Ces sources pourraient aider à combler l’écart croissant entre la production nationale et la consommation aux États-Unis, mais elles présentent de plus grands défis environnementaux dans leur production.

L’Energy Information Administration estime actuellement la base de ressources de gaz non conventionnel des États-Unis à 2 203 trillions de pieds cubes. Sur ce total, 167 trillions de pieds cubes sont considérés comme des réserves prouvées – récupérables dans les conditions économiques et opérationnelles actuelles.

Gaz de schiste

Contrairement au gaz conventionnel, qui réside dans des réservoirs très poreux et perméables et qui peut être facilement exploité par des puits verticaux standard, le gaz de schiste reste piégé dans sa roche mère d’origine, le schiste riche en matières organiques qui s’est formé à partir du dépôt sédimentaire de boue, de limon, d’argile et de matière organique sur les sols des mers peu profondes.

Le premier puits aux États-Unis foré spécifiquement pour produire du gaz naturel a puisé dans un gisement de gaz de schiste à Fredonia, New York, en 1821 . En raison de la très faible perméabilité de ces schistes, cependant, l’extraction conventionnelle à l’aide de puits verticaux s’est avérée non rentable, car des gisements plus facilement exploitables ont été trouvés ailleurs.

Aujourd’hui, le gaz de schiste est la ressource de gaz naturel qui connaît la croissance la plus rapide aux États-Unis et dans le monde entier en raison de plusieurs développements récents. Les progrès de la technologie de forage horizontal permettent à un seul puits de traverser de plus grands volumes d’un réservoir de gaz de schiste et donc de produire plus de gaz.

Le développement de la technologie de fracturation hydraulique (également appelée hydrofracturation, hydrofracking, ou simplement fracking) a également amélioré l’accès aux gisements de gaz de schiste. Ce procédé consiste à injecter de grands volumes d’eau mélangés à du sable et à des produits chimiques fluides dans le puits à haute pression pour fracturer la roche, ce qui augmente la perméabilité et les taux de production. En plus de ces avancées technologiques, les prix élevés du gaz naturel entre 2001 et 2008 ont constitué une incitation supplémentaire à développer la ressource en gaz de schiste. Cependant, l’augmentation du gaz de schiste qui en a résulté, combinée à la récente récession économique, a entraîné une baisse spectaculaire des prix du gaz depuis 2008.

Pour extraire le gaz de schiste, un puits de production est foré verticalement jusqu’à ce qu’il atteigne la formation de schiste, à ce moment-là le puits de forage tourne pour suivre le schiste horizontalement. Un tube d’acier, appelé « tubage », est inséré dans le puits pour le maintenir ouvert et protéger l’intégrité du puits de forage. Du ciment est ensuite pompé dans le puits et forcé vers le haut à l’extérieur du tubage en acier pour sceller le puits et essayer d’empêcher le gaz naturel, les fluides de fracturation, les produits chimiques et l’eau produite de fuir dans les réserves d’eau souterraine.

Après le forage et le tubage du puits, de petites charges explosives sont détonées dans la partie horizontale du puits pour créer des trous dans le tubage à des intervalles où la fracturation hydraulique doit avoir lieu. Dans une opération de fracturation hydraulique, le fluide de fracturation est pompé à une pression soigneusement contrôlée pour fracturer la roche jusqu’à plusieurs centaines de pieds du puits. Le sable mélangé au fluide de fracturation permet de maintenir ces fissures ouvertes lorsque les fluides sont ensuite pompés. Après la fracturation, le gaz s’écoulera dans le puits de forage et jusqu’à la surface, où il sera collecté.

En 2011, un peu plus de 39 % des réserves américaines de gaz naturel, soit 132 000 milliards de pieds cubes, se trouvaient dans des gisements de schiste, principalement au Texas, en Louisiane, en Arkansas et en Pennsylvanie . Ces gisements sont situés dans l’ensemble des États-Unis, généralement là où se trouvent également des ressources en gaz conventionnel. Récemment, le schiste de Marcellus en Pennsylvanie et en Virginie occidentale, le schiste de Barnett au Texas, le schiste de Hanesville en Louisiane et au Texas, et le schiste de Fayetteville en Arkansas ont tous connu une croissance importante de la production de gaz naturel.

Gaz étanche grès

Le gaz étanche désigne le gaz naturel qui a migré dans une roche réservoir à porosité élevée mais à faible perméabilité.

