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Le rôle fondamental de l'eau dans la fracturation hydraulique et l'extraction d'huile
La fracturation hydraulique, communément appelée fracturation, a transformé de façon spectaculaire le secteur énergétique en permettant l'extraction du pétrole et du gaz naturel à partir de formations de schistes à faible perméabilité. Ce processus dépend fortement de l'eau. En général, un mélange d'eau, de sable et d'additifs chimiques est injecté à des pressions extrêmement élevées pour créer des fractures dans la roche, permettant aux hydrocarbures piégés de s'écouler vers le puits.
L'utilisation de l'eau dans l'industrie pétrolière et gazière s'est étendue au-delà de la phase initiale de fracturation. Elle est également essentielle pour améliorer les techniques de récupération du pétrole (EOR), forer les boues et éliminer les poussières sur les tampons de puits.Le cycle de vie de l'eau dans ces opérations pose des défis réglementaires distincts à chaque étape, de l'approvisionnement initial à l'élimination finale.Les additifs chimiques utilisés dans les fluides fracturants varient grandement, mais comprennent souvent des biocides pour prévenir la croissance bactérienne, des agents de surface pour réduire les frottements et des inhibiteurs d'échelle pour prévenir les dépôts minéraux.
Le paysage réglementaire : une approche fragmentée
Aux États-Unis, l'approche réglementaire de l'utilisation de l'eau dans le pétrole et le gaz est très fragmentée aux niveaux fédéral, des États et local, ce qui crée des incohérences, des lacunes réglementaires et de la confusion pour les exploitants et le public.
Surveillance fédérale aux États-Unis
Au niveau fédéral, l'Agence de protection de l'environnement (EPA) détient des pouvoirs en vertu de plusieurs lois environnementales. La Loi sur la sécurité de l'eau potable (LSB) réglemente les activités d'injection souterraine par le biais du programme de contrôle des injections souterraines (CUI). Toutefois, il existe une lacune notable : la Loi sur la politique énergétique de 2005 exclut explicitement l'injection de fluides de fracturation hydraulique de la réglementation SDWA, une exemption souvent appelée « Hole de boucle d'Halliburton ». Cette loi laisse la réglementation principalement aux États. La Loi sur la propreté de l'eau réglemente les rejets d'eau de surface provenant des opérations pétrolières et gazières, mais elle exempte certains ruissellements d'eaux pluviales des activités de construction.
Primauté et variations au niveau de l ' État
Le Texas, par exemple, a toujours accordé la priorité aux droits miniers et a simplifié les permis d'utilisation de l'eau pour le développement énergétique. En revanche, New York a mis en œuvre une interdiction de la fracturation hydraulique à grande échelle en 2015 à l'échelle de l'État, à la suite d'examens approfondis sur les plans de la santé et de l'environnement. L'Ohio et l'Oklahoma ont renforcé la réglementation des puits d'injection en réponse à la sismicité induite, tandis que la Pennsylvanie se concentre fortement sur les normes de construction des puits et les déversements de surface.
Perspectives internationales sur la réglementation de l'eau de fracturation
Le Canada compte sur les organismes de réglementation provinciaux, l'Alberta et la Colombie-Britannique ayant des cadres de gestion de l'eau robustes. Le Royaume-Uni a autorisé la fracturation mais l'a effectivement interdite en 2019 en raison de préoccupations concernant la sismicité induite et l'incapacité de prévoir avec précision les tremblements. L'Australie a des contrôles stricts sur l'utilisation de l'eau et la divulgation de produits chimiques dans son secteur du gaz de mer de charbon (GSC).
Les défis critiques de la régulation de l'approvisionnement en eau
La réglementation de l'approvisionnement en eau pour la fracturation présente certains des conflits les plus directs et visibles entre le développement énergétique et les autres utilisateurs de l'eau.
Concours pour les ressources en eau épouvantables
Dans les régions arides et semi-arides comme le bassin de Permian (Texas et Nouveau-Mexique), le secteur agricole et les municipalités en pleine croissance sont en concurrence pour les mêmes sources d'eau. L'intensification de cette concurrence. Pendant la sécheresse, les régulateurs de l'eau d'État sont soumis à d'immenses pressions pour équilibrer la valeur économique de la production énergétique par rapport au besoin fondamental d'eau potable et de sécurité alimentaire.
Transparence et lacunes dans la déclaration de l'utilisation de l'eau
Toutefois, il existe d'importantes lacunes dans les données. FracFocus, le registre national des utilisations des produits chimiques et de l'eau, a été critiqué pour son manque de cohérence dans les rapports, son manque d'application et la fonctionnalité limitée de ses recherches. Certains États exigent des rapports mensuels détaillés sur l'utilisation de l'eau, tandis que d'autres s'appuient sur des présentations volontaires.
Protection de la qualité des eaux souterraines pendant l'approvisionnement
La contamination directe des eaux souterraines peut se produire si les fluides de fracturation ou le méthane migrent du puits vers les aquifères environnants, ce qui est particulièrement grave lorsqu'un puits traverse un aquifère d'eau potable pour atteindre une formation plus profonde. Des règlements de construction de puits robustes sont essentiels, y compris des exigences pour de multiples couches de caissons et de ciment en acier, ainsi que des essais de pression rigoureux et des grumes de liaison au ciment.
Le défi des eaux usées : élimination, sismicité et déversements
La gestion de l'eau qui revient à la surface, connue sous le nom de fond et d'eau produite, est sans doute le défi environnemental le plus complexe associé à la fracturation hydraulique à grand volume. L'eau produite est souvent très saline (saline), contenant des solides dissous totaux (STD) plusieurs fois que l'eau de mer, ainsi que des métaux lourds, des matières radioactives naturelles (NORM) et des produits chimiques de fracturation résiduelle.
