Voici ma traduction libre d'un texte d'introduction d'une étude scientifique récente écrit par Charles W. Schmidt.Charles W. Schmidt, maîtrise en sciences, un écrivain scientifique qui s'est mérité des prix, résident de Portland, dans le Maine. Ses écrits ont été publiés dans les revues scientifiques Discover Magazine, Science et Nature Medicine.
Les eaux usées générées par la fracturation hydraulique (fracking) effectuée pour extraire le gaz naturel du schiste du Marcellus dépassent déjà les capacités des options de disposition existantes et continueront de le faire tant que le développement du gaz augmentera, selon une nouvelle étude publiée dernièrement. L'enquête n'a pas évalué les conséquences environnementales des eaux usées. Mais le principal auteur, Brian Lutz, un professeur adjoint du département de biologie de Kent State University, dit que les eaux usées des fracturations pourraient avoir une variété d'impacts sur la santé et l'environnement si la gestion n'est pas faite correctement. L'analyse s'est limitée à la Pennsylvanie qui domine la production de gaz de schiste aujourd'hui avec la Virginie Occidentale.
Pendant la fracturation hydraulique, un mélange fluide est pompé dans les profondeurs pour fracturer le roc afin de libérer le gaz naturel qui y est emprisonné, pour ensuite remonter par le puits jusqu'à la surface. Les fluides de fracturations peuvent aller de 3 à 7 millions de gallons d'eau par puits, mélangés avec du sable et un mélange complexe de produits chimiques qui peut inclure du naphtalène, de formaldéhyde, et une variété de composés organiques volatils, parmi d'autres substances.
Depuis les années 1850, le gaz naturel est extrait de plusieurs formations géologiques relativement peu profondes. Mais des avancées avec la fracturation horizontale ont permis le développement des veines de gaz de schiste, la plupart se trouvant à plus d'un mille de profondeur dans la formation Marcellus et encore plus profondément dans d'autres formations comme le Woodford Shale en Oklahoma. En 2010, le gaz de schiste a fournit 23% de la production domestique du gaz naturel, à comparé avec 2% en 2000. Et de cette quantité, environ 10% venait du Marcellus qui depuis quelques mois est devenu le plus grand producteur de gaz de schiste des États-Unis. En même temps, la quantité d'eaux usées générées par les fracturations hydrauliques dans le schiste du Marcellus a multiplié par 6 entre 2004 et 2011, de façon telle que cela amoindri la proportion d'eaux usées générées par les forages pour le gaz conventionnel, même si la production de gaz conventionnel génère 65% plus d'eaux usées par unité de gaz récupéré que la fracturation hydraulique.
Selon Kevin Sunday, le secrétaire de presse adjoint du DEP (département de la protection environnementale de la Pennsylvanie), les producteurs de gaz en Pennsylvanie autrefois envoyaient leurs eaux usées aux usines de traitement d'eaux usées municipales pour les purifier et ensuite les déverser (traitées) dans les rivières. Mais avec le virage pour la production non conventionnelle, les eaux usées enrichies de métaux lourds, de radionucléides et de sels libérés des schistes souterrains sont devenues plus difficiles à traiter. Enlever les sels dissous est particulièrement dispendieux par distillation ou osmose inversé.
En soulignant ces préoccupations environnementales, le secrétaire du DEP Michael Krancer a demandé à l'industrie du schiste du Marcellus de cesser d'envoyer les eaux usées aux usines municipales en avril 2011. Selon Sunday, l'industrie s'est immédiatement pliée à cette consigne et a augmenté une pratique qui était déjà en marche, c'est-à-dire transporter les déchets vers des usines privées de traitement industriels qui étaient plus équipées pour faire la précipitation des métaux et filtrer les solides en suspension. Quand l'état avait imposé plus tôt des mesures plus restreignantes sur les normes de disposition des eaux usées traitées à 500 mg par litre de solides dissous totaux, les foreurs ont découvert que c'était plus payant d'investir dans des centres de traitement centralisés et mobiles pour recycler et réutiliser ces eaux usées dans des opérations de fracturations plutôt que les déverser dans l'environnement. Aujourd'hui, d'après Sunday: "On n'a jamais autant recyclé. Environ 70% des fluides de reflux se font réutiliser, et certains opérateurs recyclent à 100%."
