La mise en valeur des ressources non conventionnelles, qui englobe la fracturation hydraulique (fracturation), le forage directionnel et l'extraction des eaux profondes, a transformé les marchés énergétiques mondiaux en débloquant des réserves de pétrole et de gaz naturel une fois qu'elles étaient considérées inaccessibles. Ces techniques ont favorisé l'indépendance énergétique, réduit les prix et stimulé la croissance économique dans les régions du Shale de Bakken, du Dakota du Nord, au bassin Permien, du Texas occidental.

Comprendre la mise en valeur des ressources non conventionnelles

Les gisements d'hydrocarbures conventionnels, qui se transforment naturellement en pièges poreux, exigent un forage et une extraction relativement simples.Les ressources non conventionnelles, par contre, sont piégées dans des formations à faible perméabilité telles que le schiste, le grès serré ou les couches de charbon. Pour produire des quantités commerciales, les exploitants doivent fracturer la roche à haute pression, en utilisant généralement un mélange d'eau, de sable (propant) et d'additifs chimiques.

L'eau est l'épine dorsale de la fracturation hydraulique. Un puits horizontal unique peut nécessiter entre 2 et 8 millions de gallons d'eau, selon la formation, la longueur latérale et le nombre de stades de fracturation. Dans le bassin de Permian, l'utilisation moyenne par puits a dépassé 14 millions de gallons en 2023, entraînée par des latéraux plus longs et des travaux plus intensifs.

Au-delà de la fracturation, l'eau est également utilisée pour le forage, la suppression des poussières et l'entretien des infrastructures. Et une fois le travail de fracturation effectué, de grands volumes d'eau produite (saumure mélangée avec un fluide de fracturation résiduel et des hydrocarbures, métaux et éléments radioactifs naturels) reviennent à la surface.

Impact sur la rareté de l'eau dans la région

La mise en valeur des ressources non conventionnelles intensifie la pénurie d'eau dans deux dimensions interdépendantes : la quantité et la qualité, qui ont toutes deux une incidence sur la disponibilité d'eau douce pour les autres utilisateurs et sur la santé à long terme des écosystèmes aquatiques.

Quantité d'eau : Concours pour une ressource limitée

Dans le bassin de Permian, situé au sommet de l'aquifère d'Ogallala, qui alimente des millions de personnes en eau potable et irrigue un cinquième des terres cultivées américaines. Dans le bassin de la Ford Shale Eagle, au Texas Sud, les exploitants achètent des droits d'eau dans les districts d'irrigation locale, ce qui entraîne une hausse des prix pour les agriculteurs.

Les exploitants ont souvent besoin de grandes quantités d'eau dans une fenêtre courte, ce qui coïncide avec des mois d'été secs où les rivières et les réservoirs sont déjà bas. Dans le bassin du Haut Colorado, où les débits d'eau douce sont déjà sur-affectés, de nouvelles demandes de développement pétrolier et gazier peuvent repousser les systèmes locaux au-delà des limites durables.

Dans la région de Bakken, l'aquifère profond du Dakota, source d'eau potable pour de nombreuses communautés rurales, a vu les niveaux d'eau diminuer à mesure que les prélèvements à grande échelle pour fracturation ont augmenté. Un rapport de la Commission géologique des États-Unis de 2019 a fait remarquer que, dans certaines régions, le retrait a dépassé 20 pieds sur cinq ans, ce qui soulève des préoccupations quant à la durabilité à long terme de l'aquifère.

Qualité de l'eau : risques de contamination et d'élimination

Si les eaux ne sont pas manipulées correctement, les déversements ou les fuites souterraines peuvent contaminer les sources d'eau douce. Les incidents les plus médiatisés ont entraîné des déversements de surface aux points de retenue ou des défaillances de pipelines, mais le risque le plus répandu provient de l'injection souterraine d'eaux usées.

L'injection de puits profonds est la méthode d'élimination la plus courante, représentant environ 90% de l'eau produite dans des endroits comme le Texas et l'Oklahoma. Lorsqu'elle est injectée dans des formations salines profondes, le fluide est théoriquement isolé des aquifères peu profonds. Cependant, l'injection peut induire la sismicité par des failles lubrifiantes. Une forte hausse des tremblements de terre en Oklahoma après 2008 a été liée aux puits d'élimination dans la formation Arbuckle, incitant les régulateurs à réduire les volumes d'injection.

