Le gaz et ses impacts sur l'environnement Le gaz naturel est une énergie fossile, dont l'origine est similaire à celle du pétrole. Il est principalement composés de méthane (CH 4). Il a été découvert au Moyen-Orient au cours de l'antiquité. C'est la Chine qui comprit l'importance de ce produit et fora le premier puits aux alentours de 211 avant Jésus Christ. En Europe, il fallut attendre jusqu'en 1659 pour que la Grande-Bretagne découvre le gaz naturel et le commercialise à partir de 1790. Au cours du XIXe siècle, le gaz naturel a presque exclusivement été utilisé comme source de lumière. Sa consommation demeurait très localisée en raison du manque d'infrastructures de transport qui rendait difficile l'acheminement de grandes quantités de gaz naturel sur de longues distances. Après la seconde guerre mondiale, la consommation de gaz naturel s'est développée rapidement en raison de l'essor des réseaux de canalisation et des systèmes de stockage. Dans les premiers temps de l'exploration du pétrole, le gaz naturel était souvent considéré comme un sous-produit sans intérêt qui entravait même le travail des ouvriers forcés de s'arrêter pour laisser échapper le gaz des poches découvertes lors du forage. Aujourd'hui, et en particulier depuis les crises pétrolières des années 70, le gaz naturel est devenu une source importante d'énergie dans le monde. Le gaz est actuellement présenté comme énergie de transition vers les énergies renouvelables surtout pour des raisons commerciales: quand il n'y aura plus de pétrole, il restera du gaz et l'or bleu est moins sale que l'or noir ou que le charbon: ces émissions de dioxyde de soufre sont négligeables et les niveaux d'oxyde d'azote et de dioxyde de carbone sont plus faibles que les autres énergies fossiles. De plus il présente un avantage concurrentiel par rapport aux autres sources d'énergie car, seuls 10% (environ) du gaz naturel produit sont perdus avant d'arriver chez le consommateur final. Nous allons donc étudier cette énergie qui commence à créer son marché à travers le monde et dont la consommation ne cesse d'augmenter. Ainsi, de même que pour le pétrole, nous étudierons en première partie les différentes étapes de production jusqu'au transport, au stockage et la consommation afin de pouvoir discuter du bilan écologique en deuxième partie. 1. Les différentes étapes de production du gaz 1.1. Formation extraction Nous avons précédemment, pour la formation du pétrole, que l'enfouissement de sédiments permettait au pétrole de se former. Le gaz se forme de la même manière mais sous des conditions différentes de profondeur et avec des composés différents: il correspond au stade final de la décomposition en hydrocarbure.
Illustration 1: Le principal constituant du gaz (à plus de 90%). Illustration 2: Transformation de la matière organique. Si la quantité de gaz est importante, il se forme au sommet du gisement une accumulation de gaz libre appelé «gaz-gap». L'exploration du gaz se fait de la même manière que celle du pétrole sauf que cette énergie ne nécessite pas de raffinage. 1.2. Traitements Le gaz est d'abord déshydraté pour lutter contre la formation d'hydrates et la corrosion, par absorption de solvants et par adsorption sur tamis moléculaires. Il est ensuite adouci c'est à dire qu'on enlève les composés acides pour éviter la corrosion et l'incidence sur la qualité et la valorisation, la toxicité et la pollution. Cette technique est réalisée comme la déshydratation. Viens ensuite l'étape du dégazolinage qui est l'extraction des condensats liquides. Il existe différents procédés de dégazolinage: l'absorption froide par solvants, réfrigération externe, détente Joule-Thomson, détente dans un turbo-expander. 1.3. Transports Pendant longtemps, les gisements n'intéressaient que les compagnies qui étaient proches des lieux de consommation, car le transport de cette énergie est plus compliquée que pour le pétrole. Aujourd'hui, avec les progrès et la rentabilité, des routes du gaz se sont tracées. Illustration 3: Production de gaz dans le monde.