Mais Lutz dit que la baisse de déversements d'eaux usées est venue avec une augmentation de quantité d'eaux usées transportées par camion vers l'Ohio pour en disposer par injection à grande profondeur, passant d'environ 26 millions de gallons en 2010 à 106 millions de gallons en 2011. La majorité de la géologie de la Pennsylvanie ne se prête pas à cette pratique, selon lui. Environ une douzaine de petits séismes liés aux injections d'eaux usées sous terre à des installations près de Youngstown, en Ohio, entre mars et décembre 2011 vont sûrement limiter les options de disposition à l'avenir, selon lui.
"Il y a eu une période de 11 mois l'an passé quand il n'y a pas eu de nouveaux permis d'émis pour des injections sous terre, mais ceci était un moratoire non officiel, pas spécifié dans les documents." dit Lutz. "Et pendant que des nouveaux permis sont maintenant accordés, ils ont ralenti le rythme de distribution des permis." De plus, les régulateurs de l'Ohio maintenant exigent une révision beaucoup plus exhaustive et stricte des dossiers géologiques, dit Lutz, ce qui fait que les injections souterraines sont beaucoup plus dispendieuses qu'auparavant. Finalement, il précise que les quantités d'eaux usées générées augmente expotentiellement en même temps que les opportunités de les gérer deviennent plus limitées. "Et cela crée l'opportunité pour augmenter l'exposition humaine." dit-il.
Selon Jim Erg, un consultant à son compte et ancien directeur du Bureau of Oil and Gas Management de la Pennsylvanie, les intervenants sont maintenant à débattre des options futures pour disposer des eaux usées, qui varient d'une augmentation de la quantité recyclée aux possibilités d'augmenter les puits d'injection près de la frontière de la Pennsylvanie avec l'Ohio, où la géologie s'y prête mieux.
Entre-temps, des chercheurs tentent de mieux comprendre les effets potentiels sur la santé par contact direct avec les eaux usées, en plus des autres façons d'être exposé aux opérations de fracturations. Selon Trevor Penning, le directeur du centre Center of Excellence in Environmental Toxicology de l'université de la Pennsylvanie, la plupart des cas rapportés de problèmes de santé liés à la fracturation jusqu'à date sont non confirmés. "Finalement, nous devons démontrer une association quelconque pour en faire la démonstration de cause à effet." dit-il. "Ce qui nous manque, ce sont des données d'exposition d'individus qui sentent que leur santé est impactée pour avoir vécu dans des communautés où il se fait de la fracturation hydraulique."
Parmi les autres efforts fait pour examiner les impacts sur la santé publique, le centre UPENN et 9 autres centres Environmental Health Core Centers financés par le National Institute of Environmental Health Sciences collaborent avec des compagnies de gérance pour analyser les données sur la santé dans les communautés et les mesures de qualité de l'eau, en comparant les régions où il se fait de la fracturation avec celles où il n'y en a pas. Selon Penning, la priorité en haut de la liste est d'identifier les dangers spécifiques des produits chimiques dans l'air et dans l'eau pour évaluer les risques pour la santé humaine.
Penning souligne que les produits chimiques dans les fluides de fracturation, bien qu'ils ne fassent qu'un très petit pourcentage du volume total liquide (0,5%-2,0%), sont présents en grande quantité vu l'important volume d'eau injecté dans chaque puits. "Ceci pose un problème complexe de mélanges," dit-il. "Et une préoccupation importante est le fait que les eaux usées fuiront des bassins de décantations dans les sources d'eau souterraines et de surface, là où l'humain pourrait être exposé."