Dans la région de Marcellus Shale, en Pennsylvanie, des milliers de déversements ont été documentés, allant de petites fuites aux puits de puits et aux principaux rejets des réservoirs de retour d'eau. Bien que les organismes d'État aient renforcé les exigences en matière de déclaration, l'effet cumulatif de nombreux petits incidents peut dégrader les cours d'eau locaux et les puits d'eau souterraine, en particulier dans les régions où la topographie karstique ou les nappes d'eau peu profondes.

Impacts indirects : santé des écosystèmes et résilience communautaire

Dans l'Ouest aride, de nombreux petits cours d'eau et zones humides sont soutenus par des eaux souterraines peu profondes. Lorsque les nappes phréatiques tombent, les berges des cours d'eau s'assèchent, tuent la végétation riveraine et réduisent l'habitat des poissons et des amphibiens. Les collectivités qui dépendent du tourisme et des loisirs, comme la pêche, la navigation de plaisance ou l'observation de la faune, peuvent subir des pertes économiques même si elles ne participent pas directement aux opérations pétrolières et gazières.

L'équité sociale entre également dans l'équation. Les propriétaires fonciers ruraux ayant des droits sur l'eau peuvent bénéficier financièrement de la vente d'eau aux exploitants, tandis que les communautés voisines peuvent voir leurs réserves d'eau diminuer. Les ménages à faible revenu qui se trouvent dans des puits privés sont disproportionnée par rapport aux autres, car ils ne disposent pas des ressources nécessaires pour tester ou traiter leur eau.

Stratégies de gestion de l'eau

Reconnaissant le double défi de la quantité et de la qualité, l'industrie, de même que les organismes de réglementation et les chercheurs, a élaboré une série de stratégies de gestion visant à réduire la consommation d'eau douce, à améliorer la protection de la qualité de l'eau et à réduire au minimum les déchets, mesures qui varient selon les régions, mais plusieurs approches ont gagné en traction.

Recyclage et réutilisation de l'eau

Les technologies comme l'électrocoagulation, l'osmose inverse et la distillation thermique peuvent éliminer les solides et les sels, bien que les coûts varient. Dans le schiste Marcellus, les taux de recyclage dépassent maintenant 90 % dans certaines régions parce que les exploitants ont construit des installations de traitement centralisée et des infrastructures de camionnage. Le ministère de la Protection de l'environnement de Pennsylvanie a indiqué que le recyclage de l'eau a évité le retrait de plus de 2 milliards de gallons d'eau douce de 2011 à 2020.

Dans le bassin de Permian, l'eau produite est souvent beaucoup plus salée et contaminée que dans le Marcellus, ce qui rend le traitement coûteux. De plus, parce que les puits de Permian sont largement distribués, le transport routier de longues distances ajoute des coûts et des émissions de carbone. Certains opérateurs expérimentent avec des unités mobiles de traitement qui peuvent traiter l'eau sur place, réduisant les besoins de transport.

Autres sources d'eau

Au Texas, la Commission de la qualité de l'environnement du Texas a délivré des permis permettant aux exploitants de puiser dans des aquifères saumâtres trop salés pour la consommation humaine. La pratique est en train de croître : entre 2014 et 2022, l'utilisation de l'eau saumâtre pour le pétrole et le gaz dans le bassin de Permian a été multipliée par quatre.

Plusieurs villes du Texas, dont Odessa et Midland, vendent des effluents traités aux exploitants, ce qui permet aux services d'eau de tirer des revenus tout en réduisant les prélèvements d'eau douce. En Californie, où le Shale de Monterey présente des possibilités et des contraintes hydriques, la Division du pétrole, du gaz et des ressources géothermiques de Californie encourage l'utilisation de l'eau régénérée, bien que l'infrastructure de pipelines limitée ait ralenti l'adoption.

Technologies efficaces dans le domaine de l'eau

L'innovation en chimie et en génie de la fracturation peut réduire l'intensité de l'eau.Une approche consiste à remplacer certaines de l'eau par d'autres fluides porteurs, comme le dioxyde de carbone, l'azote ou la mousse de propane. Ces techniques de fracturation sans eau ou à eau réduite peuvent être efficaces dans certaines formations, surtout lorsque l'eau est rare ou que la roche est sensible aux dommages causés par l'eau.

Les progrès dans le transport de propane permettent aux opérateurs de suspendre plus de sable dans moins de fluide, réduisant ainsi le volume total d'eau par étape. Parallèlement, l'imagerie à haute résolution et la surveillance microsismique aident à cibler les fractures plus précisément, assurant ainsi que l'eau va là où elle est le plus efficace. Selon une analyse réalisée en 2022 par le Conseil de protection des eaux souterraines, l'intensité cumulative de l'eau (galons d'eau par baril d'équivalent pétrole) dans les principales pièces de schiste américaines a diminué de 15 à 25 % au cours de la dernière décennie.

