Gaz naturel

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, la matière organique enfouie dans le sous-sol se transforme d’abord en kérogène, sous l’effet de la pression et de la température. 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 des techniques d'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 ont historiquement privilégié 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⁾. La part de ce dernier a toutefois fortement augmenté ces dernières années, en particulier aux États-Unis.

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.

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

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.

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.

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

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 en effet être transporté 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.

Troisième source d’énergie consommée dans le monde en 2012 (21,3%) derrière le pétrole (31,4%) et le charbon (29%), 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, de méthanol, d'ammoniac, etc.), 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 nécessaires 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.

Production et consommation de gaz naturel en milliards de m³ dans quelques pays du monde en 2014

D'après données BP Statistic Review of World Energy, juin 2015

Les gisements sont inégalement répartis dans le monde : 42,7% des réserves prouvées de gaz dans le monde sont notamment situées au Moyen-Orient. En dépit de ses réserves, cette zone ne fournit que 13,7% du marché international⁽³⁾.

Les plus gros producteurs de gaz naturel sont les États-Unis, la Russie, le Qatar, l'Iran et le Canada. A eux cinq, ils représentent plus de la moitié de la production mondiale⁽⁴⁾. Grâce à l’exploitation des gaz de schiste, les États-Unis sont les plus gros producteurs de gaz naturel depuis 2009.

En termes industriels, le premier producteur de gaz au monde est la compagnie russe Gazprom avec une production annuelle de 443,9 milliards de m³ en 2014⁽⁵⁾.

Pour justifier la mise en place d’infrastructures coûteuses (ex : gazoducs), les échanges de gaz entre un opérateur chargé du transport et un producteur 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 en partie 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 (comme aux États-Unis).

Le GECF (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.

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.

Les réserves prouvées de gaz dans le monde (dont la rentabilité économique est garantie à 90%) sont estimées à 187 100 milliards de m³⁽⁶⁾. Compte tenu de la consommation annuelle, soit 3 393 milliards de m3 en 2014⁽⁷⁾, ces réserves correspondent à près de 55 ans de consommation⁽⁸⁾. Ces chiffres s’inscrivent dans un contexte général où le gaz représente plus d'un cinquième de la consommation énergétique mondiale⁽⁹⁾.

Aux États-Unis, 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).

La Russie, le Qatar, la Norvège et le Canada 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 États-Unis en gaz. Ces derniers sont en effet  les plus gros consommateurs de gaz (22,7% de la consommation mondiale en 2014).

Les réserves de gaz non conventionnels et notamment de gaz de schiste sont principalement situées aux États-Unis, en Europe et en Asie. Grâce à l’exploitation du gaz de schiste, les États-Unis sont devenus en 2009 les plus gros producteurs de gaz, dépassant ainsi la Russie. Depuis lors, la production de gaz de schiste aux États-Unis a encore presque quadruplé entre 2009 et 2013.

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 XVIII^e siècle pour éclairer les rues. Ensuite au XIX^e 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. 

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 schiste devrait s’accentuer et permettre de répondre en partie aux besoins énergétiques croissants pendant plusieurs années.