Le gaz naturel, composant essentiel de notre mix énergétique, alimente nos maisons, nos industries et nos centrales électriques. Sa consommation mondiale, estimée à plus de 4 000 milliards de mètres cubes en 2022, souligne son importance cruciale. Cependant, son extraction et son utilisation posent des questions environnementales majeures.
La Genèse du gaz naturel : un processus géologique sur des millions d'années
La formation du gaz naturel est un processus géologique complexe qui s'étend sur des millions d'années. Il requiert une combinaison unique de facteurs : une importante accumulation de matière organique, des conditions spécifiques de pression et de température, et la présence de pièges géologiques pour retenir le gaz formé.
Matière organique source : le plancton et les autres organismes
La matière organique, à l'origine du gaz naturel, provient majoritairement d'organismes marins microscopiques, principalement du plancton. Les algues unicellulaires et les bactéries contribuent également significativement. Dans certains cas, des débris de plantes terrestres peuvent aussi être impliqués. L'accumulation de cette biomasse, dans des environnements marins peu profonds et anoxiques (pauvres en oxygène), est la première étape. On estime que la formation de 1 m³ de gaz naturel nécessite l'accumulation de plusieurs milliers de tonnes de matière organique.
Une productivité biologique exceptionnelle dans ces bassins sédimentaires est nécessaire. Des conditions de faible oxygénation, empêchant la décomposition bactérienne complètent, sont primordiales pour la conservation de la matière organique. Ces conditions spécifiques se retrouvent dans les zones côtières, les deltas, ou dans les mers fermées.
Transformation de la matière organique : diagenèse et catagenèse
Au fil des millénaires, les sédiments se déposent successivement, enfouissant la matière organique à des profondeurs de plus en plus importantes. La pression et la température augmentent progressivement. La première phase, la diagenèse, se caractérise par des transformations biochimiques à basse température (< 50 °C). La matière organique se transforme en kérogène, un composé organique solide et complexe.
- La pression augmente de manière significative avec la profondeur, pouvant atteindre des centaines de bars.
- La température croît d'environ 3 °C tous les 100 mètres de profondeur.
- La composition du kérogène varie selon la nature de la matière organique initiale.
A des profondeurs plus importantes, la catagenèse prend le relais. Sous l'effet de températures plus élevées (entre 50 °C et 200 °C), le kérogène se transforme en hydrocarbures : méthane (CH₄), éthane (C₂H₆), propane (C₃H₈), butane (C₄H₁₀) et d'autres composés. Le méthane, principal constituant du gaz naturel, est le produit dominant à des températures plus élevées. La proportion de chaque hydrocarbure dépend fortement des conditions de température et de pression, définissant des « fenêtres à gaz » et des « fenêtres à pétrole » à des profondeurs spécifiques.
Migration et accumulation : les pièges à gaz
Les hydrocarbures formés, moins denses que l'eau, migrent vers la surface à travers les couches de roches poreuses et perméables, telles que les grès et les sables. Cette migration est possible grâce à la pression et à la différence de densité. Cependant, pour pouvoir être exploités, ces hydrocarbures doivent être piégés dans des structures géologiques spécifiques, empêchant leur fuite vers la surface.
Ces pièges géologiques peuvent être de nature structurale (plis, failles anticlinales) ou stratigraphique (variations de perméabilité des couches rocheuses). L'existence d'une roche couverture imperméable, comme l'argile ou le sel, est essentielle pour empêcher la fuite du gaz. La pression du gaz accumulé dans le réservoir, qui peut atteindre plusieurs centaines de bars, est un facteur déterminant pour l'extraction future. Un gisement de gaz naturel peut contenir des volumes considérables, allant de quelques millions à plusieurs milliards de mètres cubes.
Les différents types de gaz naturel et leurs compositions
Le gaz naturel n'est pas une substance homogène. Sa composition varie selon son origine et les conditions de formation. On distingue plusieurs catégories :
Gaz naturel sec (principalement méthane)
Le gaz naturel sec est majoritairement constitué de méthane (plus de 90 %). Il contient des traces d'autres hydrocarbures légers (éthane, propane, butane). Sa pureté et son pouvoir calorifique élevé en font un combustible très recherché. Plus de 75 % du gaz naturel consommé est du gaz sec.
Gaz naturel humide (avec des proportions significatives d'autres hydrocarbures)
Le gaz naturel humide contient une proportion notable d'hydrocarbures liquides, tels que l'éthane, le propane, le butane est parfois même du pentane. Ces composants sont séparés du méthane lors du traitement du gaz, puis utilisés comme matières premières dans l’industrie pétrochimique ou comme combustibles.
Gaz naturel associé au pétrole
Ce gaz est dissous dans le pétrole brut, dans les réservoirs souterrains. Il est extrait simultanément avec le pétrole lors des opérations de forage. La quantité de gaz associé varie grandement d'un gisement à l'autre.
Gaz de schiste (extrait de roches argileuses)
Le gaz de schiste est emprisonné dans des roches argileuses de faible perméabilité. Son extraction repose sur la fracturation hydraulique ("fracking"), une technique controversée en raison de ses impacts potentiels sur l'environnement (pollution des eaux souterraines, émissions de méthane). Les réserves de gaz de schiste représentent une part significative des ressources mondiales de gaz naturel.
Extraction et exploitation du gaz naturel : techniques et enjeux
L'extraction du gaz naturel se fait par forage, des puits étant creusés jusqu'aux réservoirs souterrains. Pour le gaz de schiste, la fracturation hydraulique est nécessaire pour fracturer la roche et libérer le gaz. Ce processus, qui implique l'injection de fluides à haute pression, suscite de nombreuses préoccupations environnementales.
Une fois extrait, le gaz subit un processus de traitement pour éliminer les impuretés et les autres composés. Il est ensuite compressé et transporté via des gazoducs vers les consommateurs. Le coût de production et le prix du gaz naturel sont influencés par de nombreux facteurs : la localisation géographique, les conditions géologiques, le prix de l'énergie et les politiques gouvernementales.
L'exploitation du gaz naturel soulève des défis majeurs concernant l'impact environnemental : émissions de méthane (un puissant gaz à effet de serre), contamination des eaux souterraines, impact sur les écosystèmes. L'optimisation des techniques d'extraction et la recherche de solutions plus durables sont essentielles pour minimiser ces impacts et assurer une transition énergétique responsable. La transition vers des énergies renouvelables, associée à une gestion rigoureuse des ressources en gaz naturel, apparait indispensable pour garantir un futur énergétique durable.
- Les émissions de méthane lors de l'extraction et du transport du gaz naturel représentent une part significative des émissions mondiales de gaz à effet de serre.
- La fracturation hydraulique peut entraîner une contamination des eaux souterraines par des produits chimiques utilisés dans le processus.
- L'exploitation du gaz naturel peut avoir un impact négatif sur les écosystèmes, notamment les zones humides et les forêts.