Mesures réglementaires et surveillance

La réglementation des États et des autorités fédérales joue un rôle essentiel dans la gestion des risques liés à l'eau. L'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis réglemente les contrôles des injections souterraines en vertu de la Safe Drinking Water Act, qui régit les puits d'élimination et exige des exploitants qu'ils démontrent que les fluides ne mettent pas en danger les sources souterraines d'eau potable.

Le Conseil de protection des eaux souterraines et la Commission du Pacte international relatif aux hydrocarbures (Interstate Oil and Gas Compact Commission) gèrent conjointement FracFocus, un registre national de divulgation des produits chimiques.

Le règlement 642 du Colorado exige des exploitants qu'ils élaborent des plans de gestion de l'eau qui tiennent compte de la durabilité des sources, du recyclage et de la prévention des déversements. Le projet de loi 4 (2013) du Sénat de la Californie prévoit que les essais de qualité de l'eau doivent être effectués avant et après les opérations de fracturation hydraulique, et les résultats doivent être soumis au programme de contrôle des injections souterraines de l'État.

Gestion intégrée de l'eau et planification régionale

Dans le bassin de Permian, l'Initiative de solutions pour l'eau produite, une collaboration entre les exploitants, les universités de recherche et les organismes d'État, vise à cartographier toutes les sources d'eau, les utilisations et les voies d'élimination, puis à déterminer les possibilités de traitement et de réutilisation à l'échelle du bassin. De même, le programme d'utilisation de l'eau de la Commission géologique des États-Unis fournit des estimations annuelles des retraits pour le développement énergétique, aidant les gestionnaires des ressources à prévoir les demandes futures.

Dans le bassin du Delaware, un réseau de pipelines transporte maintenant la saumure de milliers de puits jusqu'à des installations de traitement et d'élimination centralisées, réduisant les prélèvements d'eau douce de millions de gallons par jour. Ces projets d'immobilisations à long terme nécessitent une planification coordonnée des exploitants, des propriétaires fonciers et des organismes de réglementation, un défi rendu plus facile lorsque la pénurie d'eau est perçue comme un risque partagé plutôt qu'un avantage concurrentiel.

Étude de cas: Le bassin permien

Le bassin de Permian, qui s'étend dans le sud-est du Nouveau-Mexique et dans l'ouest du Texas, est la région la plus prolifique productrice de pétrole aux États-Unis. Il est également l'un des plus stressés par l'eau. Les précipitations annuelles sont inférieures à 15 pouces, et l'aquifère d'Ogalla est déjà fortement dépassé pour l'agriculture irriguée.

En réponse, le Conseil de développement de l'eau du Texas et le Bureau foncier de l'État du Nouveau Mexique ont encouragé la gestion intégrée de l'eau. Des projets pilotes ont démontré que le traitement et la réutilisation de l'eau produite pour fracturation peuvent réduire la demande d'eau douce de 40 % dans certaines régions.

La Division de la conservation du pétrole du Nouveau-Mexique a exigé des exploitants qu'ils soumettent des plans de recyclage de l'eau dans le cadre de permis de forage, et le Texas a simplifié les permis de traitement et de transport de l'eau produite. Bien que des défis subsistent – surtout en ce qui concerne le coût du traitement et la durabilité à long terme de la capacité d'injection – le bassin de Permian sert de laboratoire pour bon nombre des stratégies de gestion qui définiront l'avenir du développement des ressources non conventionnelles.

Conclusion

La mise en valeur non conventionnelle des ressources a apporté des avantages indéniables sur le plan économique et de la sécurité énergétique, mais elle a aussi exercé une pression sans précédent sur les systèmes régionaux d'eau douce. La forte demande d'eau de fracturation hydraulique, combinée aux risques de contamination de l'eau produite, crée un équilibre complexe qui varie selon la géographie, la géologie et la gouvernance.

La prochaine décennie sera cruciale.À mesure que le changement climatique intensifiera les sécheresses dans de nombreuses régions où les activités non conventionnelles sont concentrées, le coût de l'eau, tant sur le plan financier que environnemental, augmentera.Les opérateurs qui investissent tôt dans la gestion de l'eau réduiront non seulement leurs risques réglementaires et leurs coûts opérationnels, mais obtiendront aussi une licence sociale pour fonctionner dans des environnements de plus en plus concurrentiels en matière d'eau.

En fin de compte, le débat sur les ressources non conventionnelles et la pénurie d'eau ne consiste pas à choisir entre l'énergie et l'eau, mais à gérer les deux intelligemment.