Les consommateurs sont surtout les pays du nord. L'Asie, l'afrique et l'amérique latine ne représentent qu'une faible part de demande en gaz naturel et c'est dans ces régions que l'augmentation de la demande est la plus forte. Illustration 4: Les consommateurs de gaz dans le monde. Le gaz n'est pas un liquide comme le pétrole: il est donc plus difficile de le transporter et cela se fait sur des petites distances et surtout sur terre par gazoducs. Cela explique pourquoi il n'y avait pas de marché mondiale du gaz jusqu'à aujourd'hui mais plusieurs marchés régionaux: Américain, Européens ou Asiatique. Les prix du gaz varient d'ailleurs d'un marché à l'autre notamment en fonction de la distance parcourue. Les gazoducs sont en majorité terrestres et soit enfoui à 1 mètre de profondeur dans les zones habités, soit posés à même le sol en zone désertique ou à sol dur. Leur diamètre varie entre 50 mm et 1400 mm et les tubes sont en acier recouverts d'un matériau isolant comme le polyéthylène ou le polypropylène afin de protéger contre la corrosion. Comme dans les oléoducs, il doit y avoir des stations de compressions, régulièrement espacées (tous les 80 à 250 kms) afin de faire circuler le gaz. Les transports par camions de gaz sont aussi utilisé sur des petites distances. Les méthaniers transportent du gaz liquéfié, le GNL. En 2005, ce gaz ne représenté que 1/5 du gaz transporté dans le monde, mais cette technologie est amenée à être de plus en plus utilisée. Par exemple, le Japon est le premier importateurs de GNL et le Quatar sera sans doute le premier exportateurs de GNL d'ici 2020 car le pays investit massivement dans cette technologie. D'ici 2020, il devrait représenter 40% des échanges mondiaux, permettant au marché de internationaliser réellement. Le gaz est liquéfié par cryogénisation à 162 C grâce à des pompes à chaleur utilisant des hydrocarbures ou de l'ammoniac. Le CO 2 est extrait pour ne pas endommager les unités de liquéfaction en s'y solidifiant. Le gaz condensé est donc mis dans les réservoirs adiabatiques des méthaniers, c'est à dire que les transferts entre l'extérieur et l'intérieur sont limités au maximum. L'isolation n'étant pas parfaite, du méthane liquide s'évapore pendant la traversée et est réutilisé par un petit compresseur pour être envoyé dans la propulsion du navire. La plupart des méthaniers ont une capacités de 140 000 m 3 de GNL (70 000 tonnes environ) soit 87 million de m 3 de gaz en condition standard. Arrivé au lieu de consommation, le gaz liquéfié doit être vaporisé dans des terminaux méthaniers. Le transport par méthanier est très cher car il faut dans le pays producteur et dans le pays consommateurs des terminaux pour liquéfier et re-gazéifier. 1.4. Stockages Stocker le gaz est la solution la plus simple, la plus sûre et la plus discrète. Il permet de faire face aux fluctuations saisonnières des demandes. Les sites choisis sont naturellement étanches et le gaz est stocké à de grandes profondeurs. Les types de réservoirs dépendant des structures géologiques
disponibles. Il existe trois types de stockage:. Les réservoirs en nappes aquifères: Sur le plan géologique, ce type de stockage est l'équivalent du gisement mais dans lequel le gaz naturel est introduit artificiellement. Le gaz est injecté sous pression dans une couche souterraine de roche poreuse et perméable contenant à l'origine de l'eau. Il est introduit de 400 à 1200 mètres de profondeur et va chasser l'eau. Il faut une dizaine d'années pour remplir entièrement un réservoir car l'injection doit être lente.. Les réservoirs en cavité saline: Elles sont crées dans d'épaisses couches de sel entre 1000 et 1500 mètres de profondeur et présentent la particularité de supporter des hautes pressions sans se fissurer mais en se déformant. L'étanchéité y est remarquable. Les cavités sont obtenues en injectant de l'eau qui dissout une partie du sel extrait sous forme de saumure. La place est alors libre pour le gaz naturel injecté sous forme gazeuse à haute pression. Il faut entre 1 et 3 ans pour creuser une cavité de volume final variant entre 100 000 m 3 et 1 million de m 3.. Les stockages en gisements déplétés: Les gisements épuisés de gaz naturel ou de pétrole («déplétés») peuvent être reconvertis en stockages souterrains. Les puits sont adaptés à leur nouvelle fonction et une station centrale gère l'ensemble des installations. 