Gaz naturel

 

Définition et catégories

Le gaz naturel est un combustible fossile présent naturellement sous forme gazeuse dans les roches poreuses du sous-sol. Utilisé comme source d’énergie, le gaz est composé d’hydrocarbures : principalement du méthane (CH4) mais aussi du propane (C3H8), du butane (C4H10), de l’éthane (C2H6) et du pentane (C5H12).

Il est généré à partir de la sédimentation de matière organique vieille de plusieurs millions d’années. Le plus souvent, enfouie dans le sous-sol et sous l’effet de la pression et de la température, la matière organique se transforme d’abord en kérogène. Lorsque la température augmente (entre 50 et 120°C), le kérogène se décompose. Appelée pyrolyse, cette décomposition thermique expulse deux hydrocarbures, le gaz naturel et le pétrole qui constituent, dans une roche imperméable, un gisement. Entre 1,5 et 3 km de profondeur, le gaz et le pétrole sont présents dans les mêmes gisements.

Le gaz naturel peut être de diverses natures : il est dit thermogénique lorsqu’il provient de la transformation de matière organique sous l’effet de la pression et de la chaleur, et il est dit biogénique lorsqu’il est généré à partir de la fermentation de bactéries présentes dans les sédiments organiques.

Selon la profondeur et les types de gisements, le gaz peut être conventionnel ou non conventionnel. Cela dépend de sa difficulté d’extraction et de sa mise en exploitation. A l’inverse des gaz conventionnels piégés dans un gisement facile d’accès, les gaz non conventionnels sont difficiles à extraire. Les producteurs de gaz privilégient l’exploitation du gaz conventionnel qui garantit un taux de récupération des ressources de 80% contre 20% en moyenne pour le gaz non conventionnel(1).

Gaz naturel

Exploitation de gaz naturel dans une raffinerie (© 2011)

Les gaz conventionnels

Le gaz concentré dans les roches est naturellement piégé sous pression sous une couverture imperméable permettant l’existence d’un gisement.

Le gaz non associé est présent dans les gisements de pétrole mais il n’est pas mélangé à ce dernier.

Le gaz associé est présent en solution dans le pétrole et doit être séparé lors de l’extraction de ce dernier. Autrefois considéré comme un déchet, il est aujourd’hui, soit réinjecté dans les gisements de pétrole pour y maintenir la pression, soit valorisé.

Les gaz non conventionnels

Ils représentent d’importantes réserves souterraines dont l’exploitation demeure complexe et coûteuse.

Le gaz de schiste est un gaz piégé dans une roche-mère très peu poreuse et très peu imperméable.

Le gaz de charbon est naturellement présent dans les pores du charbon.

Le gaz compact est emprisonné dans des petits réservoirs souterrains difficiles d’accès.

Les hydrates de méthane sont piégés sous haute pression et à basse température. Ils se trouvent sous les océans et dans les zones de permafrost (Alaska, Russie). Aucune technique économiquement viable ne permet pour l’instant d’exploiter ces gisements.

Fonctionnement technique ou scientifique

L’exploitation du gaz se subdivise en deux étapes :

En amont : l’exploration, l’extraction et la purification

L’exploration consiste à rechercher les gisements. Des techniques de cartographie et de sismographie permettent d’identifier les réserves potentielles de gaz techniquement et économiquement exploitables. Le forage permet de confirmer la présence d’un gisement et de déterminer son potentiel économique.

Après la phase d’exploration, l’extraction du gaz nécessite des infrastructures complexes. Cependant, une fois le gisement foré, le gaz conventionnel qui est naturellement sous pression remonte facilement à la surface. Il est ensuite traité et épuré (élimination des composés soufrés et du CO2) afin d’être commercialisé.

En aval : le transport du gaz

Des gazoducs terrestres ou sous-marins acheminent le gaz entre les pays producteurs et les pays consommateurs. Ils peuvent s’étendre sur plusieurs milliers de kilomètres comme par exemple ceux reliant la Russie à l’Union Européenne. Des stations de compression sont installées le long du réseau. Elles recompriment le gaz permettant sa circulation à grande vitesse. Entre la Russie et l’Union européenne, l’énergie consommée en transport par gazoduc représente entre 10 et 15% de l’énergie contenue dans le gaz transporté.

