danger, car justement l'industrie véhicule sur de multiples tribunes que, c'est normal ces premières perceptions d'inquiétude, car c'est nouveau ici, mais quand on aura l'exploitation sera bien implantée, alors là on rejoindra sans doute la même culture universelle (celle du Texas et de l'Alberta?) dans la perception de l'exploitation des gaz de schiste. Je dois préciser que le reporter de Découverte ne dit pas cela, mais s'aventurer sur ce terrain dans reportage, qui avait si peu de temps à consacrer à des témoignages d'experts, était ouvrir la porte à toutes sortes de perceptions, dont celle-là. 

La question de culture différente au Québec, certes ça existe si on souhaite analyser cela au point de vue sociologique, mais pourrait-on dans un reportage traitant d'ingénierie de forage et de données scientifiques, laisser cela de côté pour une autre émission et ne pas noyer encore une fois le poisson avec la même sauce? Le méthane qui du fond du puits remonte vers la surface, ne sait pas et s'en fout qu'en haut en surface il y ait une culture différente. Le méthane va remonter selon les lois universelles de la physique, tout simplement. Peut-on garder la discussion sur ce terrain dans une émission scientifique?

La durée du temps qu'on m'a accordé n'est pas la cause de ma déception. Ce qui me déçoit, c'est le choix d'avoir mis uniquement en opposition à ceux de l'industrie deux très courts extraits choc, en les coupant de l'argumentaire scientifique et technique indispensable, comme unique présentation des opinions des scientifiques qui s'opposent, comme moi, à l'industrie des gaz de schiste. Je souhaite que ces commentaires soient perçus comme constructifs, car je crois toujours que Découverte joue un très grand rôle dans l'indispensable vulgarisation scientifique au Québec, y compris l'émission du 18 septembre dernier, qui malgré toutes mes critiques, était fort intéressante.  Elle apportait notamment une bonne quantité de données que l'équipe a recueillies,  le tout rendu dans une très belle présentation. Il faut rappeler que notre télévision d'État est la peu près la seule dans le monde à avoir produit ainsi deux émissions scientifiques qui soulèvent un début de questionnement sur l'industrie des gaz de schiste.

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 * Un détail certes, il y a deux petites erreurs dans le commentaire du journaliste: J-H Roy explique les fissures annulaire de retrait quand le coulis durcit; il dit que "l'eau s'évapore". À 1000 ou 2000m sous la nappe, l'eau est partout et ne s'évapore certainement pas. Le coulis durcit dans une réaction chimique où il y a rétrécissement du volume solide, mais tout cela se passe dans l'eau, omniprésente dans ces vides et fractures. Précédemment il dit aussi "quand le ciment sèche, il rétrécit ". C'est ici aussi la même erreur, que fait souvent le commun des mortels, de percevoir le durcissement du béton ou du coulis de ciment comme un "séchage". Rien n'est plus faux: ce sont des réactions chimiques qui demandent de l'eau qui mènent à la prise et au durcissement du béton, comme du coulis. En fait si le mélange sèchait avant de faire prise, on se retrouverait avec de la poudre de ciment sans aucune résistance.

Dans les entrevues données par la géologue M. Molgat, il y a par contre beaucoup d'autres faits que j'ai relevés et qui méritont une réponse et des commentaires dans un document en préparation. Juste un exemple: l'experte de Talisman Energy Inc  explique ainsi textuellement dans le reportage les fuites au puits de Leclercville:  "c'est entre deux coffrages en acier inoxydable, le ciment qui est là, localement peut-être une colmatation qui n'est pas à 100%,  et les gaz peuvent , euh bon, créer un chemin jusqu'à la surface..."  Colmatation (pour dire colmatage), coffrages (pour dire tubage), parler d'acier inoxydable c'est faux, c'est de l'acier ordinaire, qui rouille en surface que les gazières utilisent partout et de tout temps. Découverte avait aussi présenté Mme Molgat dans l'autre émission sur le sujet, celle du 14 nov.2010; Mme Molgat faisait aussi un triste traitement à la vérité scientifique; j'ai commenté cela à l'époque dans mon tout premier texte: Voir le 3e paragraphe .   Cette experte a été nommée par le Gouvernement pour sièger à l'ÉES, cette commission d'experts "indépendants" qui en principe doit rendre un rapport qui va être déterminant pour les générations futures. Ça promet !

L’EXPÉRIMENTATION - La durée de vie des structures -

Ce document est complété par une 2e vidéo Gaz de schiste 102 (disponible en HD 720p) à ce lien:         Gaz de schiste 102 - l'Expérimentation

Note préliminaire: ce 4e texte fait suite et complète le document  Exploitation de puits gaziers classiques vs exploitation par forages à grande extension horizontale et fracturation hydraulique mis en ligne le 25 février 2011, et une vidéo Gaz de schiste 101  également sur ce site. L'EXPÉRIMENTATION analyse les facteurs géotechniques liés à la durée de vie des structures et l'impact que risque d'avoir des décisions totalement improvisées et irréfléchies, dans une voie où le gouvernement semble vouloir persister, avec comme information privilégiée, celle des lobbyistes de l'industrie.

Une problématique très importante, mais méconnue de l’exploitation des shales gazifères, se rapporte à ce qu’il adviendra des puits après l’exploitation. Cette question doit être analysée très soigneusement, car il y a un élément essentiel qui  prend une importance considérable dans cette industrie nouvelle : le fait que la fracturation met en branle la mobilisation du méthane dans tout le volume de l’unité géologique. En même temps, on ne va extraire qu’une faible proportion de ce gaz. L’extraction ne se fait que pendant quelques années, mais la migration du gaz amorcée par la fracturation se poursuit pendant un temps au moins mille fois plus long. Le débit est très élevé initialement, mais il décroît sous un seuil où ce n’est plus jugé rentable de poursuivre l’extraction.

Dans un gisement de gaz classique, c’est-à-dire un gisement où le méthane s’est accumulé dans un réseau de fractures naturelles, on arrive à extraire 95% du gaz (réf.1). C’est parce que le roc qui forme ce réservoir naturel est très perméable et que pendant des temps géologiques, i.e. des millions d’années, le gaz a pu migrer vers cette zone.  Comme le gaz est déjà arrivé depuis longtemps dans la zone naturellement très perméable, on arrive donc assez facilement à l’extraire en quasi-totalité.

