Les chercheurs au Tyndall Centre à l'université de Manchester, en Angleterre, ont enquêté sur les impacts du gaz de schiste sur l'environnement et les changements climatiques. L'exploitation du gaz de schiste, ou de shale, est bien lancée aux États-Unis et devra commencer bientôt en Grande-Bretagne.
Voici la 9e partie d'une traduction libre du rapport préliminaire du Tyndall Centre for Climate Change Research. Le texte original est ici: http://www.tyndall.ac.uk/shalegasreport avec un lien pour télécharger le rapport en format pdf de 87 pages.
Le titre du rapport est:
"Shale gas: a provisionnal assessment of climate change and environmental impacts - A research report by The Tyndall Center, University of Manchester with Sustainable Change Co-operative, Report commissioned by The Co-operative. January 2011"
4.2.3 La contamination de l'eau souterraine
L'importance de la pollution de l'eau souterraine
L'eau souterraine est de l'eau qui s'accumule dans les formations de roc et portent le nom d'aquifères. L'eau remplit naturellement les aquifères du bas vers le haut, remplissant les espaces dans le roc avec de l'eau et créant ainsi la zone saturée de l'aquifère vers le fond, et la zone non-saturée dans les parties les moins profondes où les poches dans le roc contiennent de l'air et de l'eau. La frontière entre les zones saturées et non-saturées est la nappe phréatique (water table). L'eau souterraine n'est pas stationnaire mais s'écoule au travers et le long des crevasses de l'endroit où l'eau pénètre l'aquifère (la zone de recharge - recharge zone) vers une région où l'eau quitte l'aquifère (discharge zone). Quand cela se passe près de la surface, une source jaillit et alimente l'écoulement des rivières et des milieux humides. La qualité de l'eau souterraine est habituellement très bonne et demande peu ou aucun traitement avant de servir comme eau potable. En Angleterre et au pays de Galles, l'eau souterraine fournit le tiers de l'eau potable et alimente l'écoulement de plusieurs rivières. Dans certaines régions du sud de l'Angleterre, l'eau souterraine fournit jusqu'à 80% des besoins en eau. Vu l'importance de l'eau souterraine comme source d'eau potable et source d'eau pour les rivières et les milieux humides, Prévenir la pollution est vital. S'il survient de la contamination et la pollution pénètre profondément, cela pourrait mener vers une détérioration de la ressource à long terme.
Les fluides de fracturation et de flowback (dont les produits de transformation et les contaminants mobilisés sous terre) contiennent un certain nombre de substances dangereuses qui, si elles contaminent les eaux souterraines, auraient des impacts importants sur la qualité de l'eau potable et/ou les eaux de surface et les habitats des milieux humides. La sévérité des dommages dépendra par exemple de l'importance de l'aquifère, l'étendue et la nature de la contamination, la concentration des substances dangereuses et du lien entre les eaux de surface et souterraines.
Les routes de contamination
Les routes d'exposition les plus évidentes de contamination des eaux souterraines par les puits de gaz de schiste sont:
- une défaillance catastrophique ou une perte d'intégrité entière ou partielle du trou de forage, pendant la construction, la fracturation hydraulique, l'exploitation ou après la fermeture du puits.
- une migration (déplacement) des contaminants venant de la fracture de la formation géologique cible par des voies souterraines dont:
+ l'extérieur du trou de forage lui-même
+ d'autres trous de forage ( comme des puits incomplets, mal construits ou d'autres trous de forages plus âgés ou mal scellés)
+ par des fractures provoquées pendant le procédé de fracturation hydraulique ou
+ par des fissures naturelles, des craquelures et des espaces interconnectés.
Défaillances ou pertes d'intégrité des trous de forage
À cause des profondeurs importantes de la ressource dans le shale, les trous de forage seront probablement forés à travers de plusieurs aquifères. Durant toute la durée de vie d'un puits, le trou de forage est un lien continuel entre la formation cible (où la fracturation hydraulique à grandes pressions se déroule ainsi que les extractions subséquentes se déroulent), et d'autres formations de roc, des aquifères salins, des aquifères d'eau douce et la surface. À cause de cela, le trou de forage lui-même est probablement la principale voie de pollution de l'eau souterraine.