1.5. Utilisations Le gaz est utilisé dans trois secteurs:. Le secteur résidentiel, pour le chauffage, la cuisson et la production d'eau chaude.. Le secteur tertiaire, pour la cuisson, la production d'eau chaude, la climatisation, la production d'électricité et de chaleur et comme combustible pour véhicule (le GNV).. Le secteur industriel, pour la production de chaleur, les fours à haute température, comme matière première dans l'industrie chimique et pour la co-génération dans les industries chimiques, sidérurgiques, dans les papeteries, les sucreries 2. Conséquences 2.1. Conséquences géopolitiques Le gaz pourrait devenir au 21 siècle ce que le pétrole fut dans les dernières décennies du siècle précédent: une source intarissable de conflits et une arme politique redoutable entre les mains de grands producteurs comme la Russie et l'iran. En effet, un gazoduc est une infrastructure fixe qui, du producteur au consommateur, traverse parfois plusieurs pays. Le transport du gaz exige donc une relation de confiance entre les producteur et le consommateur car en cas de tension, il peut y avoir rupture dans l'approvisionnement. La crise Russo-ukrainienne est un bon exemple. 2.2. Conséquences environnementales Nous allons d'abord parler du principal constituant du gaz: le méthane et de ses conséquences environnementales. Nous exposerons ensuite les impacts environnementaux dus aux différentes étapes que subit le gaz avant d'être consommé, et à la consommation. 2.2.1. Le méthane Le méthane CH 4 brûlé influe sur le climat en absorbant une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre, ce qui l empêche de s échapper vers l espace. Ce phénomène contribue, avec le rejet des dioxydes de carbone CO 2 et du fréon au réchauffement de la planète de façon importante. Son potentiel de réchauffement global sur une durée de 100 ans est 25 fois supérieur à celui du CO 2. Quant à la durée de vie du méthane dans l'air, elle est de 25 ans et pour le CO 2 des milliers d'années. Le gaz naturel est responsable à 21% des émissions de méthane dans le monde. Les fuites dans l'atmosphère lors de son extraction, de son transport, de son traitement et de sa distribution pourraient représenter jusqu'à 2% de la production de gaz naturel, les 3/4 de ces fuites ayant lieu chez le client, après le compteur. 2.2.2. De l'extraction à la consommation EXTRACTION:
L'extraction est la même que pour le pétrole. Des compagnies gazières peuvent forer jusqu'à 50 mètres des habitations (aucun recours possible). Les habitants respirent donc autour des produits chimiques nocifs. Il y a des risque de feu et de pollution des nappes phréatiques. Chaque forage nécessite l'emploi d'environ 11 millions de litre d'eau qui après utilisation est polluée et généralement rejetée dans des puits d'injection sous terre. Il existe plusieurs types de gaz dont le gaz associé présent en solution dans le pétrole. Pendant longtemps, il était considéré comme un déchet et détruit en torchère générant de la pollution. Aujourd'hui, une partie est soit réinjectée dans les gisements de pétrole contribuant à y maintenir la pression et à maximiser l'extraction du pétrole, soit valorisée. La destruction en torchère représentait 1500 m 3 en 2007. TRANSPORTS:. Sur terre: Nous avons vu précédemment qu'un camion citerne consommait en moyenne 79g ce CO 2 par tonne transportée et par kilomètre parcouru. Un camion transporte