Ce n’est absolument pas ce qui arrive dans le cas où on tente d’extraire le gaz encore dispersé et toujours emprisonné dans un roc extrêmement peu perméable. On peut certes créer des fractures dans le shale par fracturation hydraulique, ou par une autre technique de fracturation. Le résultat est le même :  chacune des nouvelles fractures constitue une petite zone de grande perméabilité dans le shale. Le méthane et les autres fluides présents vont migrer vers ces fractures. Ce qui a pris des temps géologiques dans les gisements classiques, va se reproduire exactement de la même façon.  Comme toutes les nouvelles fractures sont créées pour ainsi dire ensembles, à ce nouveau temps zéro, on obtient un débit intéressant au départ. Mais il s’estompe très vite. Plus des trois quarts du méthane (80% selon l’Office National de l’Énergie- réf.1) demeurent en place à la fin de l’exploitation. Ce gaz ne se libérera qu’après la fin de l’exploitation, donc quand les puits seront abandonnés. C’est très différent et cela pose la question essentielle : ce qu’il adviendra des puits après l’exploitation face à cette énorme quantité de méthane qui cherchera à trouver un chemin vers la surface. On crée avec la fracturation du shale et avec une technique d’extraction qui a un si piètre rendement de 20%, un énorme problème, totalement nouveau, pour lequel on a actuellement aucune réponse. Comment se comporteront les puits, c’est beaucoup plus précisément en fait, se demander comment se comporteront les éléments mis en place dans la courte étape de la fermeture et l’abandon des puits. Pour obturer un puits, l’industrie, en se conformant aux pratiques en vigueur, dépense entre 0,1 et 0,3% du coût du puits; c’est très peu et la durée de vie de ces obturations est à peu près inconnue, comme celle du reste de la structure des puits d’ailleurs.

Une expérimentation théorique: enterrer 20 000 bombonnes de propane dans un grand champ. Disons qu’au départ chacun de ces contenants contient 80% de remplissage résiduel, pour établir un parallèle avec les puits de gaz de schiste. On sait que ces bombonnes ont une durée de vie qui n’est pas éternelle; les fabriquants recommandent d’ailleurs de ne jamais remplir une bombonne datant de plus de dix ans.

Dans le champ, chaque année on en examine un échantillon et on porte en graphique le nombre de celles qui ont cédé.  On pourrait noter au moins deux critères: celles qui fuient manifestement un peu et celles qui sont totalement corrodées, fissurées, ou même qui ont explosé (un petit nombre sans doute des ruptures possibles). Prenons le cas des ruptures complètes mises en graphique ci-dessous:

Figure 1 - Distribution normale en forme de cloche des ruptures qui surviennent en fin de vie technique d’une structure, ou d’un ouvrage de génie civil.

On obtient une distribution classique en forme de cloche. La durée de vie moyenne des bombonnes se situe dans la figure à 14 ans, au moment où se présentent le plus grand nombre de cas.  Mais on constate que sur les 20 000, il y en a quand même des ruptures dès la 2e année. À l’autre extrémité, certaines en petit nombre durent plus de 25 ans. Deux constatations à souligner: 

- La durée de vie de 14 ans est une valeur qui exprime une probabilité statistique; la rupture dans un cas unique peut être plus faible ou plus élevée, mais la probabilité la plus forte se situe entre 10 et 18 ans.

- 100% des bombonnes finissent un jour par céder si on laisse au temps, le temps de faire son oeuvre. Ça, c’est le plus inquiétant !

Dans la vraie vie si quelqu’un fait cette expérimentation, la sécurité civile va probablement intervenir, après les premières explosions. Les autorités vont clôturer le champ, mettre de interdictions d’accès, faire une étude d’intervention, puis finalement confier les travaux de “déminage” à une firme spécialisée, laquelle devra prendre de coûteuses précautions pour extraire une à une les bouteilles corrodées et très dangereuses à manipuler.  Entre temps, le dangereux fou est disparu aux Bahamas, la facture très élevée de ce gâchis va être payée par la collectivité.

Vous croyez que cette histoire d’expérimentation est tordue et farfelue?  Elle est sans doute tordue, mais bien moins en tout cas que celle que veulent entreprendre les compagnies gazières avec l’appui du gouvernement du Québec, dans 10 000 Km2 de la plaine du St-Laurent.

Sans connaître la durée de vie des puits, sans aucune évaluation des conséquences à long terme de leur rupture inéluctable, on prévoit installer 20 000 puits de gaz de schiste.  Il n’y a pas que les puits, il y a aussi 20 000 fois un très gros bloc de roc fracturé (représentés en vert dans la figure 2); entre 50 et 100 millions de m3 de shale modifié de façon irréversible pour chacun des 20 000 forages.

Figure 2  - Par grappes de 6 puits ou plus, on envisage d’extraire le gaz de toute la couche de shale d’Utica; avec entre 1 et 3 puits/ Km2 - image extraite du vidéo Gaz de schiste 102

De plus dans le cas des puits, ce n’est pas un seul champ qui est le lieu de l’expérimentation, mais bien une très grande partie de la plaine du St-Laurent, entre Montréal et Québec, dans le secteur patrimonial comptant les très beaux villages et paysages aménagés par les générations précédentes. Les tours de forage, les torchères, les compresseurs et les camions vont maintenant s’inscrire dans ce paysage.

Ce que va produire cette transformation radicale, on en a une petite idée pour ce qui se passe en surface : pollution des nappes par l’activité de l’industrie, lourde pression sur les infrastructures agricoles et villageoises, baisse radicale de la qualité de vie et de la valeur des terres au voisinage des structures industrielles, etc. 

Mais plus en profondeur, on en sait très peu de chose. C’est la raison pour laquelle je désigne toute cette opération par l’expression l’EXPÉRIMENTATION, le titre de ce texte. J’affirme de plus que c’est une expérimentation déraisonnable, pire que celle du fou qui a enterré 20 000 bombonnes de propane dans un champ. Ce n’est pas une petite quantité de combustible (4,5m3 en volume de gaz pour un réservoir de propane), mais bien 10 000 000 fois plus à chaque emplacement. La seule différence positive est que le méthane du roc va se dégager lentement et progressivement, alors que dans l’exemple des bombonnes, il est libre dès le départ. Par contre, il aura été possible d’enlever les bombonnes de propane du champ, mais il ne sera jamais possible d’enlever un forage  du roc, encore moins les millions de fractures injectées de sable. C'est une opération irréversible et ses effets sont là à jamais.

Prenons une échelle de temps de l’ordre de la durée de vie des puits une fois qu’ils seront abandonnés. Ce qui est connu scientifiquement, c’est que le méthane qui reste encore dans le massif de shale, environ 80%, va continuer le processus géologique amorcé lors de la fracturation. À la fin de l’exploitation d’un puits, 20% seulement du gaz est libéré et extrait; il n’est plus rentable de continuer d’exploiter un puits après quelques années, car le débit est jugé devenu trop lent. Un puits fermé définitivement retombe dans le domaine public. C’est là que l’expérimentation commence, car on entre dans un domaine totalement inconnu. Les données de départ de l’expérience sont  assez claires cependant pour tenter de prédire ce qui se passera selon la plus grande probabilité:

1- Le shale contient encore 80% de son gaz, qui continue à vitesse lente à se libérer selon une courbe de diminution exponentielle. Des courbes de décroissance sont publiées (réf.2) pour les shales en cours d’exploitation aux USA.

