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1 Faculty of Engineering La place des énergies non conventionnelles dans une stratégie énergétique globale, Palais des Congrès de Namur, 25 mars 2013 Aspects géologiques des ressources non-conventionnelles des hydrocarbures en Wallonie Jean-Marc Baele Département de Géologie Fondamentale et Appliquée Faculté Polytechnique, Université de Mons Department of Geology and Applied Geology

2 Hydrocarbures conventionnels Origine Décomposition de la matière organique emprisonnée dans les roches sédimentaires (boues marines, lacustres, marécageuses, ) accumulée dans les bassins < 1% de la m.o. produite Composition >95% méthane CH 4 + autres hydrocarbures saturés (éthane, propane, ) + CO 2 + H 2 S (gaz «doux» ou «acide») + N 2 + He, Ar, 2

3 Hydrocarbures conventionnels Formation Fermentation bactérienne : Production de gaz biogénique Evolution thermique (maturation) : 1) Formation de kérogène («humus» aquatique) 2) Production d huile (pétrole) si lipides (surtout diatomées) 3) Production de gaz thermogénique (pyrolyse du kérogène et du pétrole) 4) Résidu carboné (charbon) (Doc. P.-A. Bourque, U Laval) 3

4 Hydrocarbures conventionnels Types de kérogènes I très pétroligène (plancton lacustre riche en diatomées) II moyennement pétroligène (plancton marin) III faiblement pétroligène (matières végétales) 4

5 Hydrocarbures conventionnels Migration et piégeage Accumulation dans des réservoirs sous des barrières imperméables (caprock) Séparation suivant la densité (+ gaz dissous dans le pétrole) -> Constitution des gisements conventionnels 5

6 Hydrocarbures conventionnels Exemple de l'europe du Nord Gisements gaziers en relation avec les gisements charbonniers sous-jacents 6

7 Gaz non-conventionnels 1) Gisements compacts (tight gas) gisements en réservoirs très peu perméables (souvent recimentés) intermédiaires entre gaz de schistes et conventionnels 2) Gaz de schistes (de roche-mère, shale gas) fraction qui n a pas été expulsée (~20%) emprisonnée fermement dans la matrice rocheuse -> Nécessitent la stimulation ou la fracturation hydraulique 3) Gaz de charbon (coal bed methane, CBM) = «grisou» non libéré pouvoir de rétention du charbon par adsorption concentration en gaz 2 à 3 fois supérieure aux conventionnels (15 à 25 fois aux gaz de schistes) -> peut nécessiter la stimulation ou la fracturation hydraulique 7

8 Exemple schématique d exploitation de gaz de «schistes» (Chesapeake) 8

9 Gaz non-conventionnels 4) Gaz de mines grisou libéré dans l atmosphère des mines, gaz pauvre (dilution par l air) dégazage d anciens charbonnages en NPC et Belgique 5) Gaz biogénique peu de gisements en réservoirs superficiels, gaz pauvre 6) Hydrates de méthane (clathrates) «glace» de méthane (164 Nm 3 CH 4 / m 3 clathrate) formée à basse température sous les pergélisols et en milieu marin profond (~ 1000 m) déstabilisés en Mer Noire (bullage à grande échelle) -> volumes gigantesques mais pas de technologie actuelle de récupération viable 9

10 Critères (non exhaustif) Gaz de «schistes» 1) Roche à grain très fin (argilo-silteuse/calcaire) contenant de la matière organique TOC (Total Organic Carbon) de 1 à 10% (>2-4%) Kérogène de type II (plancton marin, pétroligène) 2) Maturation suffisante du kérogène (approx. >60 C ou 2000 m) Génération d'hydrocarbures ("fenêtre à huile") Craquage du kérogène et des hydrocarbures (gaz thermogénique) 3) Epaisseur et profondeur suffisantes Epaisseur >15 à 30 m Profondeur > 500 m 10

11 Gaz de roche-mère en Europe 11

12 Gaz de charbon (CBM-ECBM) Critères (non exhaustif) 1) Couches de charbon Kérogène de type III (matières végétales) 2) Maturation suffisante du kérogène Génération de gaz sur une large gamme de p et T (bactéries) Propriétés adsorbantes du charbon Histoire géologique du bassin (saturation en gaz) 3) Epaisseur et profondeur Epaisseur : au plus au mieux (ou faisceaux denses de veines minces) Profondeur ~1000 m pour un charbon bitumineux 12

13 Gaz non-conventionnels Isothermes d'adsorption du charbon (labo Thermodynamique, Umons) T=45 C Frameries CO2 13

14 Gaz non-conventionnels Profondeur optimale pour le CBM ~1000 m m depth range Hildenbrand et al. (2006) 14

15 Perspectives en Wallonie Cibles CCS (Carbon Capture and Storage), ECBM en rouge Piessens et al. (2009), modifié 15

16 Perspectives en Wallonie Zones houillères vierges en région Hainaut-Centre (Projet PSS-CCS) 16

17 Perspectives en Wallonie Roche-mères potentielles 1) Westphalien («Houiller productif») 310 Ma Gaz de houille (m.o. continentale) + gaz de "schiste"? + «poches conventionnelles» locales? >2000 m dans le Hainaut 2) Namurien («Houiller stérile») 320 Ma Gaz de schiste (m.o. marine) 300 m dans le Hainaut 3) Frasnien 380 Ma Peu de données 17

18 Perspectives en Wallonie Veine de charbon (chantier de particulier, Carnières) 18

19 Perspectives en Wallonie Bassin houiller belge 19

20 Perspectives en Wallonie Sondage de Saint-Ghislain Saint-Ghislain Epaississement des couches dans le Hainaut Ath/Pérwelz Soignies/Casteau Jeumont (Licour, 2007) 20

21 Perspectives en Wallonie Gaz de "schistes" Trop tôt pour se prononcer Indices positifs (études préliminaires néerlandaises et allemandes sur le Namurien) Contrainte majeure : urbanisation importante Gaz de houille Potentiel de ~150 Gm 3 CH 4 (estimations séparées UMons et SGB, base : données houillères) A minorer (accessibilité) A majorer (faisceau de veines minces, charbon disséminé, poches locales) Projets en cours (gaz de mines -> gaz de houille) 21

22 Conclusions Nécessité d une évaluation scientifique de la ressource Base objective de discussion Evaluation des spécificités locales Elément de négociation Nécessité d une gestion intégrée du sous-sol wallon Vision claire des différentes ressources du sous-sol (p.ex. géothermie profonde) Choix stratégiques (conflits d utilisation, combinaison de techniques) Approche locale et non globale? Logique de diversification et de décentralisation Mettre à profit des conditions locales avantageuses (colocalisation industries-bassin houiller, infrastructures de transport limitées) 22

23 Merci pour votre attention 23

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