Pour réduire la possibilité de contamination du puits lui-même, les coffrages sont installés pour isoler le trou du forage des formations environnantes. Il est à noter que les exigences selon les profondeurs varient d'un état à l'autre ainsi que les exigences pour le cimentation des coffrages. Comme on a déjà mentionné dans la section 2.2, la méthode de "circulation" peut être employée pour remplir complètement l'espace entre le coffrage et le trou de forage (annulus) à partir du fond du coffrage de surface jusqu'à la surface. Toutefois, selon le GWPC,
- la circulation du ciment sur le coffrage de surface n'est pas une obligation universelle et dans certains états, le cimentation de l'espace autour de l'annulus est requis seulement si le coffrage traverse la zone d'eau souterraine la plus profonde mais pas toutes les zones d'eau souterraine;
- bien que certains états exigent la circulation complète du ciment du fond jusqu'à la tête du coffrage de production, la plupar des états exigent que seulement une quantité de ciment calculé pour soulever la tête de ciment derrière le coffrage jusqu'à un certain niveau au-dessus de la formation de production;
- dans des puits très profonds (comme c'est souvent le cas des puits de schiste forés horizontalement), la circulation du ciment est plus difficile à réussir puisque le cimentation doit être manipulé durant plusieurs étapes; il peut en résulter une pauvre qualité de l'ouvrage de ciment ou endommager le coffrage si ce n'est pas fait correctement.
C'est clair qu'une fois complété, les coffrages dans les trous de forage sont la première ligne de défense contre la contamination de l'eau souterraine. Comme tel, la perte ou le manque initial d'intégrité de l'ensemble des coffrages du puits n'importe où le long du trou de forage ont le potentiel d'être la source de contamination des formations géologiques, incluant les aquifères.
La défaillance catastrophique d'un coffrage de puits (par exemple durant la fracturation hydraulique à haute pression) autant que la perte d'intégrité partielle de scellés en ciment mal faits pourraient résulter en un évènement de pollution. La sévérité de tels évènements dépendra de la nature de la perte d'intégrité, les contaminants et l'environnement qui le subit. Pour ce qui est des évènements à cause de la perte d'intégrité des coffrages, la contamination résultant du flowback des fluides de fracturation au travers le coffrage lui-même pourrait se produire mais nécessiterait une défaillance physique du coffrage en acier ainsi que du ciment. Il serait plus probable que le reflux remontant par l'annulus cimenté entre le coffrage et la formation serait selon le GWPC, représenterait le plus important danger de contamination de l'eau souterraine pendant la fracturation hydraulique: "C'est le cimentation du coffrage qui ajoute la plus grande valeur de protection pour l'eau souterraine...en conséquences, la qualité du travail initial de cimentation est le facteur le plus important pour prévenir le déplacement des fluides venant des zones les plus profondes vers les ressources en eau souterraine."
Le document New York State (2009) ne tient pas compte du tout du rôle et de l'importance du cimentation et en particulier du travail initial de cimentation quand il se penche sur la pollution de l'eau souterraine. Il met pratiquement de côté la question en se référant sur une étude financée par ICF International qui s'est basé sur un estimé de risque d'une étude des années 1980 faite par le American Petroleum Institute (API). L'étude de l'API analysait le risque de contamination de puits de Classe II construit correctement pour un Underground Source of Drinking Water (USDW) - source d'eau potable souterraine - provoquée par la corrosion d'un coffrage et une défaillance du scellé en ciment. Se basant sur cela, l'étude du ICF (et du New York State, 2009) concluait que la probabilité que les fluides de fracturation puisse se rendre à un USDW à cause de défaillances dans le coffrage ou le cimentation est estimé à moins de 2 X 10-8 (moins que 1 chance sur 50 millions de puits). Se basant sur cela, l'étude du ICF concluait que la fracturation hydraulique ne présente pas un risque potentiel raisonnable à impacts environnementaux négatifs pour les aquifères potentiels d'eau douce.