2- Les puits fermés et abandonnées sont bouchés, en profondeur par du béton et en surface par une plaque d’acier. Entre le tubage et le roc foré, c’est du coulis poreux, celui mis en place lors de la construction du puits, qui sert toujours de bouchon. Même dans les puits neufs, ce coulis à l’extérieur du tubage a souvent montré des défauts laissant passer des fuites de gaz dans de nombreux cas. Pour traiter ces défauts, l’exploitant a dû perforer l’acier du tubage en plusieurs endroits en profondeur. Tous ces défauts vont être les parties de l’ouvrage qui vont se dégrader en premier. Les causes de la dégradation des puits et des fuites et ruptures qui en résultent sont bien connues (réf.3, et 5) dans le cas des puits classiques, i.e. ceux qui ne sont que des forages verticaux. Ces mêmes causes vont agir dans les nouveaux puits, mais avec plus d’ampleur.

3- Dans le cas plus critique des puits de gaz de schiste, il faut ajouter l’effet non évalué de la  fracturation horizontale jusqu’à 1000m (et plus ?) en extension du puits vertical. Quel est l’impact de l’environnement de shale ayant subi la fracturation hydraulique sur la durée de vie de l’acier et du coulis, les deux éléments structurels principaux des puits. Le shale auparavant étanche, est rendu un million de fois plus perméable par l’opération de fracturation; il libère certes du gaz, mais aussi beaucoup d’éléments emprisonnés dans le roc; radium, éléments minéraux en très haute concentration (salinité locale dans les eaux de ces massifs lorsque détectée : huit à dix fois celle de l’eau de mer). Tous ces éléments s’ajoutent à ceux du cocktail chimique du fluide de fracturation, dont le plus gros volume reste dans le roc fracturé.

4- Dans le cas plus critique des puits de gaz de schiste, il y a eu aussi des cycles de forte pression pendant la fracturation, et d’autres pendant l’exploitation.  L’impact sur la durée de vie des aciers et des coulis est certainement de réduire encore un peu plus leur durée de vie technique.

Avec ces quatre éléments, on peut déjà raisonnablement conclure que le facteur  1 va permettre la remise en pression des puits bouchés. La pression et la quantité de gaz faisant pression sur le bouchon vont aller en augmentant avec les années (réf.4). Les facteurs 2, 3 et 4 qui se rapportent aux puits indiquent qu’ils vont se dégrader lentement, mais sûrement. Quelle est la durée de vie technique moyenne des puits dans cet environnement souterrain, qui n’a pas encore d’équivalent étudié dans le monde? C’est la donne inconnue de cette équation. On ne peut donc pas prédire le devenir de chaque puits dans le temps, en termes de date pour l’apparition de fuites majeures. C’est là que l’expérimentation en vraie grandeur débutera.

Figure 3  - Les participants volontaires et involontaires de l’EXPÉRIMENTATION.

Je dis que cette expérimentation ne doit pas se faire, et en tant qu’ingénieur, je ne signerais absolument pas les plans de l’ouvrage représenté à la figure 2; surtout si ce type de structure est destiné à être implanté en 20 000 exemplaires dans un territoire habité (figures 2 et 4).  Il y a actuellement dix-huit puits avec la fracturation; c’est déjà dix-huit de trop. Il n’y a aucune solution technique pour revenir en arrière. Qu’on le veuille ou pas, nous allons entrer dans l’expérimentation avec ces 18 structures, car elles sont là pour l’éternité, mais il est impératif de ne pas ajouter d’autres fracturation. Il faut aussi éviter à tout prix d’entrer dans le plan d’affaire concocté par l’industrie avec l’accord du gouvernement, et modifier ce qui est présenté à la figure 3;  la modification la plus importante est de ne pas autoriser la mise en application de la norme actuelle menant à la fermeture des puits, qui implique un transfert de propriété  (compagnies -> collectivité). Ceux qui ont construit les 18 puits doivent être y être liés pour la durée de l’expérimentation, c’est à dire minimalement pour  99 ans, renouvelable tant et aussi longtemps que le méthane poursuivra le processus géologique de migration (ça peut être très long !). Je sais bien que très peu de firme subsistent au travers des siècles, mais imposer cette règle va régler le cas du gaz de schiste : aucune compagnie de va se lancer dans d’autre fracturation avec ça.

J’ai présenté l’exemple des bombonnes, parce qu’il permettait de comprendre la question de durée de vie technique. Cela s’applique aussi à des puits, à la structure du puits, comme à la structure d’obturation ajoutée en fin d’exploitation. Ça tient combien de temps ce « bricolage », c’est la question qu’il faut se poser. Le terme « bricolage » pourra sembler exagéré pour plusieurs experts ici, car ces méthodes sont celles qui sont appliquées, réglementées et qui constituent actuellement la règle de l’art. Cependant en tant qu’ingénieur, je crois qu’appliquer aux nouveaux puits des procédures établies pour des forages classiques, cela devient bien un bricolage, car c’est tout à fait inadapté.

Au départ, on a un ouvrage conçu et optimisé pour extraire du gaz (figure 4A) – le puits d’extraction avec fracturation sur 1000 mètres à l’horizontale – on tente ensuite en fin de vie utile une transformation en une structure destinée à la fonction diamétralement opposée, c’est-à-dire retenir tout le méthane qui reste – le même puits et la fracturation de 50 millions de mètres cubes + un bouchon de béton + une plaque d’acier soudée + quelques autres ajouts (figure 4B).  Cette procédure est actuellement la norme, pour laquelle les compagnies dépensent habituellement moins de 1% du coût total de l’ouvrage. Aucune règle ne les oblige à plus; aucune compagnie ne peut à la fois être plus vertueuse que ses concurrentes et rester en affaire bien longtemps. Les règles de fermeture des puits horizontaux avec fracturation intensive du shale gazier sont totalement à repenser et reformuler.

Figure 4A : Puits d’exploitation en fin d’opération   -   B : structure convertie en puits d’obturation sur un réservoir de 50 000 000 m3 de méthane, encore présent.

En fonction des lois au Québec, les plans de forage et d’obturation des puits échappent à la loi des Ingénieurs. Donc ces ouvrages, avec les règles actuelles, peuvent être implantés sans qu’un ingénieur en approuve les plans. Je ne connais pas d’ingénieur qui accepterait d’engager sa responsabilité professionnelle pour garantir, à l’étape de l’abandon, l’étanchéité dans une durée infinie, d’un réservoir souterrain de 50 000 000 m3 de méthane avec les plans de forage actuels, des ouvrages qui de plus seront sans entretien, sans inspection, et masqués sous un site oblitéré en surface. On compare sur la figure 4 les millions dépensés dans la structure d’extraction, qui a une vie utile qui se compte en années - versus moins de 1% de ce budget pour une structure ajoutée qui modifie la première de façon sommaire tout en visant à modifier sa fonction de façon totale ; cette combinaison devra durer des siècles.

