La demande d'énergie de la société repose principalement sur le pétrole et le gaz, qui sont des ressources finies. Les technologies futures pourraient réduire la consommation d'énergie, mais en attendant, les ressources existantes doivent être soigneusement gérées. Le directeur du Centre de recherche en ingénierie pétrolière Ali I. Al-Naimi à KAUST Tadeusz Patzek utilise la physique pour relever ce défi en modélisant la production de gaz à partir de la fracturation hydraulique.

Patzek et ses collaborateurs décrivent deux visions de la consommation énergétique mondiale. Les optimistes croient que la population humaine, la consommation d'énergie et les économies peuvent continuer à croître de façon exponentielle parce que les humains continueront d'inventer des moyens innovants de survivre. Autres, cependant, noter que la Terre impose des limites claires à la croissance, ce qui signifie que la production d'énergie culminera avant de s'essouffler.

La production de pétrole et de gaz a en effet atteint des pics dans le passé, mais ceux-ci ont été usurpés par les découvertes de nouvelles réserves et technologies d'extraction de combustibles dans des zones auparavant inaccessibles. Le nouveau processus le plus complexe et le plus controversé est la fracturation hydraulique (fracturation hydraulique) d'anciens fonds océaniques appelés formations de schiste. La fracturation consiste à injecter de l'eau à haute pression et du sable dans des couches de schiste à plusieurs kilomètres sous terre, produisant des fissures qui libèrent des hydrocarbures piégés.

« Mes co-auteurs, Scott Tinker et Michael Marder, et moi, travaillé sur un projet de la Fondation Sloan, dont le but était de modéliser la récupération de gaz des schistes aux États-Unis avec des détails sans précédent, " dit Patzek. Au lieu d'appliquer les simulations de puits de gaz existantes, qui sont complexes et longs à exécuter, les chercheurs se sont inspirés de l'élégant, modèles simples de physique de la matière condensée, tels que ceux qui régissent le transport des électrons à basse température.

Leur modèle résultant nécessite très peu de paramètres pour modéliser la diffusion du gaz hors des puits de fracturation, et les chercheurs l'ont validé en prédisant avec précision la production de 14 000 puits de gaz aux États-Unis.

Globalement, l'étude a montré que seulement 10 à 20 % du gaz naturel dans les champs de fracturation est extrait avec les techniques actuelles. Cela suggère que, tandis que des améliorations techniques pourraient prolonger la durée de vie de la fracturation en tant que source de combustible utile, le flot de gaz prédit par certains industriels n'est pas encore garanti.

Patzek ne dira pas s'il est optimiste ou pessimiste en ce qui concerne la fracturation hydraulique. "Je ne suis ni, " dit-il. " Je suis un scientifique, et ma vision de la nature est strictement régie par la chimie et la physique des processus en cours. Cependant, Je suis aussi un écologiste passionné, et de ce point de vue, les affaires comme d'habitude se terminent pour l'humanité."

Patzek et ses collègues ont certainement montré que les physiciens ont un rôle à jouer dans le développement de nouveaux modèles commerciaux pour les futures sources d'énergie.