En examinant mieux ceci, on peut penser que les prévisions et la conclusion pourraient être problématiques sur plusieurs points. Le plus remarquable est que l'analyse rigoureuse des risques exige que l'on inclut toutes les circonstances raisonnablement probables, les évènements et les lieux de défaillances qui pourraient provoquer des impacts néfastes. Comme tel, se concentrer uniquement sur une estimation des risques de défaillance sur des puits correctement construits ne tient pas en ligne de compte les risques de défaillance des puits mal construits. Bien que la construction imparfaite d'un puits pourrait être involontaire, cela arrive dans la réalité et il en est résulté des évènements de pollution (voir plus loin dans le rapport). Puisque l'étude de risques exige l'étude de conséquences non voulues, c'est une omission sérieuse, surtout que l'on sait que des défauts de construction sont reconnus comme étant le risque le plus important à l'eau souterraine.
Une autre question à étudier est la comparaison entre les puits d'injection et les puits de gaz de schiste fracturés hydrauliquement. Bien que l'étude du ICF tient compte de la différence entre les deux, il présume que les risques venant des puits de schiste sont probablement moindres parce que les puits d'injection se font avec des pressions soutenues, tandis que les puits de gaz de schiste fracturés hydrauliquement sont sous pression seulement durant la fracturation hydraulique (après laquelle la pression dans les coffrages est moindre que dans la formation environnante). Bien que des différences opérationnelles sont vraies, à des pressions de 5,000 à 10,000 psi (345 à 690bar), les pressions de la fracturation hydraulique sont plus élevées et sont appliquées plusieurs fois pendant la fracturation d'un puits. Cela veut dire que le puits et le coffrage sont soumis à des épisodes répétées de haute pression suivies de relâchement total de pression, et de pression négative relativement au roc environnant. Donc, on pourrait autant présumer que le stress sur les coffrages de puits et des scellés de ciment des "inflations et déflations" répétées pourraient être plus important et que les dommages et la perte subséquente d'intégrité du coffrage pourraient se produire davantage dans les puits de gaz de schiste fracturés hydrauliquement.
En tenant compte de tout cela, il semblerait problématique de conclure qu'il n'y a pas de risques raisonnablement potentiels pour les aquifères d'eau douce. surtout vu la probabilité de contamination des aquifères par puits. Pendant que des milliers de puits de gaz de schiste sont forés au travers les aquifères aux États-Unis, le chiffre présenté comme probabilité de contamination d'un USDW devrait être présenté comme un facteur de mille fois plus élevé que celui fourni. Par contre, le document New York State (2009) précise que la migration du gaz naturel est d'une inquiétude raisonnablement plus anticipée quand il s'agit d'impacts potentiellement négatifs importants à cause:
- d'une profondeur inadéquate ou de l'intégrité du coffrage de surface pour isoler les sources d'eau douce potable des formations plus profondes contenant le gaz;
- du ciment inadéquat dans l'espace annulaire autour du coffrage de surface qui pourrait être à cause de circulation de gaz ou à cause de la période pas assez longue pour laisser le ciment "prendre";
- de la pression excessive dans l'annulus entre le coffrage de surface et les coffrages intermédiaires et de production. Une telle pression pourrait briser la formation à la base du coffrage de surface et il en résulterait la création de passages souterrains en dehors du coffrage de surface. De la pression excessive pourrait se produire si le gaz s'infiltre dans l'annulus à cause d'un manque de ciment autour du coffrage de production et que l'annulus ne soit pas aéré selon les spécifications des coffrages et des cimentations. Donc, d'une part, l'évaluation de la fracturation hydraulique du document New York State (2009) ne tient pas compte la possibilité de contamination à cause de défauts de construction mais par contre, la possibilité d'un tel défaut de construction est qualifié comme étant d'une inquiétude davantage raisonnablement anticipée ( a more reasonably anticipated concern ).