Mais cela se fait ailleurs, peut-on m’objecter. Même si ailleurs un fou décidait d’entreprendre l’expérimentation des bombonnes, ça ne la rendrait pas plus raisonnable de la répéter ici. Nulle part dans le monde, on est rendu à l’étape « de l’après » dans le cas de l’industrie des shales gazifères. Aux USA on a lancé cette industrie il y a moins de dix ans; on n’est pas dans la période où l’expérimentation débutera réellement. Déjà cependant dans la période actuelle d’exploitation là-bas, on observe une forte augmentation de problèmes de sécurité liés à des puits en activité; ce sera pire quand ils entreront dans l’abandon. Plusieurs états aux USA sont en train de réexaminer ce dossier. Chacune des nouvelles études, apporte un éclairage nouveau sur cette industrie lancée dans la précipitation là-bas aussi.  Chaque contexte géologique est différent certes, mais lancer ici l’expérimentation en zone habitée, compte tenu de ce qui est probable comme résultats, est tout à fait irréfléchi.

Marc Durand, doct-ing en géologie appliquée

Professeur retraité, dépt. Sciences de la terre, UQAM

Références citées;

1- Office National de l’Énergie, Nov. 2009, L’ABC du gaz de schistes au Canada, 23 p.

L’ABC du gaz de schistes au Canada

2- AEberman,2010.  Shale Gas—Abundance or Mirage? Why The Marcellus Shale Will Disappoint Expectations, Shale Gas—Abundance or Mirage

3- Maurice B. Dusseault, 2000, Why Oilwells Leak: Cement Behavior and Long-Term Consequences, SPE, Porous Media Research Institute, University of Waterloo, Waterloo, Ontario; Malcolm N. Gray, Atomic Energy of Canada Limited, Mississauga, Ontario; and Pawel A. Nawrocki, CANMET, Sudbury, Ontario, SPE International Oil and Gas Conference and Exhibition in China held in Beijing, China, 7–10 November 2000

4- Durand M, 2011, Exploitation de puits gaziers classiques vs exploitation par forages à grande extension horizontale et fracturation hydraulique, 25 février 2011, Exploitation de puits gaziers classiques vs exploitation par forages à grande extension horizontale

5- Kent Caudle, 2011, Mitigating Corrosion in the Oil and Gas Industry. Well Servicing Magazine, January/February 2011

Histoire d'un puits abandonné

 Données compilées et traduites par Marc Durand, doct-ing géologie de l'ingénieur

"The Peace River Well" - le puits de Rivière La Paix est très instructif, pour voir comment on peut gérer un problème quand il survient. Ça ressemble un peu au cas ici de Mercier, mais juste un peu plus étalé dans le temps... peut-être,  car le cas de Mercier (1968 à aujourd'hui) lui n'est toujours pas réglé.

Cette histoire débute en avril 1916. Un puits d'exploration pour trouver du pétrole, mais qui n'en rencontre pas. C'est plutôt de l'eau de grande salinité accompagnée et propulsée par du méthane, qui surgit. Le derrick s'effondre. On le reconstruit en 1917. Le forage avait atteint la profondeur de 346 m.

1954: Première inspection par les autorités de l'Alberta (Alberta Energy and Utilities Board); ils constatent un cratère érodé de 24 x 4 m et un écoulement toujours présent estimé à 3000 m3/jour d'eau saline avec gaz.

1955: Forage d'un puits de colmattage par boue et ciment. Diamètre du tubage: 27,3 cm jusqu'à 70 m, puis 178 cm jusqu'à 259 nm

1982: Le propriétaire du lieu rapporte un cratère de 8 m autour du puits, une grosse venue d'eau saline avec bulles de gaz qui se déchargent dans la rivière par un passage érodé sous le sol. Nouveau forage entrepris à l'automne, mais qui échoue par affaissement de l'installation. Tubage: 51 cm jusqu'à 15m, puis 40,6 jusqu'à 17m, 17,8 cm jusqu'au fond; profondeur atteinte: 99m.

Fuites: 1526 m3/jour pour le puits de 1955 + 3053 m3/jour pour le nouveau puits.

Mise en place de conduits pour dériver l'écoulement des deux puits vers la rivière.  Loin de se régler le problème se complique: un puits au début et maintenant trois puits en tout.

1988: Nettoyage au jet de sable et recouvrement des têtes des puits par fibre de verre pour ralentir leur corrosion rapide en raison de la salinité.

1989: On remplace tout ça moins d'un a après par des tuyaux de fibre de verre.

1991; installation d'une nouvelle canalisation pour dériver l'eau saline. Le débit mesuré à ce moment là est entre 4450 et 5350 m3/jour.

2000: Visites mensuelles d'inspection. Établissement de plans pour remédiation prévus pour 2001

2001: Estimé du débit de gaz un million de pieds cubes/jour; brulé sur place par une torchère.

2003: Gros travaux de 5 000 000$ dépensés pour boucher le puits de 1916, celui de 1955 et celui de 1982. On continue un programme d'inspection en espérant que tout ça tienne le coup au moins une génération ... 

CONCLUSION: Entre 1916 et 2003, 100000 pi.cu/jour de méthane +H2S (0,1%) et 400 m3 d'eau saline/heure  se sont écoulés en continu. En 87 ans donc on peut estimer à 3 milliard de pieds cubes le méthane libéré et 30 000 000 m3 le volume de saumure. On ne précise pas la durée de vie de l'ouvrage de colmatage de 2003. Cette histoire est celle d'un simple puits classique. Les puits avec fracturation hydraulique étendue sur 1000 m et plus, seront autrement plus complexes à traiter.

à consulter : Le document détaillé d'origine de l'Alberta Orphan Program était disponible en ligne en 2011; il montrait plusieurs photos. Il semble avoir été retiré peu après du site. Il faut dire que c'était sur le site de la Petroleum Tech. Alliance Canada et comme c'était pas glorieux pour cette industrie on a sans doute jugé préférable de retirer cette présentation. J'ai par chance retrouvé sur WebArchive le document d'origine. Voici un échantillon des photos:

crédit pour la photo: An Orphan Well Case Study “The Peace River Well”, AOP 2003

Figure : mélange de saumure et de gaz projeté en geyser au puits Rivière-la-Paix.

La fuite d'eau au début des travaux d'obturation.

Au Canada, l'Alberta est la province qui a la réglementation la plus complète et avancée quant à la gestion des puits. On y a mis en place tout récemment un organisme pour la gestion des puits orphelins. Doté d'un budget annuel d'environ 10M$ il s'occupe encore de l'étape initiale: faire un inventaire et une surveillance des puits orphelins. Les travaux du puits de Rivière-la-Paix, un petit puits assez conventionnel, mais problématique en raison des déversements de saumure directement dans la rivière, constitue un des tout premiers exemple d'intervention. Donc ce petit puits a accaparé 50% du budget de la commission Orphan Wells.  60 000 autres puits restent à gérer ...

