Comment le gaz naturel est-il extrait, traité et raffiné ?

Le gaz naturel, coproduit de l’exploitation pétrolière, s’est développé en Europe depuis la fin des années cinquante. Énergie fossile par nature, le gaz naturel présente l’immense avantage d’être stockable contrairement à l’électricité et d’émettre moins de gaz à effet de serre, CO2 notamment, que le pétrole.

Où le trouve-t-on ? D’où provient-il ? Comment est-il extrait, transporté et stocké ? Autant de questions qui prennent tout leur sens dans le contexte géopolitique actuel.

SirEnergies vous propose ci-après quelques éléments de réponse qui vous permettront de mieux appréhender cette industrie connexe aux activités pétrolières des multinationales de l’énergie.

Qu'est-ce que le gaz naturel ?

Composition du gaz naturel

Le gaz naturel est composé de :

• Méthane (CH4) : 90 à 95 %
• Éthane (C2H6) : 4 à 5 %
• Azote (N2) : 2 à 4 %
• Propane (C3H8) : ± 1 %
• Dioxyde de carbone (CO2) : ± 1 %

À quoi sert le gaz naturel ?

Le gaz naturel a plusieurs usages :

• Chauffer des bâtiments résidentiels et tertiaires,
• Fabriquer de l’hydrogène, par craquage du méthane, dans les premières étapes de la chimie de l’ammoniac et de la fabrication des engrais azotés,
• Produire de la chaleur dans des fours et chaudières industriels,
• Générer de l’électricité (25 % de l’électricité mondiale),
• Combustible GNL dans les transports routiers et maritimes.

Quels sont les types de gaz ?

Gaz de houille

Le gaz de houille est un gaz produit par gazéification du charbon ou lors de la transformation de la houille en coke.

Gaz de schiste

Le gaz de schiste ou de roche mère est un gaz d’origine naturelle qui est contenu, comme son nom l’indique, dans des roches mères de type marneuses ou argileuses riches en matières organiques, dont certaines ont une structure litée de schiste.

Gaz de réservoir compact

Le gaz de réservoir compact est un gaz naturel extrait par fracturation hydraulique de roches-réservoirs. Ces roches sont si peu perméables que, pour en assurer une production rentable, elles doivent être fracturées.

Biogaz

La fermentation, dite aussi méthanisation, de déchets organiques libère du gaz, appelé biogaz, composé pour l’essentiel de méthane et de dioxyde de carbone. Ce biogaz est un gaz combustible d’origine naturelle et renouvelable, par opposition au gaz naturel d’origine fossile. Ce gaz dont l’origine est la décomposition de matières organiques est aussi appelé gaz de marais, en référence à sa formation en milieu naturel.

Comment capter et transformer le gaz naturel ?

Les gisements de gaz naturel : où se trouvent les réserves de gaz ?

D’après le rapport de BP, Statistical Review of World Energy 2021, édité le 8 juillet 2021, les réserves de gaz naturel mondiales à la fin de l’année 2020 s’élèvent à 188,1 milliers de milliards de m3. Point notable, la Russie, avec 37,4 milliers de milliards de m3, soit 20 % du total, dispose de la plus importante de ces réserves « prouvées ».

Cependant, ces réserves mondiales de gaz naturel sont localisées pour 40,3 % d’entre elles au Moyen-Orient, soit 75,8 milliers de milliards de m3. Zone géographique où l’Iran se distingue avec 32,1 milliers de milliards de m3 de gaz naturel, ce qui représente 17,1 % des réserves mondiales. Ensuite, le Qatar affiche 24,7 milliers de milliards de m3, soit 13,1 %. Vient ensuite l’Arabie saoudite avec 6 milliers de milliards de m3.