Lorsque le transport par gazoduc coûte trop cher ou est impossible, le gaz est acheminé sous forme liquide par bateaux (les méthaniers). A environ -161°C, le gaz peut être transformé sous forme liquide. On parle alors de gaz naturel liquéfié (GNL). Cette méthode constitue une alternative aux gazoducs qui sont des infrastructures de transport figées.

Enjeux par rapport à l'énergie

Troisième source d’énergie produite dans le monde en 2009 (21%) derrière le pétrole (33%) et le charbon (27%), le gaz naturel occupe désormais une place majeure dans le bouquet énergétique.

Dimension énergétique et environnementale

Le gaz peut être utilisé comme matière première pour l’industrie (production d’hydrogène, méthanol, ammoniac), ou compte tenu de son haut pouvoir calorifique comme combustible industriel ou domestique (chauffage, cuisson). Il participe pour environ 20% à la production de l’électricité. Considéré comme un combustible souple, efficace et simple d’utilisation, il peut être stocké et transporté. Lors de sa combustion, le gaz génère, à production d’énergie équivalente, de 30 à 50% d’émissions de CO2 en moins que le pétrole(2).

Dimension économique

Face à une demande qui ne cesse d’augmenter, l’existence de réserves gazières constitue une manne financière pour les pays producteurs. Toutefois, l’exploitation de ces réserves nécessite d’importants investissements. Les pays producteurs et importateurs doivent financer les infrastructures d’exploitation et de transport du gaz. L’AIE estime à 3 700 milliards d’euros le montant des investissements entre 2007 et 2030.

Dimension géostratégique

Le transport par gazoduc est la méthode la plus répandue mais elle comporte deux faiblesses : les gazoducs figent la trajectoire des échanges et il est alors difficile de varier les sources d’approvisionnement. Les nombreux pays de transit peuvent potentiellement poser des problèmes de sécurité.

Acteurs majeurs

Production et consommation de gaz naturel en milliards de m3 dans quelques pays du monde en 2010

Production et consommation de gaz naturel en milliards de m3 dans quelques pays du monde, d'après données AIE

D'après données BP Statistic Review of World Energy, juin 2011

Les gisements sont inégalement répartis dans le monde puisque deux tiers des réserves mondiales de gaz conventionnel sont situés en Russie et au Moyen-Orient. En dépit de ses réserves, ce dernier ne fournit que 10% du marché international(3).

Les plus gros producteurs de gaz naturel sont la Russie, les Etats-Unis, le Canada, le Royaume-Uni et l’Algérie. A eux cinq, ils représentent plus de 50% de la production mondiale(4). Grâce à l’exploitation du gaz de schiste, les Etats-Unis sont devenus en 2009 les plus gros producteurs de gaz, dépassant ainsi la Russie.

En termes industriel, le premier producteur de gaz au monde est la compagnie russe Gazprom avec une production annuelle de 550 milliards de m3 en 2008(5).

Pour justifier la mise en place d’infrastructures coûteuses (ex : gazoducs), les échanges de gaz entre un opérateur chargé du transport (ex : GDF Suez) et un producteur (ex : Gazprom), sont régis le plus souvent par des contrats de longue durée et non par un mécanisme de trading basé sur l’équilibre de l’offre et de la demande. Face à la prédominance du pétrole, les contrats d’achat de gaz de longue durée sont généralement indexés sur le prix du baril de pétrole. Ainsi en 2006, le prix du gaz s’est apprécié en Europe du fait d’une augmentation du prix du baril de pétrole. Néanmoins, les situations locales peuvent entraîner un décrochage des prix du gaz (USA).

Le GEFC (Gas Exporting Countries Forum) est un forum international regroupant les pays exportateurs afin de coordonner leurs actions. L’association internationale CEDIGAZ fournit des informations économiques et techniques relatives au gaz.

Total est un opérateur mondial important dans la production de gaz.

Unités de mesure et chiffres clés

Les réserves prouvées de gaz conventionnel (dont la rentabilité économique est garantie à 90%) sont estimées à 187 000 milliards de m3(6). Compte tenu de la consommation annuelle, soit 2 940 milliards de mètres cubes en 2009(7), ces réserves correspondent à 65 ans de consommation(8). Ces chiffres s’inscrivent dans un contexte général où le gaz représente plus de 20% de la consommation énergétique mondiale(9).