Lucien Bouchard en entrevue au 24-60

Fin février 2011, Lucien Bouchard est nouvellement engagé comme porte-parole des compagnies gazières, dont Talisman Energie qui le paie grassement vu son statut d'ancien premier ministre. En entrevue avec Anne-Marie Dussault il ridiculise mes interventions dans le dossier Gaz de Schiste (voir à la minute 28m 30) avec une pirouette mal avenue, ornée d'un très gros mensonge: je n'ai jamais dit ou écrit que les "puits allaient exploser".  J'ai soumis au Journal Le Devoir une lettre pour remettre les choses au point. Je la reprends ci-dessous:

J'ai toujours été un grand admirateur de Lucien Bouchard. Du temps où il mettait son côté engagé et émotif du côté des Québécois, je louais son engagement en apparence toujours sincère. Comme lui, je suis pour le développement des ressources. 

Jeudi dernier, en entrevue au 24 heures en 60 minutes avec Anne-Marie Dussault, j'ai fait les frais de l'un de ses emportements émotifs. Monsieur Bouchard, son patron Talisman Energies Inc. et l'industrie gazière sont en apparence très agacés par les trois textes* que j'ai mis en ligne (http://www.facebook.com/pages/Marc-Drand-doct-ing-en-géologie-appliquée/188600667838189) et qui remettent en question le plan d'affaires que l'industrie avait concocté discrètement en 2008 et qui maintenant se trouve de plus en plus contesté. Mon analyse d'expert indépendant en géologie de l'ingénieur (dix ans directeur des études avancées, maîtrise et Ph.D. en géologie, consultant pour des tunnels dans les shales de Lorraine et Utica, etc.) met en relief une faille majeure dans ce processus: les coûts énormes dans la gestion des puits abandonnés. L'industrie ne s'est jamais préoccupée de ça. C'est pourtant obligatoire avec le nouveau procédé.

Monsieur Bouchard a eu recours à un procédé tout à fait inacceptable en entrevue: il a inventé des propos ridicules qu'il m'attribue, mais qui ne se retrouvent ni dans mes textes ni dans mes entrevues. Il avait commencé l'entrevue avec Mme Dussault en rappelant l'importance qu'il accordait à bien préserver sa réputation; pourtant, il n'a pas hésité à ridiculiser tout mon travail d'expert, d'une pirouette sans aucune autre forme de commentaire. Son intervention dans le dossier des gaz de schiste n'annonce rien de bon, si c'est le traitement qu'il réserve aux experts qui diffèrent d'opinion avec Talisman.

Marc Durand, doct-ing en géologie appliquée et professeur retraité du Département des sciences de la Terre de l'UQAM - Le 1er mars 2011

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N.B. Le chroniqueur Michel David a lui aussi commenté ce comportement désinvolte envers moi, sous le titre  "Le charmeur de serpent"

* Autres liens pour mes trois premiers textes:

    Gaz de schiste – quelques réflexions d’un ingénieu...

    Gaz de schiste – un plan d’affaire fortement dans ...

    Exploitation de puits gaziers classiques vs exploi...

Exploitation de puits gaziers classiques vs exploitation par forages à grande extension horizontale et fracturation hydraulique

Pourquoi dans l’exploitation du gaz de shale ne peut-on extraire plus de 20 % du gaz présent et quel est la conséquence de ce fait ?  Pour y répondre de façon claire à partir des connaissances encore limitées que nous avons des impacts à long terme de la technique  de fracturation hydraulique dans des long forages horizontaux, nous allons analyser ici les différences les plus évidentes entre cette dernière méthode versus l’exploitation des gisements classiques.

Dans l'exploitation classique, les gisements gaziers sont trouvés dans des structures géologiques particulières : formation ou structure géologique présentant une grande porosité résultant de vides intergranulaires et/ou fractures naturelles intercommunicantes, le tout coiffé par une formation étanche qui emprisonne le sommet du réservoir, comme dans le schéma ci-dessous:

Figure 1   Schéma classique d’un gisement de gaz.

Ces concentrations créées par la nature ne sont pas simples à trouver; il faut faire une véritable exploration géologique, pour les localiser sur un grand territoire. En opposition, l'exploitation du gaz de schiste étendu n'a pas à explorer ainsi, car l'Utica par exemple est déjà cartographié par les services gouvernementaux. Revenons au gisement classique. Une fois découvert, les puits d'extraction atteignant le réservoir peuvent extraire la quasi totalité (>95%) du gaz du gisement. Le gaz est poussé vers le haut par l'eau (éventuellement présence d'hydrocarbures liquides entre l'eau et le gaz). Il est important de noter que ce gaz a TRÈS lentement migré depuis une roche mère (une roche sédimentaire qui peut être du shale par exemple) et s'est accumulé dans le réservoir naturel dans un processus qui a pris des centaines de milliers d'années et plus probablement des millions d'années. Pourquoi? Parce que les perméabilités des roches-mères de type shale ont des valeurs extrêmement faibles (10exp-6 m/s).

Dans la strate où le gaz s'est accumulé (en bleu et vert pâle de la figure 1), la porosité est significative (5 à 25%) et la perméabilité est couramment un million de fois plus élevée; en exploitant cette strate dans un gisement naturel, le gaz migre facilement vers le puits d'extraction. C'est pourquoi on estime qu'à un moment donné, la production du puits tombe presqu'à zéro. Le réservoir n'est pas vide à 100%, mais presque. 

C'est extrêmement dangereux de transposer cette image dans le cas des puits pour le gaz de schiste; dans ces cas là, la fracturation est immédiate et l'équilibre n'est pas atteint en fin d'exploitation. En plus, les étendues ne sont pas limitées à un gisement localisé, mais à toute une couche géologique qu'on transforme radicalement.

Dans le cas où on fracture artificiellement le shale gazier lui-même, la migration du gaz se fait sur une distance plus courte que la longue migration dans le cas précédent, mais ce n'est pas un processus instantané. À quelques mm du bord d'une fracture, le gaz s'échappe assez vite (figure ci-dessous), mais plus la distance augmente, plus il faut compter sur des temps géologiques pour que le processus de migration fasse dans ce nouveau shale ce qu'il a fait dans les migrations vers les réservoirs naturels. Avec une perméabilité de 10exp-12 cm/s par exemple même sous un gradient (i) élevé de 100, le temps requis pour parcoures quelques centimètres seulement se compte en siècles et même en millénaires (v = Kxi).  C’est ainsi que ça se passe dans les parties du shale resté intact entre les fractures. Mais en raison du fort gradient, la migration se fait tout de même.

