Les puits qui extraient le gaz naturel du sous-sol laissent souvent échapper de grandes quantités de méthane, un puissant gaz à effet de serre, dans l'air. Une équipe de chercheurs de l'Université de Princeton a découvert que, dans l'une des plus grandes régions productrices de gaz, la plupart de ces émissions proviennent d'un petit sous-ensemble de puits, une conclusion avec des implications majeures sur la façon de contrôler le problème.

Des chercheurs dirigés par Mark Zondlo, professeur agrégé de génie civil et environnemental, passé deux ans à échantillonner les émissions des schistes de Marcellus, un bassin qui s'étend de la Virginie-Occidentale à l'État de New York. Dans une recherche publiée dans la revue Sciences et technologies de l'environnement , les auteurs ont rapporté que 10 pour cent des puits représentent plus des trois quarts des fuites de gaz dans l'atmosphère en tant que sous-produit de l'extraction. Cela a l'effet de gaz à effet de serre équivalent d'ajouter 500, 000 voitures, ou environ 2% du marché automobile américain, à la route.

Cette trouvaille, cependant, peut avoir une doublure argentée pour atténuer les impacts sur l'environnement, Zondlo a dit, car la fixation d'un nombre relativement restreint de ces puits « super-émetteurs » pourrait conduire à une réduction importante des émissions. Il a averti que l'identification des puits les plus fuyants n'est pas toujours facile, en partie parce que les émissions des puits peuvent changer avec le temps.

Les chercheurs ont déclaré que les émissions peuvent résulter d'une variété de pratiques, y compris l'ouverture intentionnelle de vannes pour relâcher la pression dans les puits, ou de vannes bloquées par inadvertance. Des études antérieures ont examiné de petits échantillons de puits au Texas et en Virginie-Occidentale et sont parvenues à des conclusions similaires sur l'impact des « superémetteurs ». La nouvelle recherche est la première à examiner les opérations dans le bassin de schiste le plus productif des États-Unis et représente le plus grand nombre total de puits mesurés.

Avec Zondlo, qui est l'ancien directeur associé des partenariats externes au Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement, les principaux chercheurs de l'équipe comprennent Elie Bou-Zeid, professeur de génie civil et environnemental, et Jeffrey Fitts, ancien chercheur au Département de génie civil et environnemental et ancien stratège en recherche et développement au Centre Andlinger. Dana Caulton, un ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Zondlo, a dirigé l'échantillonnage sur le terrain.

Les lasers que Zondlo et l'équipe utilisent dans le laboratoire mobile, l'expérience de chimie atmosphérique de Princeton, mesurer la concentration de méthane dans l'air en projetant une longueur d'onde précise de lumière dans l'air et en voyant combien de lumière est absorbée par les gaz dans l'air, spécifiquement par le méthane. En utilisant cette technique, les chercheurs ont pu discerner la quantité de méthane dans l'air et calculer un taux d'émission lié au puits.

Les résultats présentent une voie vers une limitation à terme de la pollution par le carbone provenant de l'extraction de gaz, dit Zondlo. Une meilleure compréhension de pourquoi et comment certains puits fuient plus que d'autres peut éclairer les « voies pratiques d'atténuation, " il a dit.

Le gaz naturel est composé principalement de méthane, qui est parmi les gaz à effet de serre les plus puissants et environ 30 fois mieux capable de piéger la chaleur que le dioxyde de carbone, accélération du réchauffement climatique. Le gaz naturel est une partie importante du mix énergétique aux États-Unis, représentant environ 35 pour cent de la production d'électricité et le chauffage d'environ 60 millions de foyers américains chaque année. Même dans les opérations les plus efficaces, des fuites sont à prévoir. Mais Zondlo a déclaré que les nouvelles découvertes montrent la possibilité de réduire considérablement l'impact environnemental de l'industrie.

Actuellement, les sociétés gazières recherchent généralement les fuites à l'aide de caméras infrarouges, qui identifient la fuite en « voyant » du méthane, mais cette technologie n'est pas assez sensible pour capturer la plupart des fuites à moins que la caméra ne soit presque au-dessus de l'emplacement de la fuite elle-même. Les caméras d'imagerie infrarouge ne sont donc pas d'excellents outils d'enquête pour filtrer un vaste site, ils ne fournissent pas non plus de données quantitatives sur la quantité de méthane rejetée.

Malgré le fait que les superémetteurs peuvent varier dans le temps, selon si les émissions proviennent d'une vanne bloquée une fois ou d'un problème en cours, comme une bride qui fuit, Zondlo a déclaré que la méthodologie utilisée par le groupe de recherche pourrait aider à capturer la distribution des émissions au fil du temps.

Les estimations de Zondlo utilisant les lasers pourraient augmenter les coûts de surveillance dans un premier temps, mais il a dit que les sociétés gazières récupéreraient une grande partie de cela en récupérant le produit perdu. S'il est correctement équipé, les véhicules de service qui travaillent sur les puits pourraient fournir un itinéraire pour surveiller efficacement les émissions lorsqu'ils sont associés à des prévisions communes de vitesse et de direction du vent, il a dit.

« Si les véhicules d'entretien courant étaient équipés de capteurs de méthane, il pourrait signaler les plateformes de puits où les niveaux de méthane dépassaient largement les visites précédentes et identifier les plus problématiques, " a déclaré Zondlo.

Il a dit que sa technologie et de nombreuses autres technologies prometteuses existent, et maintenant il s'agit de faire évoluer les technologies et de les mettre en œuvre sur le terrain. La plupart des lasers utilisés dans son laboratoire mobile sont fabriqués sur mesure et coûteux à construire, mais Zondlo a déclaré qu'il travaillait à la production de lasers avec des matériaux plus courants, comme les LED.

Adam Brandt, professeur agrégé d'ingénierie des ressources énergétiques à l'Université de Stanford qui n'est pas affilié à l'étude, a déclaré que la recherche "suggère que trouver et réparer ce petit nombre de" super-émetteurs "pourrait être un moyen rentable de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre provenant des opérations de production de gaz".

David Lyon, un scientifique de l'Environmental Defence Fund qui a travaillé sur des évaluations précédentes des émissions de méthane, a déclaré que « les résultats de cette étude renforcent le besoin urgent de réduire les fuites de méthane des puits de gaz non conventionnels existants de Pennsylvanie – ces fuites représentent 70 millions de dollars de ressources en gaz naturel gaspillées et ont un impact climatique à court terme équivalent à celui de neuf centrales électriques au charbon ."

La prochaine étape pour les chercheurs est de voir ce que ces superémetteurs ont en commun. Zondlo prévoit d'étudier les caractéristiques des puits, comme le taux de production, l'âge de l'équipement et la taille de l'opérateur pour voir quand et pourquoi les sites deviennent de gros émetteurs dans l'espoir d'éclairer les stratégies d'atténuation.