Cet oubli est remarquable par le fait qu'il y a un certain nombre d'exemples documentés d'évènements de pollution causés par des défauts de construction et des erreurs d'opérateurs. Il existe des rapports d'incidents qui décrivent des contamination d'eaux de surface et souterraines par des contaminants comme des saumures, des chimiques non identifiées, par du gaz naturel, des sulfates et des hydrocarbures comme le benzène et le toluène. Dans plusieurs cas, la cause exacte ou le cheminement de la contamination ne sont pas encore identifiés à cause de la difficulté à cartographier les formations complexes du sous-sol, mais il y a aussi plusieurs incidents où les causes comme les défauts de construction ont été identifiés. Ceux-là incluent:
1) En 2004, dans le comté de Garfield, au Colorado, on a aperçu du gaz naturel faire des bulles dans un lit de ruisseau. En plus du gaz naturel, des échantillons d'eau souterraine contenaient des concentrations de benzène de plus de 200 microgrammes par litre et les concentrations dans de l'eau de surface dépassaient 90 microgrammes par litre ( 90 fois plus que la limite tolérée par l'état). L'opérateur n'avait pas suivi les instructions pour éviter des problèmes potentiels pendant le forage, n'a pas avisé les autorités comme exigé par son permis de forage et n'a pas scellé adéquatement avec du ciment le coffrage du puits. Cela, en conjoncture avec l'existence d'un réseau de fractures et de failles ont été à la source de quantités importantes de fluides de formation qui ont migré presque 4,000 pieds (1,200 mètres) et horizontalement de 2,000 pieds (600 mètres), pour finir par suinter à la surface. Bien que des coffrages de rémédiation installés dans le puits ont réduit le suintement selon un rapport, le panache de benzène qui s'ensuivit exige des correctifs depuis 2004. Suivirent des études hydrologiques qui ont déterminé que les concentrations de méthane et d'autres contaminants dans l'eau souterraine ambiante ont augmenté dans la région durant l'augmentation des activités de forage, et ont attribué l'augmentation de coffrages inadéquats ou de la cimentation dans les puits de gaz ainsi que des fractures naturelles.
2) En 2007, un puits qui avait été foré d'une profondeur de presque 4,000 pieds dans une formation de sable tassé (tight sand formation) à Bainbridge, en Ohio, n'avait pas été scellé adéquatement avec du ciment, laissant du gaz s'échapper d'une couche de shale au-dessus de la formation de sable. Le gaz s'est échappé par l'annulus pour pénétrer dans une source d'eau souterraine d'eau potable. Le méthane s'est accumulé jusqu'à ce qu'une explosion dans le sous-sol d'une résidence alerte les autorités de l'état.
3) Une contamination de l'eau souterraine à cause du forage dans la formation de shale du Marcellus a été rapportée en 2009, à Dimock, en Pennsylvanie, où le méthane a migré des milliers de pieds de la formation en production, contaminant l'aquifère d'eau douce et résultant dans au moins une explosion à la surface. Le méthane en migration a été rapporté comme ayant impacté au moins une douzaine de puits d'eau potable dans une région d'une surface de 9 milles carrés (23 kilomètres carrés). L'explosion a eu lieu à cause de l'accumulation du méthane dans une voute de puits d'eau potable. Le Pennsylvania Department of Environmental Protection (DEP) a depuis installé des détecteurs de gaz et a déconnecté des puits d'eau potable qui comptaient des niveaux élevés de méthane qui auraient pu causer des explosions dans les résidences qui y étaient raccordées. La cause première est toujours sous enquête et un passage souterrain définitif n'est toujours pas connu.
4) En juillet 2009, dans le comté de McNett, le DEP de la Pennsylvanie a découvert une fuite de gaz naturel associé avec un puits foré. Deux cours d'eau ont été impacté par la fuite du méthane qui a aussi impacté plusieurs puits d'eau potable privés dans la région et un résident a été forcé d'évacuer. Un rapport du DEP de la Pennsylvanie a ensuite identifié la cause soupçonnée de la fuite comme étant une quelconque défaillance du coffrage. L'enquête se poursuit.