Figure 2  Mécanisme de migration du gaz dans le shale au voisinage de nouvelles fractures ; vue métrique du shale à la fin de l’exploitation (3 à 5 ans ?).

L'exploitation par fracturation hydraulique donne ailleurs des courbes de décroissance logarithmique ou exponentielles comme le montre la figure ci-dessous inspirée de données obtenues pour divers shales aux USA:

Figure 3  Les courbes théoriques de débits d’exploitation du gaz de shale.

Le débit n'est intéressant commercialement que pour quelques années; mais après, c'est aberrant de dire qu'il n'y a plus de gaz et qu'on ferme le puits (dixit géologue de Talisman*). Il n'y a pas de débit zéro avant un temps = à l'Infini.

Surtout que L'Office National de l'Energie estime que la partie extraite pendant la période d'extraction commerciale, laisse en fait encore 80% du gaz dans le shale. Il n'y a rien pour stopper le processus amorcé. Il va se poursuivre sur des siècles et millénaires. Et les puits-bouchons n'auront pas cette durée de vie.  Il serait bien étonnant que l'industrie du gaz de schiste ait inventé dans les huit dernières années des structures qui résisteront des millénaires. La poursuite de la migration du gaz va lentement remettre les puits en pression. Après un temps d’ordre géologique, ça pourra même devenir, ce nouveau réseau de fractures, un gisement comparable à un gisement classique.

Les ingénieurs civils aimeraient bien depuis toujours avoir des techniques pour faire des viaducs et des ponts qui résistent plus de cinquante ans.  Voici que l'industrie du gaz, avec les mêmes matériaux, acier et ciment, veut nous convaincre qu'elle détient la recette pour que ces milliers de puits-bouchons résistent éternellement aux pressions croissantes dans ce grand réservoir d'Utica fracturé, sous nos pieds dans la plaine du St-Laurent.

Le cas des 31 puits déjà forés (ou 29 selon le rapport du BAPE)

Je suggère qu’on trouve rapidement un mode de gestion des puits déjà en place ; un peu plus de la moitié ont atteint l’étape de la fracturation hydraulique, ce qui réduit le nombre de cas à traiter à dix-huit puits. Mais cela constitue néanmoins autant de sites à gérer. La collectivité ne doit absolument pas hériter de cette tâche un jour. L’industrie gazière qui construit le forage doit en assurer la gestion future dans la très longue période qui suivra la fin de l’exploitation. La législation doit être revue dans le cas présent pour lier à jamais la responsabilité des puits à ceux qui les ont creusés.

Le gouvernement actuel a un penchant pour les projets clefs en main où le privé construit , exploite , entretient, etc. Ce mode de gestion doit être celui qui doit âtre appliqué aux trois dizaines de puits. Par un bail de 99 ans avec renouvellement obligatoire au bout d’un siècle, chacun des propriétaires de ces puits en aura la charge complète et devra être muni d’assurance et de garantie de solvabilité: être responsable de tout problème pouvant se manifester à long terme va changer la donne. L’industrie ne devrait pas rechigner trop devant cette obligation, car d’après ses prétentions (contraires à mon propre avis cependant) il n’y en a pas de problèmes. Je suis personnellement convaincu que ce seul changement s’il est imposable de façon rigoureuse, va suffire à stopper net tout autre activité, ici dans l’Utica.

L’idée d’obliger les constructeurs de puits pour 9 fois 99 ans peut paraître saugrenue au premier abord, mais je cite une source que l’industrie ne devrait pas contester : Halliburton. Sur les pages qui traitent des shales gaziers, on ne lit pas une ligne sur les risques à long terme.  Mais sur d’autres pages qui portent sur les CCS (Carbon Capture & Storage) on vante les techniques Halliburton d’auscultation et de réparation de puits vieillissants dans des cycles d’auscultation – réparation –retour à une phase d’auscultation, tout cela sur des siècles, voire des millénaires « The Post-Closure phase addresses post decommissioning—which has an extremely long time horizon of hundreds, if not thousands, of years. » Halliburton - Carbon Capture & Storage: Post-closure.

Ces puits qu’Halliburton indique devoir suivre des millénaires sont des puits moins risqués à priori que les puits avec extension horizontale et fracturation hydraulique : ce sont des puits verticaux connectant la surface à des stockages de CO2, moins problématiques que le méthane.  Les industries gazières n’ignorent pas les risques à long terme ; elle font seulement semblant que cela n’existe pas et qu’ils seront refilés en douce au domaine public. Aucune réglementation nulle part ne les oblige à les inclure dans leurs plans d’affaire. Elles savent aussi qu’il faut faire vite par contre, car cela risque de changer.

En conclusion

Il y a deux différences importantes entre le gaz de shale et le gisement de gaz classique et ces deux différences fournissent à elles seules les raisons fondamentales pour écarter totalement l’idée très peu réfléchie d’exploiter les gaz de schiste par la technique proposée actuellement :

1- La technique de fracturation hydraulique crée artificiellement un réseau de fractures interconnectées vers lequel le gaz se mets à migrer ; la technique amorce un processus d’écoulement du gaz dans le gisement, comme cela s’est fait dans les gisements classiques en centaines de milliers d’années, mais la technique ne peut aucunement accélérer ce processus géologique. La construction d’un puits et la fracturation sont réalisées en quelques semaines ; l’écoulement s’amorce et se poursuivra sur une échelle de temps géologique (>100 000ans). La durée du temps, avant qu’on ferme les puits quand le débit devient non rentable, ne représente qu’une infime portion de ce temps géologique.

2- Le forage de puits et la fracturation du massif est une opération totalement irréversible sans aucune solution technique pour remettre le massif de shale dans son état d’imperméabilité originale. Ces puits, obturés en fin d’exploitation commerciale, deviennent des conduits potentiels pour les fuites de gaz. Pour ces structures, comme toute structure faite d’acier et de béton**, on doit se poser la question fondamentale de leur durée de vie, de ce qui surviendra quand leur état de dégradation ne leur permettra plus de résister à la pression du gaz. La pression des gaz dans le réservoir va croître de façon lente mais continue d’une part et la dégradation des puits va aller croissant dans le temps d’autre part. Ces deux phénomènes vont se manifester dans le temps en surface par une montée en nombre et en débit des fuites de méthane. La gestion de ces ouvrages enfouis va coûter des sommes colossales.

* réponse aux propos du géologue de Talisman

** plus précisément de coulis de ciment dans le cas de puits et non de vrai béton ; le coulis est beaucoup moins résistant et durable que du vrai béton. Il est surtout, en raison des très nombreuses difficultés de mise en place correctement, beaucoup plus poreux et perméable.

