Des indices chimiques dans les eaux près des puits de gaz de schiste Marcellus dans la Pennsylvanie rurale peuvent identifier de nouvelles sources de contamination au méthane liées au forage, selon les scientifiques.

Les résultats fournissent un nouvel outil pour distinguer les impacts environnementaux potentiels du forage de schiste des niveaux de méthane préexistants couramment trouvés dans les cours d'eau de Pennsylvanie, les chercheurs ont dit.

Les scientifiques ont également découvert que la contamination par le méthane peut être plus susceptible de se produire lorsque le forage a lieu dans certains contextes géologiques, comme ceux trouvés dans la zone d'étude dans le comté de Lycoming.

"Cette étude fournit de nouveaux indices sur les endroits où l'on pourrait s'attendre à trouver des impacts environnementaux potentiels liés au forage de schiste et sur la façon de mieux identifier les nouveaux incidents après qu'ils se soient produits, " dit Josué Woda, un étudiant diplômé en géosciences à Penn State.

Woda et une équipe de chercheurs ont rapporté la découverte dans un article publié en ligne cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

L'étude se concentre sur un domaine où les régulateurs de l'État ont cité plusieurs puits de gaz de Marcellus Shale pour des problèmes d'intégrité des puits. Le puits de gaz le plus proche a été cité par les régulateurs de l'État pour avoir contaminé cinq puits d'eau résidentiels avec des niveaux élevés de méthane. Ce gaz présente un risque d'explosion dans les espaces clos.

Les niveaux de méthane restent au-dessus des conditions pré-forage dans les échantillons d'eau de ruisseau et de puits sept ans après que les fuites ont été initialement signalées, les chercheurs ont dit.

Le gaz naturel est principalement composé de méthane, et le forage peut amener le gaz à s'échapper dans les cours d'eau ou dans l'atmosphère, où c'est un puissant gaz à effet de serre. Les scientifiques pensent que ces incidents sont rares par rapport au nombre total de puits de gaz de schiste forés, mais ils sont aussi difficiles à identifier.

Le méthane est commun dans les cours d'eau de Pennsylvanie, causées par des sources naturelles comme les tourbières et les zones humides, ainsi que la migration naturelle des roches souterraines profondes. Cette migration se produit séparément du forage de schiste.

« Parce que nous manquons de bonnes données de base sur la qualité de l'eau dans toute la Pennsylvanie, il peut être difficile d'identifier les impacts possibles du forage de schiste, " a déclaré Susan Brantley, professeur distingué de géosciences à Penn State et directeur du Earth and Environmental Systems Institute. « Bien que nous pensons que ces incidents de fuite de puits de gaz sont rares par rapport au nombre total de puits de gaz, cette étude nous donne un nouvel outil pour les identifier lorsqu'elles surviennent. »

Les scientifiques ont analysé des échantillons d'eau avant et après le forage de l'eau des cours d'eau et des puits autour des fuites signalées. Ils ont découvert que les concentrations de certains métaux dans l'eau ont commencé à augmenter peu de temps après le début des fuites.

"Nous avons documenté que la migration récente du méthane peut modifier la chimie de l'eau d'une manière qui peut mobiliser les métaux, comme le fer, et libérer d'autres composés chimiques indésirables, comme le sulfure d'hydrogène, ", a déclaré Woda. "C'est important car cela peut permettre aux gens de savoir à quoi ils peuvent s'attendre s'ils sont récemment touchés par quelque chose comme un puits de gaz de schiste qui fuit dans leur approvisionnement en eau."

Le changement dans la chimie de l'eau indique qu'un panache de gaz s'est déplacé dans un aquifère depuis le sous-sol profond où le forage horizontal dans le schiste a été accompagné d'une fracturation hydraulique. Les indices pourraient être utilisés ailleurs pour déterminer de nouvelles fuites, les chercheurs ont dit.

"En d'autres termes, nous avons mis au point de nouveaux traceurs qui peuvent être utilisés avec d'autres sources de données pour déterminer si un puits d'eau a été impacté par une récente migration de gaz, ", a déclaré Woda. "C'est particulièrement utile pour les personnes qui n'ont pas collecté d'échantillons d'eau avant le forage."

Les scientifiques ont déclaré qu'un grand nombre de puits autour de la zone d'étude ont été cités pour des violations de cimentation ou de tubage. Les fuites liées au forage sont souvent causées par ces types de problèmes de construction.

"Un pourcentage élevé de puits non conventionnels ont été violés dans cette zone d'étude - environ un tiers des 101 puits producteurs - ce qui est beaucoup plus élevé que les estimations à l'échelle de l'État, " dit Woda.

La formation de schiste dans la région est peu profonde et située le long de l'axe d'un grand pli. Les scientifiques ont déclaré que les puits là-bas peuvent recouper des fractures interconnectées, formant de bonnes voies de migration ascendante.

"Nous avons découvert que le schiste foré est très peu profond à ce stade et que les roches sus-jacentes sont étroitement plissées, " a déclaré Brantley. "Nous pensons avoir découvert un site où des fractures dans la roche plissée peuvent aider le gaz naturel à remonter à la surface et qu'il peut être accéléré par la présence de puits de gaz."

Une étude plus approfondie pourrait fournir des cartes des zones où le forage pourrait être évité ou conduire à de meilleures pratiques de gestion qui pourraient réduire les risques de migration du méthane, les chercheurs ont dit.