La plupart des réserves mondiales de pétrole et de gaz naturel sont peut-être enfermées à l'intérieur des minuscules pores de la roche de schiste. Mais les méthodes actuelles de forage et de fracturation ne permettent pas d'extraire très bien ce combustible, récupérer seulement environ 5 pour cent du pétrole et 20 pour cent du gaz du schiste. C'est en partie dû à une mauvaise compréhension de la façon dont les fluides circulent à travers ces petits pores, qui ne mesurent que des nanomètres de diamètre.

Mais de nouvelles simulations informatiques, décrit cette semaine dans le journal Physique des fluides , peut mieux sonder la physique sous-jacente, potentiellement conduire à une extraction plus efficace du pétrole et du gaz.

Avec des roches plus poreuses comme le grès, où les pores sont aussi gros que quelques millimètres, les compagnies pétrolières et gazières peuvent plus facilement extraire le carburant en injectant de l'eau ou de la vapeur dans le sol, expulser le pétrole ou le gaz.

"Leurs caractéristiques physiques sont bien comprises, " dit Yidong Xia, un informaticien au Laboratoire national de l'Idaho. "Il existe de nombreux modèles mathématiques bien calibrés pour concevoir les outils d'ingénierie permettant d'extraire le pétrole."

Mais ce n'est pas le cas pour le schiste.

"La difficulté est que la taille des pores est très petite, et la plupart d'entre eux sont dispersés - ils sont isolés, " dit Xia. " Donc, si vous pouvez remplir une partie des pores avec de l'eau, il n'y a aucun moyen qu'il puisse se déplacer dans d'autres pores."

La fracturation hydraulique peut créer des fissures qui relient ces pores, mais sans une solide compréhension de la distribution des pores et de la structure du schiste, les compagnies pétrolières et gazières travaillent à l'aveugle.

Pour mieux comprendre la physique de la façon dont les fluides aiment l'eau, le pétrole et le gaz s'écoulent à travers ces pores minuscules, les chercheurs se sont de plus en plus tournés vers les simulations informatiques. Pourtant, ceux-ci aussi ont été limités. Lorsque les pores sont larges, le fluide se déplace comme un continuum fluide et les modèles peuvent le traiter comme tel. Mais avec des pores nanométriques dans le schiste, le fluide agit plutôt comme une collection de particules.

En principe, un ordinateur peut simuler le comportement de chaque molécule individuelle qui compose le fluide, dit Xia. Mais cela prendrait trop de puissance de calcul pour être pratique.

Au lieu, Xia et ses collègues ont utilisé ce qu'on appelle une approche grossière. Ils ont modélisé le fluide comme une collection de particules dans lesquelles chaque particule représente un groupe de quelques molécules. Cela réduit considérablement la quantité de muscle de calcul nécessaire.

Ce qui distingue également ces nouveaux résultats, c'est l'incorporation d'images haute résolution d'échantillons de schiste. Des chercheurs de l'Université de l'Utah ont utilisé la microscopie électronique à balayage à faisceau d'ions focalisé sur un morceau de schiste de Woodford de quelques millimètres de diamètre. Le faisceau d'ions de cette méthode traverse l'échantillon, scannant chaque tranche pour générer une image 3D de la roche et de sa structure de pores détaillée à l'échelle nanométrique. Ces images sont ensuite introduites dans le modèle informatique pour simuler l'écoulement de fluide à travers les nanostructures numérisées.

"La combinaison [de la microscopie et des simulations] est ce qui produit vraiment des résultats significatifs, " dit Xia.

Toujours, ce genre de simulations à elles seules ne révolutionnera pas l'extraction du pétrole et du gaz de schiste, il a dit. Vous auriez besoin d'une compréhension plus large de toute la structure du schiste, pas seulement de petits échantillons. Mais, il a dit, vous pouvez prélever plusieurs échantillons dans le schiste et effectuer des simulations informatiques pour mieux comprendre sa physique.

Pour être clair, Xia a ajouté, ils n'approuvent aucune technologie ou source d'énergie en particulier. En tant que chercheurs, leur objectif est simplement de mieux comprendre la physique de base du schiste.