Source : L’Atlas Sociologique Mondial

Le classement ci-dessous donne les 10 pays possédant les réserves de gaz naturel les plus importantes :

Pays

Réserves de gaz naturel
(en milliers de milliards de m3)*

Part des réserves
mondiales de gaz naturel

1. Russie

37,4

19,9 %

2. Iran

32,1

17,1 %

3. Qatar

24,7

13,1 %

4. Turkménistan

13,6

7,2 %

5. États-Unis

12,6

6,7 %

6. Chine

8,4

4,5 %

7. Venezuela

6,3

3,3 %

8. Arabie saoudite

6

3,2 %

9. Émirats arabes unis

5,9

3,2 %

10. Nigeria

5,5

2,9 %

D'où est extrait le gaz naturel ?

Techniquement, le gaz naturel est extrait de gisements naturels. Son exploitation repose sur trois étapes essentielles : l’exploration, l’extraction et la purification.

Le gaz naturel est issu de la lente décomposition d’organismes vivants microscopiques tels que les planctons et les algues. On le trouve dans les roches poreuses des sous-sols de la Terre, mais aussi dans les fonds des océans. Étant naturellement sous forme gazeuse, il remplit les pores et les fractures de roches sédimentaires telles que les grès, les carbonates, les couches de charbon et les lits de schistes argileux ou « shales ».

On ne trouve pas de gaz naturel partout. Les gisements sont très inégalement répartis et, souvent, gaz et pétrole sont associés dans les mêmes zones géographiques, voire dans les mêmes gisements.

Les techniques de forage pour extraire le gaz

Les compagnies gazières font appel à différentes techniques :

• Le forage vertical, utilisé dès les années soixante-dix, au début de l’exploitation des premiers gisements ;
• Le forage horizontal, associant forage vertical pour atteindre le gisement et forage horizontal pour drainer la totalité de l’étendue du gisement ;
• La fracturation hydraulique, utilisée pour les gisements de gaz de schiste, qui permet de briser la roche sous l’action d’un liquide à haute pression afin d’en libérer le gaz qui y est emprisonné. Cette technique est interdite en Europe, car elle présente trop de risques de contamination des nappes phréatiques.

Source : Le Point 5 août 2010 : « Plein gaz dans les schistes » & US EIA

Comment produit-on et exploite-t-on le gaz naturel ?

L’extraction du gaz naturel

Après la phase d’exploration, une fois le gaz naturel localisé, les compagnies gazières vérifient la viabilité d’un gisement. Elles procèdent donc à plusieurs premiers forages dans la croûte terrestre pour atteindre et délimiter la poche de gaz située, en général, à plus de 2 kilomètres de profondeur.

Une fois le potentiel d’un gisement confirmé, d’imposantes infrastructures de forage sont installées sur terre ou en mer, à la verticale du puits de forage. En pratique, une tour de forage est érigée pour manœuvrer une tête de forage équipée de dents très dures en diamant, permettant de forer à des profondeurs allant jusqu’à 6 kilomètres.

Une fois la poche de gaz atteinte, le gaz remonte dans les tuyaux du forage, soit sous l’effet de la pression, soit par pompage. Le gaz est ensuite stocké, traité et transporté.

Le transport du gaz naturel : gazoduc et méthanier

Le gaz naturel est, par la suite, transporté depuis la zone de forage vers les réseaux de distribution auxquels les clients finaux sont raccordés. Les moyens mis en œuvre pour le transport du gaz jusqu’au réseau de distribution sont de deux types :

• Des gazoducs, qui sont en fait des pipelines, permettant de transporter le gaz sous pression sur de très longues distances, de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres, sur terre et sous la mer ; ces infrastructures sont très coûteuses et lient pour longtemps pays producteur et consommateur.
• Des navires méthaniers, pour transporter le gaz naturel sous forme liquéfiée (GNL). Dans ce cas, le gaz est stocké sous forme liquide et peut être acheminé partout dans le monde où sont installés des terminaux méthaniers de regazéification.