Gaz de schiste – un plan d’affaire fortement dans le rouge

Suite à la publication sur La TOILE de mon texte « Gaz de schiste – quelques réflexions d’un ingénieur en génie géologique» *, j’ai reçu de nombreux commentaires, dont cette question de Claude Paré :

J'aimerais que Monsieur Durand éclaircisse deux points. Je sais qu'il a des connaissances sur le béton. - Quelle est selon lui la durée de vie d'un puits tel que construit par l'industrie. Si des failles apparaissent dans ces puits, peuvent-elles devenir des conduits pour les liquides et les gaz. - Les eaux salines et les eaux de fracturation enfouies dans le sous-sol peuvent-elles affaiblir le béton.

Je n'ai pas lu tous les mémoires présentés au BAPE, mais dans ceux que j’ai lus il n’y en a pas un seul qui pose ou qui traite de votre question, que je reformulerais ainsi : "Quelle est la durée de vie d'un puits - y compris son efficacité dans le temps à servir de "bouchon" sur le forage jusqu'à la fin des temps... et qu'advient-il quand la partie souterraine du puits perd son efficacité suite à la corrosion et autres dégradations ?"

Il y a forcément une échéance; celle-ci est plus longue pour des ouvrages inspectés et entretenus et plus courte pour des ouvrages temporaires; tous les ingénieurs connaissent cette donnée fondamentale ; par exemple le devis pour stabiliser et recouvrir la voûte d’un tunnel de métro n’est pas le même que pour une galerie temporaire dans une mine. Dans le cas du métro, on n’a pas le choix de construire très solide et durable, en plus d’ajouter un programme d’inspection et d’entretien pour toute la durée d’utilisation. On l’a vu récemment avec les viaducs et les ponts; arrivés en fin de vie et avant de préférence, on doit les démolir et les reconstruire à neuf. On ne doit pas prendre de chances de voir un ouvrage dépasser la fin de vie de sa structure. Certains ponts avec un bon entretien durent des siècles ; d’autres mal adaptés à l’usage et aux conditions d’exposition ont une fin de vie après un demi-siècle seulement. Pour un bâtiment temporaire ou encore un ouvrage où l’homme n’a pas accès, la sécurité et la durée de vie sont conçues avec des critères de construction bien moindre.

Tout ce que l’on connaît sur les puits de gaz de schiste, c'est que ce sont des ouvrages dont le design est optimisé pour une durée de vie très courte: les années d'exploitation du puits. Après on bouche (le terme anglais est plus descriptif : cementing), on enterre le sommet de la structure et on revégétalise le site (mémoire de l'APGQ). Il n'y a pratiquement rien de publié pour répondre à l’interrogation de M. Paré, sur la durée de vie de la structure souterraine. Pourtant la question est primordiale, car pour 20 000 puits qui arriveront un jour en fin de vie, et qui seront juste "masqués" avant d'être légués à la géographie locale, il en coûtera combien par année dans 20 ou 30 ans? C’est le silence total sur cette question, car de tout temps dans le domaine minier et pétrolier, ce qui advient des forages n’a jamais été une préoccupation. L’industrie n’a jamais prévu dépenser un dollar pour ça ; les législations les plus récentes dans le monde ne créent des obligations que pour la réhabilitation des sites à la fin de l’exploitation. On oblige les compagnies à prévoir la remise en état de la surface des sites, mais à peu près rien pour ce qui est enfoui.  

Des forages qui sont arrivés en fin de vie, qui sont devenus dangereux, d’autant plus qu’on avait oublié leur emplacement, ayant été juste masqués dans le paysage de surface, il y en a des milliers. Aux USA on rapporte de plus en plus de victimes d’explosion en raison des gaz qui remontent par ces vieux forages. Dans la majorité des cas, il s’agit d’anciens forages d’exploration (Appalaches, Colorado) datant du début du siècle dernier. Le problème va prendre une tout autre ampleur d’ici peu, avec la fin de vie des puits de gaz dans des strates ayant subi une intense modification par le technique de la fracturation hydraulique. La technique nouvellement appliquée à grande échelle va laisser à l’abandon des milliers de forages sous les zones habitées, sans que rien ne soit prévu quant aux impacts qui vont surgir en fin de vie des ouvrages.

Précisons ce que nous entendons par fin de vie d’un puits de gaz de schiste.  L’ouvrage comme puits d’extraction a une vie de 3 à 5 ans. C’est un dispositif optimisé pour extraire du gaz le plus rapidement et au meilleur coût. Le débit que livre le shale nouvellement fracturé est très élevé au début, puis il diminue de façon logarithmique ou exponentielle. On abandonne le puits sous un débit jugé non rentable ; à cette étape environ 20% du gaz en place est capté. Dans les réservoirs de gaz classique, jusqu’à 95 % du gaz naturel peut être récupéré « Dans le cas des schistes, on s’attend à un taux de récupération de 20 % en raison de la faible perméabilité et en dépit du forage horizontal haute densité et du recours intensif à la fracturation hydraulique » Office National de l’Énergie:   L’ABC du gaz de schistes 

À la fin de cette période on transforme sommairement le puits d’extraction en un autre type d’ouvrage, qui a pour unique fonction de stopper le débit du gaz dans le puits. Par des obturateurs, des ciments bouchant le tubage, etc. on doit transformer un ouvrage temporaire d’extraction en ouvrage permanent visant une fonction bien différente. Dans la réalité, pratiquement rien ne change dans la structure et la composition du puits, sauf le rajout d’un bouchon permanent. Quelque soit le design du bouchon, le nouvel ouvrage, appelons-le puits-bouchant, ne peut avoir une durée de vie drastiquement modifiée. Pourtant ces bouchons devront résister à perpétuité à la pression du méthane qui va continuer à se libérer du shale fracturé.  N’oublions pas que 80% du gaz demeure dans le shale à la fin de l’extraction.  

Sous la plaine habitée, l'Utica sera devenu un réservoir extrêmement perméable, contenant toujours ce qui reste de méthane après l'écrémage (20%). Cet énorme volume, 100 m d’épaisseur _x 10000 Km² sera relié directement à la surface par 20 000 puits en lente corrosion ; les tubages d’acier et les coulis d’obturation en présence d'un milieu très salin vont se dégrader. Cela pourra se faire à des vitesses variables d’un puits à l’autre, selon la qualité de la mise en place des forages, tubage et coulis, etc. La durée de vie de chacun de ces puits, c’est le temps avant que la dégradation soit telle que des fuites majeures obligent les autorités à intervenir. Forcément à partir de là il y aura un coût. Ce coût peut apparaître très tôt dans le processus pour certains puits, comme on le constate au Québec sur des puits pour lesquels l’exploitation n’est même pas commencée ; mais en ce moment, c’est à la charge de l’industrie qui est propriétaire du puits. Ça montre que des fuites ça existe, même sur un puits tout neuf.