Ces types de réservoirs ne sont généralement pas associés au pétrole et nécessitent généralement un forage horizontal et une fracturation hydraulique pour augmenter le rendement des puits à des niveaux rentables.

Méthane de gisements de charbon

Le gaz naturel est souvent colocalisé avec le pétrole, mais il peut également être trouvé piégé dans les gisements de charbon.

Le méthane a traditionnellement représenté un danger pour les mineurs de charbon souterrains, car le gaz hautement inflammable est libéré pendant les activités minières. Des filons de charbon autrement inaccessibles peuvent également être exploités pour recueillir ce gaz, appelé méthane de houille, en employant des techniques de forage de puits et de fracturation hydraulique similaires à celles utilisées pour l’extraction du gaz de schiste. En 2010, un peu plus de 6 % des réserves américaines de gaz naturel, soit 17,5 trillions de pieds cubes, se trouvaient dans des gisements de méthane de houille, principalement au Colorado, au Nouveau-Mexique et au Wyoming .

Les gisements de méthane de houille ont également suscité un intérêt pour leur potentiel de séquestration du carbone. L’injection de dioxyde de carbone (CO2) dans des filons de charbon difficiles à exploiter ferait en sorte que le CO2 déplace le méthane enfermé dans le charbon, améliorant ainsi la récupération de la ressource en gaz naturel tout en stockant le CO2 là où il ne contribuerait pas au réchauffement climatique.

Hydrates de méthane

Les hydrates de méthane, qui consistent en des molécules de méthane piégées dans une cage de molécules d’eau, se présentent sous forme de solides cristallins dans les sédiments des régions arctiques et sous le plancher de l’océan profond. Bien qu’ils ressemblent à de la glace, les hydrates de méthane brûlent s’ils sont allumés.

Les hydrates de méthane sont la source de gaz naturel non conventionnel la plus abondante et aussi la plus difficile à extraire. Bien qu’il y ait beaucoup d’incertitudes quant à la taille totale de la ressource d’hydrates de méthane, on estime prudemment qu’elle représente 4 000 fois la quantité de gaz naturel consommée aux États-Unis en 2010. Cependant, les défis techniques pour récupérer économiquement la ressource sont importants, et seule une petite fraction de la ressource totale se trouve dans des concentrations assez élevées pour être capturée de manière réalisable .

Il existe également un risque important que la hausse des températures due au réchauffement climatique déstabilise les dépôts d’hydrates de méthane, libérant le méthane – un puissant gaz à effet de serre – dans l’atmosphère, et aggravant encore le problème .

Gaz biogène

Certains types de bactéries, connues sous le nom de méthanogènes, peuvent produire du méthane, le principal composant du gaz naturel, dans le processus de décomposition de la matière organique dans un environnement sans oxygène.

Ce type de gaz est appelé « biogène » pour le différencier du gaz « thermogène » ou fossile produit à partir de la matière organique enfouie dans la croûte terrestre à des températures et des pressions élevées. Les propriétés du méthane biogénique sont identiques à celles du méthane thermogénique.

Les effluents d’élevage, les déchets alimentaires et les eaux usées sont tous des sources potentielles de gaz biogénique, ou biogaz, qui est généralement considéré comme une forme d’énergie renouvelable.

Une étude a estimé que le potentiel technique américain des effluents d’élevage pourrait à lui seul fournir 1 % des besoins énergétiques du pays et entraîner une réduction de 4 % des émissions de gaz à effet de serre aux États-Unis . Des dizaines d’agriculteurs américains, notamment dans le Midwest, ont déjà investi dans des digesteurs anaérobies et des générateurs pour produire de l’électricité et de la chaleur (et des revenus agricoles supplémentaires) à partir des déchets d’élevage. La production de biogaz à petite échelle est une technologie bien établie dans certaines parties du monde en développement, notamment en Asie, où les agriculteurs collectent le fumier animal dans des cuves et capturent le méthane dégagé lors de sa décomposition.

Les décharges offrent une autre source sous-utilisée de biogaz. Lorsque les déchets municipaux sont enterrés dans une décharge, les bactéries décomposent la matière organique contenue dans les ordures telles que les journaux, le carton et les déchets alimentaires, produisant des gaz tels que le dioxyde de carbone et le méthane. Plutôt que de laisser ces gaz se répandre dans l’atmosphère, où ils contribuent au réchauffement climatique, les installations de gaz de décharge peuvent les capturer, séparer le méthane et le brûler pour produire de l’électricité, de la chaleur, ou les deux.

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