Gaz naturel

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Gaz naturel
Identification
No CAS 8006-14-2
Thermochimie
PCS 54,0 MJ·kg-1 (95% CH4, 2,5% C2H6, 2,5% gaz inertes)[1]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le gaz naturel est un mélange gazeux d'hydrocarbures naturellement présent dans certaines roches poreuses. Il est utilisé comme combustible fossile ou par la carbochimie.

Avec 21,4 % de l'énergie consommée en 2013, il est la troisième source d'énergie la plus utilisée au monde, après le pétrole (31,1 %) et le charbon (28,9 %) ; sa part a fortement progressé : elle n'était que de 16 % en 1973.

L'exploitation non-conventionnelle du gaz naturel étant récente, l’étendue de ses réserves est encore assez mal connue. En 2015, selon BP, les réserves mondiales prouvées, en hausse de 18,8 % par rapport à 2005 et de 56 % par rapport à 1995, correspondaient à 52,8 ans de production. Elles étaient concentrées pour 42,8 % au Moyen-Orient. L’Iran, la Russie et le Qatar détenaient à eux seuls 48,6 % des réserves mondiales.

L'Agence internationale de l'énergie évalue les émissions mondiales de CO2 dues au gaz naturel à 6 381 Mt (millions de tonnes) en 2013, en progression de 73,5 % depuis 1990 ; ces émissions représentent 20 % des émissions dues à l'énergie, contre 46 % pour le charbon et 34 % pour le pétrole. Le secteur gazier engendre en outre des émissions de méthane (CH4), gaz dont le potentiel de réchauffement global est 25 fois plus élevé que celui du CO2.

L'usage du gaz naturel dans l'industrie, les usages domestiques puis la production d'électricité, se développait rapidement depuis les années 1970 et était sur le point de devancer le charbon. Cependant, avec le renchérissement observé depuis le début du XXIe siècle, les tassements dans la consommation des pays développés, les besoins des pays émergents et les progrès réalisés dans le traitement du charbon, ce dernier tend à retrouver un certain essor.

Pour autant, la production mondiale de gaz naturel a enregistré une croissance de 27 % entre 2005 et 2015. Cette progression tient notamment à l’exploitation récente des gaz non conventionnels. En 2010, les États-Unis sont ainsi devenus grâce à eux les premiers producteurs de gaz naturel, déclassant la Russie. En 2015, les États-Unis ont produit 22 % du total mondial et la Russie 16,1 % ; cette dernière reste néanmoins largement en tête en termes d’exportations, devant le Qatar.

Les principaux consommateurs de gaz naturel sont en 2015 les États-Unis (22,8 %), la Russie (11,2 %), la Chine (5,7 %) et l'Iran (5,5 %). La consommation mondiale a progressé de 25 % entre 2005 et 2015, alors qu'elle a baissé de 28 % au Royaume-Uni, 22 % en Italie et 14 % en Allemagne, mais bondi de 309 % en Chine.

La production de gaz naturel en 2002[2].

Types[modifier | modifier le code]

Schéma des différentes types de source géologique du gaz naturel ;
A Gaz naturel associé (à un réservoir de pétrole) ;
B Gaz naturel conventionnel non associé ;
C Gaz de couche (ou gaz de houille) ;
D Gaz de « réservoir ultracompact » ;
E Gaz de schiste
L'estimation des réserves prouvées de gaz naturel (ici aux États-Unis de 1925 à 2010) doit être régulièrement mise à jour en fonction de l'épuisement des gisements et des nouvelles découvertes, ainsi que des nouveaux moyens techniques donnant accès à des ressources autrefois inaccessibles (ex : gaz de couche, gaz de schiste, gaz profonds HT/HP (haute température, haute pression), gisements offshore et peut-être un jour hydrates de méthane (sans prendre en compte les limites climatiques et environnementales à cette exploitation).

Il existe plusieurs formes de gaz naturel, se distinguant par leur origine, leur composition et le type de réservoirs dans lesquels ils se trouvent. Néanmoins, le gaz est toujours composé principalement de méthane et issu de la désagrégation d'anciens organismes vivants.

