Fracturation hydraulique, également connu sous le nom de "fracking, " dépend de l'eau, du sable et d'autres produits chimiques pour ouvrir la voie aux ingénieurs pour extraire le pétrole ou le gaz du schiste, des roches poreuses sous le sol.

Les ingénieurs savent ce qu'ils pompent dans le sol, mais ils n'ont pas compris pourquoi ils ont trouvé certains composés très dangereux dans le reflux - le mélange d'eau, sel et autres produits chimiques qui remontent à la surface après avoir été pompés à travers le schiste.

Maintenant, recherches du laboratoire de Kimberly Parker, professeur adjoint au Département de l'énergie, Génie environnemental et chimique à la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington à St. Louis, montre que la présence souterraine de radicaux halogènes est une clé de la formation de ces composés organiques halogénés, dangereux pour la santé humaine et nocifs pour l'environnement.

La recherche a été publiée le 15 janvier 2021, dans la revue Sciences et technologies de l'environnement .

"Pendant longtemps, nous ne savions pas vraiment d'où ils venaient, " Parker a déclaré. "Nous savions qu'ils n'étaient pas intentionnellement mis dans le système. Il semblait clair qu'ils étaient générés sous terre."

En plus de savoir d'où ils venaient, les chercheurs avaient de bonnes raisons de soupçonner que les radicaux halogènes – des molécules avec un électron non apparié – étaient à l'origine de la génération de ces composés.

Les électrons radicaux non appariés les rendent extrêmement réactifs avec d'autres produits chimiques, y compris les composés organiques.

Moshan Chen, un doctorat étudiant au laboratoire de Parker, s'est attaqué à ce problème parce qu'il soupçonnait que la fracturation hydraulique était un terrain fertile pour la formation de radicaux halogènes.

Une des raisons pour lesquelles il soupçonnait que les radicaux halogènes jouaient un rôle, il a dit, avait à voir avec le « casseur », un additif qui diminue la viscosité du fluide de fracturation afin qu'il reflue plus facilement une fois le schiste fracturé. Il contient du persulfate qui, dans les conditions extrêmes de fracturation, peut créer des radicaux sulfate.

Chen savait également que les fluides de fracturation ont des concentrations élevées d'halogénures, y compris le chlorure et le bromure. En réalité, les halogénures dans les fluides de fracturation sont présents à des concentrations beaucoup plus élevées que dans les autres eaux saumâtres, comme l'eau de mer.

Chen soupçonnait que les radicaux halogénures et sulfates réagissaient pour former des radicaux halogènes. Des recherches antérieures sur l'eau de mer et d'autres saumures ont montré que les radicaux halogénés peuvent interagir avec des composés organiques pour produire des composés organiques halogénés.

Il semblait, alors, que toutes les conditions pour la formation de ces composés toxiques étaient présentes dans le processus de fracturation. Chen a examiné certaines recherches antérieures sur le sujet, puis conçu une expérience et se dirigea vers le laboratoire.

À l'aide d'expériences à l'échelle du banc, il était capable de créer des composés organiques halogénés comme ceux trouvés dans le reflux. Mais pour être sûr que l'interaction entre les radicaux halogènes et les composés organiques était vraiment nécessaire pour former les composés organiques halogénés, il a utilisé un "extincteur radical, " un produit chimique qui empêche le radical de réagir avec les composés.

Encore et encore, l'expérience a montré que si le radical ne pouvait pas interagir avec le composé organique, il n'y aurait pas de composés organiques halogénés.

Le laboratoire de Parker travaille déjà sur la prochaine pièce du puzzle, celle qui devrait informer quoi, si seulement, des actions valent la peine d'être prises pour réduire la création de ces composés dangereux.

Chen étudie actuellement la formation naturelle de ces composés organiques halogénés. "S'il s'avère qu'une grande partie de leur production se fait naturellement, et nous ne pouvons rien y faire, ce n'est peut-être pas une bonne idée" de modifier les procédures de fracturation pour un petit retour.

"Mais si cette voie est la voie dominante, " Parker a dit, « changer les produits chimiques utilisés dans la fracturation hydraulique peut valoir la peine d'être envisagé. »