"Estimating Wastewater Impacts from Fracking
Charles W. Schmidt
Charles W. Schmidt, MS, an award-winning science writer from Portland, ME, has written for Discover Magazine, Science, and Nature Medicine.
Wastewater produced by hydraulic fracturing (“fracking”) for natural gas in the Marcellus Shale is already overwhelming disposal options and will continue to do so as gas development increases, according to newly published research.1 The investigation did not evaluate environmental consequences of the wastewater. But lead author Brian Lutz, an assistant professor in the Kent State University Department of Biology, says fracking wastewater could have a range of environmental and health impacts if not managed correctly. The analysis was limited to Pennsylvania, which along with West Virginia dominates Marcellus shale gas production today.2
During fracking, a fluid mixture pumped deep underground fractures the rock to liberate trapped natural gas, which then rises through the well to the surface. Fracking fluids amount to between 3 and 7 million gallons of water per well,3 mixed with sand and a complex chemical mixture that can include naphthalene, formaldehyde, and a variety of volatile organic compounds, among other substances.4
Since the 1850s, natural gas has been extracted from a number of relatively shallow formations. But advances in horizontal fracking have enabled the development of shale gas deposits, most of which are more than a mile underground in the Marcellus and even deeper in other formations such as the Woodford Shale in Oklahoma.5 In 2010 shale gas contributed 23% of domestic natural gas production, compared with 2% in 2000.1 And of that, about 10% came from the Marcellus, which in recent months has become the biggest producer of shale gas in the United States.2 Correspondingly, the amount of wastewater generated by fracking in the Marcellus rose nearly sixfold between 2004 and 2011, such that it increasingly dwarfs amounts produced by conventional gas drilling—even though conventional gas production generates 65% more wastewater per unit of recovered gas than fracking does.1
According to Kevin Sunday, the deputy press secretary with the Pennsylvania Department of Environmental Protection (DEP), gas producers in Pennsylvania traditionally sent their wastewater to municipal water treatment plants for purification and then discharge into rivers. But with the shift to nonconventional production, the wastewater—which is enriched with heavy metals, radionuclides, and salts liberated from the shale rock below1—became harder to deal with. Removing dissolved salts, in particular, requires expensive distillation or reverse osmosis.
Citing these environmental concerns, DEP secretary Michael Krancer called on the Marcellus Shale industry to cease wastewater delivery to municipal sewage plants in April 2011.6 According to Sunday, the industry immediately complied and accelerated what was already an ongoing shift of delivering the wastes to private industrial treatment facilities that were better able to precipitate metals and filter out suspended solids. When the state had earlier imposed a more stringent discharge standard for treated wastewater of 500 mg/L of total dissolved solids, drillers had found it more cost-effective to invest in centralized and mobile wastewater treatment for recycling and reuse in fracking operations than to discharge into the environment. Today, Sunday says, “Recycling has never been higher. About seventy percent of flowback water gets reused, with some operators at a hundred percent.”
But Lutz says the decline in wastewater discharge was also met with a significant increase in the amount of wastewater trucked to Ohio for disposal via underground injection, from roughly 26 million gallons in 2010 to 106 million gallons in 2011. Most of Pennsylvania’s geology is not amenable to this practice, he says. Roughly a dozen small earthquakes linked to underground wastewater disposal at facilities near Youngstown, Ohio, between March and December 2011 will likely constrain that disposal option in the future, he adds.
“There was an eleven-month window last year of no new permits being issued for underground injection, but this was an unofficial moratorium, not specified in the documents,” Lutz says. “And while new permits are now just being issued, they have slowed the rate of permit approvals.” Moreover, Ohio regulators now require far lengthier and more thorough review of geological records, Lutz says, which serves to make underground disposal much more expensive than it used to be. The bottom line, he emphasizes, is that the amount of wastewater being generated is going up exponentially at the same time that opportunities for managing it are becoming more limited. “And this creates more opportunities for human exposure,” he says.
