Répartition du méthane dissous dans la zone de Barnett Shale. Chaque petit point rouge représente un puits de gaz de Barnett Shale. Les autres points colorés représentent les emplacements des échantillons d'eau souterraine. La carte comprend 18, 022 puits de gaz et 457 emplacements d'échantillonnage, avec quelques chevauchements à cette échelle. La clé en bas à droite indique la concentration de méthane, si seulement, trouvé dans chaque échantillon d'eau. Le carré noir entoure une zone à haute teneur en méthane où les chercheurs ont effectué une analyse approfondie d'échantillons d'eaux souterraines. Crédit :J.P. Nicot Université du Texas à Austin
Des scientifiques de l'Université du Texas à Austin ont découvert que les niveaux élevés de méthane dans l'eau de puits de deux comtés près de Fort Worth provenaient probablement de gisements de gaz naturel peu profonds, pas les fuites de gaz naturel causées par les opérations de fracturation hydraulique dans les schistes de Barnett sous-jacents.
La recherche, publié dans la revue Eaux souterraines , s'appuie sur des études antérieures sur la qualité de l'eau de puits dans les schistes de Barnett et utilise des preuves chimiques et géographiques pour lier le niveau élevé de méthane dans certains puits d'eau au méthane dans les dépôts naturels peu profonds. J.P. Nicot, chercheur au Bureau de géologie économique, une unité de l'UT Jackson School of Geosciences, dirigé la recherche. Les collaborateurs comprennent des chercheurs du département des sciences géologiques de la Jackson School et de l'Université du Michigan.
Le méthane est le principal composant du gaz naturel. Fracturation hydraulique, ou la fracturation hydraulique, est une méthode de production artificielle de fractures dans des puits à des milliers de pieds de profondeur pour atteindre les gisements de gaz naturel dans la roche de schiste. Le méthane se trouve également dans des dépôts beaucoup moins profonds et plus petits situés à des centaines de pieds sous le sol. Ces dépôts se sont formés lorsque le méthane provenant de sources plus profondes s'est déplacé vers la surface pendant des millions d'années. Les réservoirs peu profonds de la zone d'étude se trouvent dans une formation géologique appelée Strawn Group.
"Au cours du temps géologique, le méthane s'est accumulé dans ces réservoirs moins profonds, " a expliqué Nicot. " Ces puits d'eau douce sont très proches de ces réservoirs moins profonds et peuvent être la source du méthane. "
Les schistes de Barnett, situé dans la région de Fort Worth, est l'un des gisements de gaz naturel les plus importants et les plus productifs des États-Unis. D'ici fin 2015, il y en avait une vingtaine, 000 puits dans la région. Alors que la production explose, des questions ont été soulevées sur le lien entre la fracturation hydraulique et les niveaux potentiellement dangereux de méthane dans certains puits d'eau, notamment des puits dans le quartier de Silverado dans le comté de Parker à l'extérieur de Fort Worth.
Pour examiner la source et l'étendue du méthane dans les puits d'eau, les chercheurs ont analysé des échantillons de plus de 450 puits dans 12 comtés de l'ouest de Barnett Shale. La grande majorité des échantillons (85 %) ont montré des niveaux de méthane très faibles dans les eaux souterraines, inférieurs à 0,1 milligramme de méthane par litre d'eau. Cependant, un groupe de 11 puits dans les comtés de Parker et de Hood avait des niveaux de méthane supérieurs à 10 milligrammes par litre d'eau, un niveau qui peut déclencher la ventilation des systèmes d'eau de puits pour garantir que le gaz inflammable ne devienne pas dangereux.
Le quartier de Silverado était à l'épicentre du groupe de puits contenant des niveaux élevés de méthane. Ils se trouvent dans une zone d'environ 6 sur 8 milles qui comprend également des puits à faible teneur en méthane.
Cette découverte a incité les chercheurs à examiner de plus près le cluster. En partant du centre du cluster et en allant vers l'extérieur jusqu'à ce qu'aucun méthane ne soit détecté dans l'eau, ils ont prélevé des échantillons à 58 endroits et les ont analysés pour voir d'où provenait le gaz.
"Ce que nous voulions faire, c'était comprendre la quantité de méthane et déterminer la taille du point chaud à haute teneur en méthane, " dit Nicot.
Le méthane est produit de deux manières :thermogénique, de la décomposition de la matière organique sous une température et une pression élevées ; et biogéniquement, par l'activité microbienne. Le méthane biogénique est généralement généré à faible profondeur. Le méthane thermogénique est toujours produit en profondeur, bien que parfois le gaz puisse migrer au cours du temps géologique vers des zones moins profondes.
Les chercheurs ont utilisé l'analyse isotopique du carbone pour déterminer que le méthane était thermogénique, qui a exclu les sources biogéniques mais n'a pas précisé si le gaz provenait du Barnett plus profond ou du Strawn moins profond. Une analyse supplémentaire des gaz rares des échantillons menée par des membres de la même équipe de recherche et dirigée par des chercheurs de l'Université du Michigan a lié le méthane aux gisements de gaz naturel peu profonds du Strawn. Les résultats ont été complétés par une autre étude de l'équipe en 2015 qui a trouvé des isotopes d'azote associés à la paille.
"Combinant alcane, les compositions de gaz rares et d'azote et les rapports isotopiques nous ont permis de distinguer le gaz naturel provenant des schistes profonds de Barnett du groupe Strawn peu profond, " a expliqué Toti Larson, chercheur au département des sciences géologiques de la Jackson School.
En plus des preuves chimiques, les chercheurs ont trouvé une forte corrélation entre la proximité du puits d'eau du groupe Strawn et les niveaux élevés de méthane. Il n'y a pas de corrélation entre les puits à haute teneur en méthane et la distance aux puits fracturés hydrauliquement les plus proches. Les chercheurs notent également que les comtés de Parker et Hood ont un nombre relativement faible de puits de fracturation hydraulique par rapport aux autres comtés des schistes de Barnett, comme Denton, qui ont des puits d'eau avec de faibles niveaux de méthane.
Bien que les résultats suggèrent que le méthane du groupe Strawn est la source la plus probable pour le méthane dans les puits d'eau dans les comtés de Parker et Hood, les chercheurs ont déclaré qu'ils ne pouvaient pas totalement exclure qu'une partie du méthane puisse provenir de fuites causées par des opérations de fracturation hydraulique. En réalité, les chercheurs suggèrent que les fuites de réservoirs profonds pourraient aider à expliquer certains cas enregistrés par d'autres études où les niveaux de méthane dans les puits d'eau augmentent au fil du temps et les cas où le méthane est présent dans les puits d'eau où il était absent.
Pour les puits dont l'origine du méthane est encore discutable, les chercheurs suggèrent une campagne d'échantillonnage et d'analyse plus étendue.