Séismicité induite par injection profonde de puits
Jusqu'à récemment, cette solution était considérée comme sûre et permanente. Cependant, une forte augmentation de l'activité sismique, en particulier en Oklahoma et dans certaines parties du Kansas et du Texas, a été scientifiquement liée à l'injection de grandes quantités d'eaux usées dans les roches profondes du sous-sol. La Commission de la Société Oklahoma a mis en place de vastes systèmes de lumière du trafic et des protocoles de réduction du volume en réponse à cette crise.
Déversements de surface et contamination par le patrimoine
Les déversements d'eaux usées provenant de réservoirs de stockage, d'accidents de camionnage ou de fuites de pipelines présentent un risque direct pour les eaux de surface et le sol. La salinité extrême et les constituants toxiques de la saumure peuvent tuer la végétation, contaminer les sources d'eau potable et nécessiter des nettoyages coûteux.
Transport des eaux usées
Le transport des eaux usées des sites de puits vers les installations de traitement ou d'élimination repose fortement sur le camionnage, qui crée une cascade d'impacts secondaires : augmentation du trafic, dommages aux routes, bruit, pollution atmosphérique (échappement du diesel) et risque d'accidents.
Frontières technologiques dans la gestion de l'eau
Pour relever les défis réglementaires et environnementaux, il faut continuer d'innover dans les technologies de gestion de l'eau.
Systèmes de recyclage et de réutilisation de l'eau
Le traitement et la réutilisation des eaux de ruissellement et de l'eau produite pour les opérations de fracturation subséquentes sont de plus en plus courants, ce qui réduit la demande d'eau douce et le volume d'eau qui nécessite une élimination. Les technologies comme la distillation thermique, l'osmose inverse et la filtration avancée peuvent traiter les eaux à forte intensité énergétique et coûteuses.
Utilisation des sources autres que les eaux de frêne
Les exploitants explorent de plus en plus l'utilisation de sources d'eau de remplacement, comme les eaux souterraines saumâtres (aquifères salines inutilisables pour la consommation d'eau potable ou l'agriculture) ou les eaux usées municipales traitées.
Technologies sans eau et à faible fracturation de l'eau
On met au point et en oeuvre dans certains domaines des technologies de fracturation qui utilisent beaucoup moins d'eau ou pas du tout, comme le gel propane, la mousse de dioxyde de carbone ou l'azote comme fluide de fracturation.Ces technologies contournent entièrement les défis liés à l'approvisionnement en eau et aux eaux usées, mais ont leurs propres limites économiques et opérationnelles.
Dimensions de l'hygiène humaine et environnementale
La réglementation de l'utilisation de l'eau dans la fracturation n'est pas seulement une question technique; elle a de profondes implications pour la santé humaine et l'environnement.
Impact sur les collectivités locales et la santé publique
Les collectivités qui vivent à proximité de l'exploitation pétrolière et gazière à forte intensité font souvent état de préoccupations au sujet de la qualité de l'eau, de la qualité de l'air et du bruit. Des études ont révélé des liens entre l'activité fracturée et les problèmes de santé, comme l'asthme, les problèmes respiratoires et les résultats négatifs à la naissance.
Stress des écosystèmes et épuisement du flux des cours d'eau
Les prélèvements d'eau de surface pour fracturation peuvent diminuer les niveaux des cours d'eau, en particulier dans les petits cours d'eau d'entrée qui sont essentiels pour les écosystèmes aquatiques. Les poissons et les autres organismes aquatiques dépendent de débits constants pour la fraye, l'alimentation et la migration.
Voies à suivre : bâtir un système de réglementation du 21e siècle
Pour relever le défi complexe de la réglementation de l'utilisation de l'eau dans l'extraction du pétrole et du gaz, il faut adopter une gouvernance plus globale, plus souple et plus transparente.
Planification de la gestion de l'eau au cours du cycle de vie
Les organismes de réglementation devraient exiger des exploitants qu'ils soumettent des plans de gestion de l'eau complets avant d'approuver les permis de forage, qui devraient couvrir l'ensemble du cycle de vie de l'eau : approvisionnement (quantité et type de source), utilisation (additifs chimiques), gestion (plans de recyclage) et élimination (capacité de puits d'injection ou options de traitement), ce qui va au-delà des permis parcellaires pour une évaluation globale des impacts de l'utilisation de l'eau.
Gestion adaptative et surveillance continue
La réglementation doit pouvoir s'adapter aux nouvelles informations scientifiques et aux nouveaux risques. L'expérience de la sismicité induite est un exemple de gestion adaptative. À mesure que la technologie de surveillance s'améliore (p. ex., capteurs chimiques en temps réel, surveillance par satellite des réservoirs de subsidence et de stockage), la réglementation devrait évoluer pour intégrer ces nouveaux outils.
Améliorer la transparence et l'accès du public aux données
Les États devraient investir dans la modernisation de leurs systèmes de collecte de données afin de veiller à ce que les volumes d'utilisation de l'eau, les quantités d'eaux usées et les divulgations de produits chimiques soient communiqués sous une forme normalisée et lisible par machine et mis en ligne en temps quasi réel.
Intégration de la politique énergétique et de l'eau
Historiquement, la politique énergétique et la politique de l'eau ont été élaborées de manière isolée. Le lien eau-énergie nécessite une approche plus intégrée, ce qui signifie que les plans de développement énergétique doivent explicitement tenir compte de la disponibilité et de la durabilité de l'eau.
La réglementation de l'utilisation de l'eau dans les fracturations est un défi complexe, évolutif, qui exige de concilier la sécurité énergétique, le développement économique et la gérance de l'environnement et le besoin fondamental d'une eau propre et abondante.