According to Jim Erb, a private consultant and former director of Pennsylvania’s Bureau of Oil and Gas Management, stakeholders are now debating future disposal options that range from increases in wastewater recycling to the possibility of more injection wells near Pennsylvania’s border with Ohio, where the geology is more suitable.
Meanwhile, researchers are trying to get a better handle on potential health effects from contact with the wastewater, in addition to other exposures linked to fracking operations. According to Trevor Penning, director of the University of Pennsylvania (UPENN) Center of Excellence in Environmental Toxicology, most reports of health problems linked to fracking thus far are anecdotal. “At the end of the day, we need to show some kind of association to demonstrate causality,” he says. “What we are missing is exposure data on individuals who feel their health is being impacted by living in communities where fracking is happening.”
Among other efforts to examine public health impacts of fracking,7,8,9 The UPENN center and nine other Environmental Health Core Centers funded by the National Institute of Environmental Health Sciences are collaborating with managed care companies to analyze community health outcomes data and water quality measurements, comparing localities where fracking is occurring with those where it’s not. According to Penning, the top priority is to identify specific chemical hazards in both air and water for human health risk assessment.
Penning points out that chemicals in fracking fluids—although they make up only a small percentage (0.5–2.0%) of the total aqueous volume—are present in large amounts given how much water goes into a single well. “This is a complex mixtures problem,” he says. “And a major concern is that wastewater will leak from holding ponds into groundwater and surface water supplies, where human exposures are possible.”
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References
1. Lutz BD, et al. Generation, transport, and disposal of wastewater associated with Marcellus Shale gas development. Water Resources Res; http://dx.doi.org/10.1002/wrcr.20096 [online 8 Feb 2013].
2. EIA. Natural Gas Weekly Update [website]. Washington, DC:U.S. Energy Information Administration, U.S. Department of Energy (updated 7 Mar 2013). Available: http://www.eia.gov/naturalgas/weekly/ [accessed 15 Mar 2013].
3. Ramudo A, Murphy S. Hydraulic Fracturing—Effects on Water Quality. Cornell University City and Regional Planning (CRP 5072). Ithaca, NY:Cornell University (12 Dec 2010). Available: http://goo.gl/hwCCG [accessed 15 Mar 2013].
4. NYSDEC. Preliminary Revised Draft: Supplemental Generic Environmental Impact Statement on the Oil, Gas, and Solution Mining Regulatory Program. Albany, NY:New York State Department of Environmental Conservation (30 Sep 2009). Available: http://www.dec.ny.gov/data/dmn/ogprdsgei?sfull.pdf [accessed 15 Mar 2013].
5. Sumi L. Shale Gas: Focus on the Mercellus Shale. Durango, CO:Oil & Gas Accountability Project, Earthworks (May 2008). Available: http://goo.gl/xaxyR [accessed 15 Mar 2013].
6. Pennsylvania DEP. Pennsylvania DEP Calls on Natural Gas Drillers to Stop Giving Treatment Facilities Wastewater. Harrisburg, PA:Department of Environmental Protection (19 Apr 2011). Available: http://goo.gl/h6lCY [accessed 15 Mar 2013].
7. Geisinger Leads Marcellus Shale Initiative. Geisinger Research Connections. Danville, PA:Geisinger Health System (Winter 2013). Available: http://goo.gl/MIpTP [accessed 15 Mar 2013].
8. EPA. Natural Gas Extraction—Hydraulic Fracturing [website]. Washington, DC:U.S. Environmental Protection Agency (updated 11 Mar 2013). Available: http://www2.epa.gov/hydraulicfracturing [accessed 15 Mar 2013].
9. Pennsylvania DEP. Comprehensive Radiation Study Plan for Oil & Gas Operations (2013). Harrisburg, PA:Department of Environmental Protection. Available: http://goo.gl/n44QY [accessed 15 Mar 2013].
Link: http://ehp.niehs.nih.gov/121-a117/
Photo: Erin Trieb
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