Aux différents types de gaz naturels cités ci-après, on pourrait adjoindre le biogaz, ou biométhane, un substitut renouvelable issu de la décomposition de certains déchets de l'activité anthropique.

Gaz conventionnel non associé[modifier | modifier le code]

C'est la forme la plus exploitée de gaz naturel. Son processus de formation est similaire à celui du pétrole. On distingue le gaz thermogénique primaire, issu directement de la pyrolyse du kérogène, et le gaz thermogénique secondaire, formé par la pyrolyse du pétrole. Le gaz thermogénique comprend, outre le méthane, un taux variable d'hydrocarbures plus lourds, pouvant aller jusqu'à l'heptane (C7H16). On peut y trouver aussi du dioxyde de carbone (CO2), du sulfure d'hydrogène appelé aussi « gaz acide » (H2S), et parfois du diazote (N2) et de petites quantités d'hélium (He), mercure (Hg) et argon (Ar).

C'est principalement ce type de gaz conventionnel non associé qui alimente le marché international du gaz naturel et ses réseaux de transport par gazoducs et méthaniers (voir section Industrie du gaz).

Gaz associé[modifier | modifier le code]

Il s'agit de gaz présent en solution dans le pétrole. Il est séparé lors de l'extraction de ce dernier. Pendant longtemps, il était considéré comme un déchet et détruit en torchère, ce qui constitue un gaspillage de ressources énergétiques non renouvelables et une pollution inutile. Aujourd'hui, une partie est soit réinjectée dans les gisements de pétrole (contribuant à y maintenir la pression et à maximiser l'extraction du pétrole), soit valorisée. La destruction en torchère représentait toujours 150 km3 par an en 2007[3].

Gaz biogénique[modifier | modifier le code]

Le gaz biogénique est issu de la fermentation par des bactéries de sédiments organiques. À l'instar de la tourbe, c'est un combustible fossile mais dont le cycle est relativement rapide. Les gisements biogéniques sont en général petits et situés à faible profondeur. Ils représentent environ 20 % des réserves connues de gaz conventionnel. Le gaz biogénique a moins de valeur par mètre cube que le gaz thermogénique, car il contient une part non négligeable de gaz non combustibles (notamment du dioxyde de carbone) et ne fournit pas d'hydrocarbures plus lourds que le méthane[4].

Gaz de charbon[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Gaz de couche et grisou.

Le charbon contient naturellement du méthane et du dioxyde de carbone dans ses pores[5]. Historiquement, ce gaz a surtout été connu pour la menace mortelle qu'il présente sur la sécurité des mineurs - il est alors resté dans la mémoire collective sous le nom de grisou. Cependant, son exploitation est en plein développement, en particulier aux États-Unis. L'exploitation porte sur des strates de charbon riches en gaz et trop profondes pour être exploitées de façon conventionnelle. Il y a eu des essais en Europe également, mais la plupart des charbons européens sont assez pauvres en méthane. La Chine s'intéresse également de plus en plus à l'exploitation de ce type de gaz naturel.

Gaz de schiste[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Gaz de schiste.

Certains schistes contiennent du méthane issu de la dégradation du kérogène présent dans le schiste et piégé dans ses feuillets et micro-fissures. Mais comme pour le gaz de couche, il existe deux grandes différences par rapport aux réserves de gaz conventionnel. La première est que le schiste est à la fois la roche source du gaz et son réservoir. La seconde est que l'accumulation n'est pas discrète (beaucoup de gaz réuni en une zone restreinte) mais continue (le gaz est présent en faible concentration dans un énorme volume de roche), ce qui exige une technique spécifique.

Depuis 2004, la technique principalement retenue est l'hydrofracturation associée à un forage « horizontal » dirigé. Elle permet d'atteindre et disloquer un plus grand volume de schiste avec un seul forage. Le schiste est pré-fracturé par des trains d'explosions puis une injection sous très haute pression d'un fluide de fracturation constitué d'eau, de sable et d'additifs (toxiques pour certains) étend cette fracturation. Chaque puits peut être fracturé (stimulé) plusieurs dizaines de fois. Chaque fracturation consomme de 7 à 28 millions de litres d'eau dont une partie seulement est récupérée.