5) En avril 2009, dans le comté de Foster, en Pennsylvanie, les activités de forage ont impacté au moins 7 sources d'eau potable. Les fuites de gaz étaient évidentes dans plusieurs puits et les résidents se sont plaint. Deux des sources d'eau potable contenaient du méthane et 5 d'entre elles avaient du fer et du manganèse à des concentrations au-dessus des limites tolérées pour l'eau potable. Après enquête, le DEP de l'état trancha que la fuite de gaz était le résultat de 26 puits forés récemment, dont 4 d'entre eux avaient des pressions excessives sur les coffrages de surface, et d'autres n'avaient pas de retours de ciment (cement returns), selon Riverkeeper.
6) Le 12 décembre 2006, le DEP de la Pennsylvanie expédia une mise en demeure à 2 compagnies qui avaient enfreints plusieurs fois et continuaient d'enfreindre les lois de l'état et avaient démontré un manque de capacité ou d'intention de se plier aux exigences des lois environnementales. Parmi les infractions citées, on avait sur-pressurisé les puits, ce qui avait provoqué de la migration de gaz et contaminé des eaux souterraines; on n'avait pas implanté des contrôles d'érosion et de sédimentation sur les sites des puits, ce qui a accéléré l'érosion; on avait déversé des saumures sans permis sur le sol et on avait empiété dans des cours d'eau sans permis.
7) Dans le comté de Fremont, au Wyoming, en répondant à des plaintes de mauvaises odeurs et de l'eau qui goûtait mauvaise dans des puits résidentiels, l'EPA de la région a financé une enquête pour trouver la source et la nature de la contamination. Le rapport a tenu en ligne de compte des données recueillies de puits résidentiels et municipaux dans Pavillon, au Wyoming, en mars et durant le mois de mai en 2009. Le rapport détermina que des niveaux élevés de contaminants dans plusieurs puits d'eau potable, dont certains mêmes chimiques employés durant une opération de fracturation hydraulique tout près de là.
8) Le 3 juin 2010, un puits de gaz fit un "blowout" dans le comté de Clearfield, éjectant du gaz naturel et des eaux usées dans les airs pendant 16 heures. Le blowout est allé jusqu'à 75 pieds de haut, selon certains reportages de médias, avant qu'une équipe d'urgence de premiers répondants venus du Texas puisse sceller le puits. On blâma le blowout sur le personnel mal formé et des procédures de contrôle inadéquates, et les opérateurs du puits ont reçu des pénalités de $400,000 et ont reçu l'ordre de cesser leurs activités de forage dans tout l'état pendant 40 jours.
En plus de la preuve que la contamination de l'eau souterraine via ce passage peut arriver, et en effet, se produit, le fait que des actions volontaires sur l'usage de certaines substances toxiques dans les fluides de fracturation ont été adoptées en se basant sur les risques non nécessaires sous-entend qu'il y a en effet un risque d'inquiétude potentiel. Le rapport de GWPC que le diesel a été mentionné comme le principal ingrédient inquiétant par le Oil and Gas Accountability Project (OGAP) à cause qu'il contenait relativement beaucoup de benzène. Une entente a été faite pour discontinuer son usage comme fluide de fracturation dans les projets de méthane dans les formations de charbon CBM) dans des zones qui sont considérées comme USDW. Cette action, donc, est en conflit avec la conclusion générale que la fracturation hydraulique ne présente pas un risque raisonnable potentiel d'impacts négatifs importants aux aquifères potentiels d'eau douce.
La suite de la traduction libre du rapport Tyndall portera sur les risques de contamination par voie terrestre, la consommation de l'eau, la pollution visuelle et par le bruit, ainsi que les conclusions du rapport Tyndall dans une entrée de blog prochainement.
Photo: Helen Slottie
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