Les experts prévoient qu'à l'horizon 2020, 50 % de la production américaine proviendra des gaz non conventionnels comme le gaz de charbon, le gaz compact ou les gaz de schistes (contre 4 % aujourd'hui).

L’une des unités employées pour déterminer le pouvoir énergétique d’un gaz est la BTU (British Thermal Unit) : cette unité internationale indique la quantité de gaz nécessaire pour élever la température d’une livre d’eau d’un degré Fahrenheit. Une BTU équivaut à près de 1 055 J.

Aux USA, le prix du gaz sur le marché a subi au cours des dernières années de fortes variations, notamment liées à la crise et au développement important des shale gas (d'après données de U.S. Energy Information Administration).

Aux USA, le prix du gaz sur le marché a subi au cours des dernières années de fortes variations, notamment liées à la crise et au développement important des shale gas (d'après données de U.S. Energy Information Administration).

Zone de présence ou d'application

La Russie, le Canada, la Norvège et l’Algérie sont les principaux exportateurs. Ils desservent tous principalement l’Europe qui importe plus de la moitié de sa consommation. Avant l’essor des gaz non conventionnels, le Canada alimentait les Etats-Unis en gaz. Ces derniers sont en effet  les plus gros consommateurs de gaz (23% de la consommation mondiale).

Les réserves de gaz non conventionnels et notamment de gaz de schiste sont situées en Europe, Asie et plus particulièrement aux Etats-Unis. Grâce à l’exploitation du gaz de schiste, les Etats-Unis sont devenus en 2009 les plus gros producteurs de gaz, dépassant ainsi la Russie. L’AIE prévoit que le gaz non conventionnel, qui assurait 42% de la production américaine en 2007, atteindrait 64% en 2020, ce qui, ajouté au gaz classique, rendrait les Etats-Unis pratiquement auto-suffisants pour au moins deux siècles.

Passé et présent

Longtemps considéré comme un élément dangereux et gênant des puits de pétrole, le gaz a été progressivement exploité. Le gaz des mines de charbon est d’abord utilisé au XVIIIe siècle pour éclairer les rues. Ensuite au XIXe siècle, les premiers gisements de gaz sont  forés, mais les utilisations restent limitées. La construction de plusieurs milliers de kilomètres de gazoducs après la seconde guerre mondiale permet de diversifier les utilisations du gaz (domestiques, industrielles).

Depuis les années 1970, les avantages du gaz sont reconnus et la demande ne cesse d’augmenter. L’amélioration des techniques d’exploitation permet de répondre à cette demande. Il faut néanmoins veiller à la sécurité des utilisations, parfois sources d’explosions. 

Futur

Le gaz naturel est une ressource non renouvelable dont les réserves sont très concentrées dans certaines zones géographiques. L’amélioration de ses conditions d’approvisionnement, de transport et de stockage joue un rôle stratégique pour son avenir dans le mix énergétique.

Les niveaux futurs d’exploitation du gaz dépendront notamment de l’amélioration des techniques de prospection et d’extraction des réserves pour le moment inaccessibles (sous l’océan, sous les zones de permafrost). Par ailleurs la mutation opérée par l’exploitation récente des gaz de schistes devrait s’accentuer et permettre de répondre en partie aux besoins énergétiques croissants pendant plusieurs années. Selon l’AIE, la consommation mondiale de gaz doublera d’ici 2030(10).

Concrètement

Compte tenu des importants investissements en infrastructures nécessaires pour relier les pays producteurs aux pays consommateurs, le transport du gaz est coûteux. A contenu énergétique identique, le coût de transport du gaz est 5 fois supérieur à celui du pétrole(11).

Le gaz naturel liquéfié (GNL) réduit jusqu’à 600 fois le volume du gaz. Il facilite son transport sur de longues distances.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lors de sa combustion, le gaz génère, à production d'énergie équivalente, de 30 à 50% de CO2 en moins que le pétrole.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A environ -161°C, le gaz naturel peut être transformé sous forme liquide.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le gaz peut être utilisé comme matière première pour l’industrie et comme combustible industriel ou domestique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le gaz est naturellement inodore mais depuis un accident meurtrier en 1937 aux Etats-Unis, un odorisant chimique est ajouté afin de le détecter en cas de fuite.