Cette pratique, notamment aux États-Unis, est de plus en plus contestée, dénoncée comme affectant le sous-sol, les écosystèmes en surface et la santé. Les fuites de gaz semblent fréquentes et pourraient contaminer des puits. L'utilisation de produits toxiques risque de polluer les nappes phréatiques. L'eau de fracking remonte avec des contaminants indésirables pour la santé et les écosystèmes (sels, métaux et radionucléides)[6] pour toute personne vivant près d'une source d'extraction[7]. L'exploitation en France demeure fortement décriée. Jean-Louis Borloo, comme ministre de l'écologie, a autorisé les premiers forages exploratoires dans le sud de la France avant que le gouvernement n'annule ces autorisations[8].

Hydrates de méthane[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Hydrate de méthane.

Les hydrates de méthane (aussi appelés clathrates de méthane) sont des structures solides contenant du méthane prisonnier. Ils sont issus de l'accumulation de glace contenant des déchets organiques, la dégradation est biogénique. On trouve ces hydrates dans le pergélisol ou sur le plancher océanique. Les estimations des ressources de méthane contenues dans les hydrates vont de 13×1015 m3 à 24×1015 m3, soit 70 à 130 fois les réserves prouvées de gaz naturel conventionnel. Néanmoins, la part des ressources susceptible d’être exploitée dans des conditions économiquement rentables reste difficile à chiffrer et fait encore l’objet de controverses[9]. Aucune technologie rentable ne permet actuellement d'exploiter ces ressources, mais des tests sont en cours au Japon[10], malgré l'impact potentiel considérable sur les émissions de gaz à effet de serre de cette éventuelle exploitation.

Industrie du gaz[modifier | modifier le code]

Histoire[modifier | modifier le code]

Utilisation ancienne en Chine[modifier | modifier le code]

Les Chinois ont commencé à utiliser du gaz naturel comme combustible et source d'éclairage au IVe siècle av. J.-C.. Le forage systématique de puits pour l'extraction de la saumure au Ier siècle av. J.-C. (Dynastie Han) mena à la découverte de beaucoup de « puits à feu » au Sichuan qui produisaient du gaz naturel. Ainsi qu'il est rapporté, cela entraîna dès le IIe siècle av. J.-C., une recherche systématique de gaz naturel. La saumure et le gaz naturel étaient conduits ensemble par des tubes de bambous. Depuis les petits puits, le gaz pouvait être acheminé directement aux brûleurs ou la saumure était versée dans des cuves d'évaporation en fonte pour bouillir et produire du sel. Mais le gaz dense et âcre puisé à des profondeurs d'environ 2 000 pieds (environ 600 m) devait tout d'abord être mélangé à l'air de crainte qu'une explosion se produise. Pour remédier à cela, les Chinois conduisaient d'abord le gaz dans un grand réservoir en bois de forme conique, placé 3 m sous le niveau du sol, où un autre conduit amenait l'air. Ce qui transformait le réservoir en grand carburateur. Pour éviter les incendies à cause d'un soudain surplus de gaz, un « tuyau repoussant le ciel » supplémentaire était utilisé comme système d'échappement[11].,[12].

En Europe[modifier | modifier le code]

En 1776, Alessandro Volta découvre le méthane en s'intéressant au « gaz des marais » (l'ancien nom du méthane).

Les premiers gaz combustibles utilisés en Europe, à partir de 1785, date de leur invention, seront des gaz manufacturés, c'est-à-dire des gaz fabriqués dans des usines à gaz et des cokeries, principalement à partir de la houille. Ils sont d'abord utilisés comme gaz d'éclairage, par la suite comme combustible pour les turbines et moteurs, pour le chauffage ainsi que la cuisson. L’appellation gaz de ville apparaît à cette occasion. Les gaz manufacturés seront essentiellement du gaz de houille mais aussi du gaz d'huile et du gaz de pétrole, etc. La plupart des gaz manufacturés contiendront principalement du dihydrogène, du méthane et de monoxyde de carbone.