Le stockage du gaz naturel

Il existe plusieurs types de stockage du gaz naturel :

• Stockage en nappe aquifère : Ce type de stockage, en souterrain, consiste à reproduire artificiellement un réservoir de gaz naturel. Le gaz est mis sous pression et injecté dans des cavités poreuses contenant de l’eau. Cette technique permet de remplacer, par du gaz naturel, les espaces naturellement occupés par de l’eau sans changer l'architecture naturelle des cavités rocheuses souterraines. Ces réservoirs rocheux sont naturellement recouverts de blocs minéraux imperméables.
• Stockage en cavité saline : Ce type de réservoir artificiel est creusé par injection d'eau douce dans une couche de sel totalement imperméable située entre 500 et 1 500 mètres de profondeur. Cette solution permet de faire fondre le sel et de le récupérer sous forme de saumure. Le gaz est infiltré dans la cavité imperméable et non poreuse ainsi formée.
• Stockage en gisement déplété : Ce sont des gisements épuisés, qui ne sont donc plus exploités, et qui vont être utilisés comme espaces de stockage souterrains, comme les nappes aquifères.

Source : Encyclopédie de l’Environnement

Source : Encyclopédie de l’Environnement

• Stockage aérien : Le gaz est liquéfié (GNL) par refroidissement à -160 °C et stocké dans des réservoirs cylindriques adaptés. Mis à part les installations portuaires de terminaux méthaniers, cette solution n’est pas utilisée en France, où le stockage souterrain est préféré.

Source : Types de réservoirs de stockage du gaz, dessin Patrick Taëron - Archives Larousse

Le gaz naturel : énergie renouvelable ou énergie fossile ?

Il existe différentes méthodes pour extraire le gaz naturel. Et bien que la grande majorité du gaz naturel soit d’origine fossile, car généré par décomposition de matière organique vieille de plusieurs millions d’années, le gaz naturel n’est pas une énergie renouvelable.

En effet, tout comme le charbon et le pétrole, le gaz naturel n’est pas inépuisable puisqu'il se consomme plus rapidement qu’il ne se forme dans les couches géologiques de la Terre. Son extraction, comme celle des autres énergies fossiles, entraîne des dégâts considérables à l’environnement dus à la mise en œuvre d’installations industrielles très polluantes sur les sites d’extraction.

Le gaz naturel ne permet qu’une baisse de 25 % des émissions par rapport au pétrole.

À noter qu’il existe une alternative au gaz fossile : le gaz naturel renouvelable issu de la méthanisation, c'est-à-dire de la décomposition de matières organiques dans des méthaniseurs. Ce gaz est considéré comme vert et énergie renouvelable. Précisons que ce gaz reste marginal dans la consommation totale de la France.

D'où vient le gaz consommé en France ?

En France, le gisement de Lacq, qui a fourni autrefois jusqu’à 50 % de la consommation française, est encore en activité partielle et ne fournit que quelques entreprises locales de façon marginale.

Aujourd’hui, la France importe la totalité de ses besoins en gaz naturel. Ce gaz provient essentiellement de Norvège. La Russie arrive ainsi en seconde position, suivie de l'Algérie, du Nigeria et des Pays-Bas.

Quel est le futur du gaz naturel ?

La guerre que la Russie mène en Ukraine a mis en exergue la très forte dépendance des économies de l’UE au gaz naturel de gazoduc en provenance de Russie. Indépendamment des mesures prises dans l’urgence de la crise ukrainienne, l’UE doit préparer l’avenir et se prémunir du risque de coupure des importations de gaz menaçant son modèle politique démocratique.

L’Europe, si elle souhaite donner un avenir au gaz, doit maintenant investir dans des infrastructures portuaires pour développer le GNL (gaz naturel liquéfié) et dans de nouveaux gazoducs pour diversifier ses approvisionnements terrestres en provenance de Russie.

BP Statistical Review envisage une baisse importante de l’utilisation du gaz naturel dans les décennies à venir, voire un arrêt total de son utilisation d'ici à 2050.

Actuellement, le Ministère de la Transition énergétique et l’ADEME poussent les industries très consommatrices de chaleur, tel l’agroalimentaire ou la chimie, à se doter de chaudières biomasse pour décarboner leurs sites. Ces programmes de subventions, BCIAT et DECAR INDUS, s’inscrivent dans le plan de relance de l’industrie décidé par les pouvoirs publics.

Le gaz naturel est considéré par beaucoup comme une énergie de transition.

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