La production de pétrole brut et les retraits de gaz naturel aux États-Unis ont réduit la dépendance du pays vis-à-vis du pétrole étranger et ont apporté une aide financière aux consommateurs américains, mais ont également soulevé des préoccupations de longue date concernant les dommages environnementaux, comme la contamination des eaux souterraines.

Chercheur au Collège des Arts et des Sciences de l'Université de Syracuse, et une équipe de scientifiques de Penn State, ont développé une nouvelle technique d'apprentissage automatique pour évaluer de manière holistique les données sur la qualité de l'eau afin de détecter des échantillons d'eaux souterraines susceptibles d'être touchés par les récentes fuites de méthane lors de la production de pétrole et de gaz. En utilisant ce modèle, l'équipe a conclu que les méthodes de forage non conventionnelles comme la fracturation hydraulique ou l'hydrofracturation n'engendrent pas nécessairement plus de problèmes environnementaux que le forage pétrolier et gazier conventionnel.

Les deux méthodes courantes d'extraction du pétrole et du gaz aux États-Unis sont les méthodes conventionnelles et non conventionnelles. Le pétrole et le gaz conventionnels sont pompés à partir de sources facilement accessibles en utilisant la pression naturelle. Inversement, le pétrole et le gaz non conventionnels sont acquis auprès de sources difficiles d'accès grâce à une combinaison de forage horizontal et de fracturation hydraulique. L'hydrofracturation extrait le gaz naturel, du pétrole et de la saumure des formations rocheuses en injectant un mélange de sable, produits chimiques et eau. En forant dans la terre et en dirigeant le mélange à haute pression dans la roche, le gaz à l'intérieur se libère et s'écoule vers la tête d'un puits.

Tao Wen, professeur assistant en sciences de la terre et de l'environnement (EES) à Syracuse, a récemment mené une étude comparant les données de différents États pour voir quelle méthode pourrait entraîner une plus grande contamination des eaux souterraines. Ils ont spécifiquement testé les niveaux de méthane, qui est le principal composant du gaz naturel.

L'équipe a sélectionné quatre États américains situés dans d'importantes zones de schiste à cibler pour leur étude :la Pennsylvanie, Colorado, Texas et New York. L'un de ces États, New York, a interdit la pratique de l'hydrofracturation en 2015 à la suite d'un examen du ministère de la Santé du NYS qui a révélé des incertitudes importantes sur la santé, y compris l'augmentation de la pollution de l'eau et de l'air.

Wen et ses collègues ont compilé un vaste ensemble de données sur la chimie des eaux souterraines à partir de plusieurs sources, notamment des rapports d'agences fédérales, Articles de journaux, et les sociétés pétrolières et gazières. La majorité des échantillons d'eau testés dans leur étude ont été prélevés dans des puits d'eau domestiques. Bien que le méthane lui-même ne soit pas toxique, Wen dit que la contamination au méthane détectée dans les eaux souterraines peu profondes pourrait constituer un risque pour le propriétaire concerné, car il pourrait s'agir d'un risque d'explosion, pourrait augmenter le niveau d'autres espèces chimiques toxiques comme le manganèse et l'arsenic, et contribuerait au réchauffement climatique car le méthane est un gaz à effet de serre.

Leur modèle a utilisé des algorithmes sophistiqués pour analyser la quasi-totalité des données géochimiques conservées afin de prédire si un échantillon d'eau souterraine donné avait été affecté négativement par les récents forages pétroliers et gaziers.

La comparaison des données a montré que les cas de contamination au méthane à New York – un État sans forage non conventionnel mais avec un volume élevé de forage conventionnel – étaient similaires à celui de la Pennsylvanie – un État avec un volume élevé de forage non conventionnel. Wen dit que cela suggère que les méthodes de forage non conventionnelles comme la fracturation hydraulique ne conduisent pas nécessairement à plus de problèmes environnementaux que le forage conventionnel, bien que ce résultat puisse s'expliquer alternativement par les différentes tailles d'ensembles de données sur la chimie des eaux souterraines compilées pour ces deux états.

Le modèle a également détecté un taux plus élevé de cas de contamination au méthane en Pennsylvanie qu'au Colorado et au Texas. Wen dit que cette différence pourrait être attribuée à des pratiques différentes lorsque les foreurs construisent/forent les puits de pétrole et de gaz dans différents États. Selon des recherches antérieures, la plupart du méthane rejeté dans l'environnement par les puits de gaz aux États-Unis se produit parce que le ciment qui scelle le puits n'est pas achevé sur toute la longueur du tubage de production. Cependant, aucune donnée n'existe pour conclure si les foreurs de ces trois États utilisent une technologie différente. Wen dit que cela nécessite une étude plus approfondie et un examen des données de forage si elles deviennent disponibles.

Selon Wen, leur modèle d'apprentissage automatique s'est avéré efficace pour détecter la contamination des eaux souterraines, et en l'appliquant à d'autres États/comtés avec une production de pétrole et de gaz en cours ou prévue, ce sera une ressource importante pour déterminer les méthodes les plus sûres de forage gazier et pétrolier.

Wen et ses collègues ont récemment publié leurs découvertes dans la revue Recherche sur l'eau .