La figure 1 rassemble les divers chemins que le gaz peut suivre pour atteindre les nappes en surface et les puits d’eau potable (p). Les lettres en bleu clair (A,B,C) montrent les circulations dans un cas où le forage recoupe une faille ou une fracture de grande extension. Cette occurrence pourra arriver dans une proportion des puits qui reste difficile à estimer, car la cartographie géologique détaillée n’est pas vraiment disponible sous les dépôts meubles dans les Basses-Terres du St-Laurent.  

Divers chemins possibles pour des fuites de méthane vers la surface. À gauche, un puits, au bas le shale d'Utica fracturé et à droite la ligne rouge est une faille.

Dès qu’il y a présence d’une telle discontinuité, le liquide injecté ouvre cette voie et pénètre très loin (A) dans les strates du Lorraine. La circulation est ouverte dès lors en permanence pour continuer dans les lentilles de grès et les autres couches plus perméables. Des fuites de gaz se manifesteront dans les puits artésiens et les habitations qui se situent à proximité de la faille. À noter que le fluide de fracturation ouvre aussi beaucoup plus loin que prévu la discontinuité dans les strates calcaires sous-jacentes (A’). Le Trenton est plus perméable que le shale et il contient des eaux de très grande salinité. Une voie est donc aussi ouverte pour des contaminations salines. Certaines analyses d’eaux de forage indiquent que déjà ce type de problème a probablement déjà été rencontré dans les premiers puits.  

Entre le tubage et le roc foré, et entre le tubage de production et le tubage de protection, la qualité de mise en place du coulis peut avoir laissé des vides ; des fractures annulaires peuvent aussi se former pendant l’utilisation intensive du puits (L).  C’est là une origine possible des fuites de gaz qui surviennent dans le puits même (E et K).

En plus de ces possibilités de fuites, il y aura en fin de vie des puits, probablement entre deux et cinq décennies après la fin des opérations, des fuites plus généralisées qui vont survenir progressivement dans une proportion grandissante des puits abandonnés. Les causes premières seront :1- la dégradation des aciers et ciments de colmatage 2- la pression du gaz qui va lentement certes, mais sûrement faire de plus en plus pression sur ces ouvrages-bouchons 3- le rééquilibrage des pressions (plus précisément l’état des contraintes) dans le roc fracturé va lentement se réajuster, cisaillant ou déformant localement des sections de tubage. Des strates dans l’Utica tendent à gonfler à l’air libre ; la même propriété en profondeur va tendre à fluer et à refermer un peu avec le temps les fractures ouvertes. Le massif va donc ainsi évoluer vers une diminution de sa perméabilité ; mais ça ne sera pas suffisant pour le ramener à son imperméabilité initiale. Ces micro-ruptures vont au contraire contribuer à libérer encore plus de méthane dans le temps.  

On a affaire ici à des structures qui se dégraderont en milieu de salinité extrême, loin dans le substratum de toute possibilité d’inspection et d’entretien, dans un milieu transformé par les opérations de fracturation hydraulique. Les circulations de fluides, eaux salines et méthane vont s’en trouver modifiées. Toutes les structures reliant la surface à l’Utica transformé vont tôt ou tard atteindre un degré de décomposition avancé. Les puits atteindront un état où leur fonction comme puits-bouchants ne sera plus opérationnelle. Ça veut dire quoi en clair : des méga problèmes à chacun de ces puits, des moyens de mitigation à mettre en place, des études complexes à entreprendre pour tenter de trouver une solution, des commission du BAPE pour chaque site ? voir mon analyse du cas de Mercier dans mon texte précédent*. Il y en aura beaucoup sur les 20 000; peut-être entre 250 et 500 nouveaux cas par décennie dans une génération. Des milliards à prévoir dans le budget du Québec.

Si on gardait à perpétuité les têtes de puits accessibles plutôt que de restaurer les sites on aurait déjà une tâche moins complexe, car on pourrait ausculter et voir venir la catastrophe, mais personne ne propose ça nulle part. On indique qu’on devra « restaurer le site » à la fin de l’extraction. En fait ça veut juste dire enterrer le problème et l’oublier jusqu’à ce qui nous éclate en plein visage. Trouver une solution à ce problème à ce moment là sera une tâche impossible à réaliser, tout comme il est impossible d’effacer un puits. Le trou reste là, même si on essaie de le boucher avec autre chose ; cet autre chose n’aura jamais les propriétés du shale intact qu’on a foré et fracturé. Le shale d’Utica a conservé le gaz pendant plus de 450 000 000 ans. Toutes nos techniques présentes et futures n’arriveront jamais à faire aussi bien.

Figure 2 : Plan d’affaire incluant un schéma de la durée de vie des puits.

La figure 2 ci-dessus montre les revenus et dépenses pour le Québec dans son entité globale, c’est-à-dire toute la collectivité. Le plan d’affaire de l’industrie gazière s’arrête avec les étapes 1 et 2 ; il prend fin avec l’arrêt de l’exploitation et le temps requis pour restaurer les terrains en surface. Pendant la première étape (EXPLORATION), la collectivité reçoit chaque année des revenus modestes par le paiement des permis d’exploration, par ex : 10¢/hectare + $100/puits foré. Le Québec a par contre des coûts d’analyse, de surveillance, de déplacement d’inspecteurs, etc. C’est très certainement un bilan négatif à cette étape pour la collectivité. Pendant l’exploitation, les dépenses de surveillance et autres continuent, mais elles sont largement compensées par le paiement de redevances sur le gaz extrait. À la fin de l’exploitation, les compagnies gazières, cessent de payer les redevances. Elles peuvent cesser également de payer le coût des droits miniers, ce qu’elles auront intérêt à faire; la pleine propriété du gisement de gaz retourne au gouvernement. Le diagramme indique que la durée de vie des structures-bouchantes reste une inconnue, mais à la question de savoir si il y a une durée de vie: c’est oui sans hésiter. Dans le plan d’affaire actuel, si on se fie aux enseignements du passé, c’est la collectivité qui va assumer les coûts qui vont apparaître fatalement un jour ou l’autre.

Les puits-bouchants ne vont pas avoir tous le même durée de vie. Pour un petit nombre, la détérioration va se manifester assez tôt, le gros du peloton plus tardivement et un dernier lot ne pourrait miraculeusement ne présenter aucun signe pendant des générations. Globalement les coûts pourront apparaître tôt, avec une courbe s’amplifiant sans cesse, surtout vers le temps qui correspondra à la durée de vie moyenne des ouvrages (figure 2).

Quels qu’en soient les paramètres, le plan d’affaire de Gaz-Québec Inc, c’est-à-dire nous la collectivité dans ce dossier, sera une opération fortement déficitaire. Un seul gagnant: les compagnies gazières qui nous auront passé un beau sapin ; c’est le nom officiel des têtes de puits (Christmas tree) et ce n’est pas par hasard ; c’est un signe du destin qui nous dit d’allumer les lumières pendant qui est encore temps.