environ 1 à 5 tonnes de gaz, il rejet donc 395g de CO 2 par kilomètre parcouru. Les gazoducs nécessitent un important dispositif de surveillance afin d'assurer la sécurité des ouvrages et de l'environnement: surveillance pédestre, survols en hélicoptères ou en avion sachant qu'un hélicoptère léger (2/3 places) consomme en moyenne entre 30 et 40 litres par heure, télésurveillance 24h/24. Ces moyens de transport peuvent aussi être mal entretenus et explosent: le gaz est alors libéré dans l'atmosphère. Il s accompagne d un bruit intense dû à la forte pression du gaz, perceptible à une très grande distance et provoque éventuellement des projections de terre. Un panache de gaz naturel s élève très rapidement sans phénomène de nappe. Si ce panache rencontre un «point chaud», le gaz naturel peut s enflammer,dégageant une chaleur intense.». On compte ainsi de nombreux accidents récents sur des gazoducs; accidents dont le plus marquant est celui de juillet 2004 ayant entraîné en Belgique la mort de 18 personnes ainsi que 133 blessés.. Sur mer: Un port méthanier est un terminal maritime où on transporte le gaz naturel liquéfié (GNL) par méthaniers, bateaux à double coque d acier dont la longueur peut atteindre jusqu à 300 mètres. Les transports de GNL nécessitent des terminaux méthaniers de liquéfaction et de regazéification. Illustration 5: Chaîne du gaz naturel liquéfié.
Il est encore difficile aujourd'hui de chiffrer les impacts des constructions de ces sites (usine de liquéfaction et usine de re-gazéification) et de leur fonctionnement. STOCKAGE: Théoriquement, le stockage du gaz des trois manières vues précédemment est sans impact pour l'environnement. CONSOMMATION: La concentration de méthane a doublé dans l atmosphère, depuis l ère pré-industrielle. La moitié du méthane émis est lié aux activités humaines (élevage, fuites, mines de charbon, etc.) et l autre provient de sources naturelles. Tableau 1: Production de gaz annuelle par pays. En considérant qu'il y a 2 % de fuites avant consommation, 2486 1924,72 = 561,28 Mtep se sont déjà envolées dans l'air. Soit approximativement 90%*561,28 = 505,152 Mtep de méthane libérés dans les airs avant consommation. On sait également que 1 tep équivaut à 1000 m 3 de gaz, donc 505,152 Mtep = 5.10 11 m 3 de méthane par an dus à des fuites. De plus, l'utilisation du gaz comme combustible émet du CO 2 à hauteur de 380 Mt/an et de la vapeur d eau, autre gaz à effet de serre important. Pour cette énergie, l'impact de l'infrastructure est responsable à 1% des émissions de gaz à effet de serre totales émises par le gaz naturel, alors que la combustion ou les fuites le sont à 99%. Par an, entre l'extraction et jusqu'à la combustion, le gaz émet 2651 kg équivalent de CO 2 par tep, soit 2,651 kg équivalent de CO 2 pour 1 m 3 de gaz. 3. Conclusion On s attend pour les prochaines années à un fort accroissement de la consommation de gaz naturel. Les raisons en sont d une part l augmentation de la demande d énergie dans les pays nouvellement industrialisés, d autre part, les efforts des pays industrialisés pour substituer le gaz naturel, combustible fossile le plus respectueux de l environnement, au charbon et au pétrole, et pour réduire la dépendance du pétrole. C est ainsi qu on préfère de plus en plus le gaz naturel au mazout et au charbon pour les centrales électriques thermiques. Si ce gaz se développe encore plus, que le marché s'internationalise vraiment, l'impact pourrait augmenté car les méthaniers seront de plus en plus nombreux. Par exemple, Le groupe français a annoncé la construction d'une usine de liquéfaction de gaz naturel en Angola gérant 28 million de m 3 de GNL par jour. Le développement s'accentuant, les fuites le seront aussi avec une quantité
importante de CH 4 rejetée, que plus de gaz sera brûlé donc plus de CO 2 sera libéré, les tensions et les sabotages pourraient s'accentuer...