L'histoire du gaz manufacturé est liée à l'histoire de nos villes et des grands groupes énergétiques modernes, ceux-là même qui plus tard achemineront le gaz naturel.

Le gaz de ville sera mêlé, lorsque la demande se fera plus importante à du gaz de couche et du grisou - qui a un pouvoir calorifique plus important, doit être « dilué » avant d'être injecté dans le réseau - ainsi que du gaz de pétrole liquéfié[13].

Les premières utilisations modernes du gaz naturel sont apparues aux États-Unis vers 1820 pour l'éclairage public[14].

Si le pétrole fait l'objet d'une exploitation et d'une utilisation industrielle poussées à partir des années 1850, le gaz naturel devra attendre les années 1950 pour susciter un intérêt mondial. Ses réserves et ressources, voire sa production, sont mal connues en dehors des États-Unis jusqu'à la fin des années 1960. Le gaz naturel est apparu longtemps comme une source d'énergie difficile à mettre en œuvre. Son commerce sous forme liquéfiée (GNL) n'a commencé qu'en 1964 dans des volumes très modestes[15].

À partir de la fin de Seconde Guerre mondiale mais surtout à partir des années 1960, l'usage du gaz naturel se répand à travers le monde et supplante progressivement les gaz manufacturés. Le gaz naturel a de nombreuses qualités, dont l'absence de toxicité. Le pouvoir calorifique du gaz naturel est double de celui du gaz de houille (9 000 cal/m3 contre 4 250).

Le gaz naturel nécessitera des aménagements particuliers de tout son réseau de distribution, appareils de chauffe et autres, méthode de stockage et de transport : canalisations, gazoducs, bateaux et port méthaniers.

En France[modifier | modifier le code]

En 1946, l'Assemblée nationale vote la loi de nationalisation des secteurs de l'énergie. Gaz de France (GDF) est créée. La première activité de Gaz de France durant ses premières années consiste à produire et distribuer du gaz de houille. La découverte et la mise en exploitation du gisement de gaz naturel de Lacq à la fin des années 1950 permet à Gaz de France de réorienter son activité vers celui-ci et d'abandonner progressivement le gaz de houille. Les Parisiens reçoivent le méthane juste dix ans plus tard.

Aux Pays-Bas[modifier | modifier le code]

Le gisement Slochteren dans la province néerlandaise de Groningue (29 mai 1959) (Champs de gaz de Slochteren (nl)) est rapidement acheminé aux Pays-Bas et vers la Belgique (1966).

En Norvège[modifier | modifier le code]

Ekofisk (1969)…

En Belgique[modifier | modifier le code]

En 1971, l'ensemble du réseau de distribution est converti au gaz naturel. Distrigaz s'alimente en Hollande (1965), en Norvège (1973), en Algérie (1975), l'Allemagne et Abou Dabi. En 1980, Distrigaz assure la totalité de l'approvisionnement, du transport et du stockage du gaz en Belgique mais également le Luxembourg (1993) et l'Angleterre (1995). En 2001, Distrigaz est scindée entre Suez (GDF Suez) et Ente nazionale idrocarburi

En Algérie[modifier | modifier le code]

Hassi R'Mel dans le Sahara

Caractéristiques générales du gaz naturel commercialisé en Europe[modifier | modifier le code]

C'est principalement du gaz naturel dit « conventionnel non associé » (voir section précédente) qui alimente le marché européen de production du gaz naturel et ses réseaux de transport par gazoducs et méthaniers puis de distribution.

Le gaz naturel traité, en vue d'être commercialisé, est incolore, inodore, insipide. Il contient entre 81 et 97 % de méthane, le reste étant majoritairement de l'azote. Il est moins dense que l'air : sa densité est de 0,6 par rapport à l'air et sa masse volumique est d'environ 0,8 kg·m-3. Il se présente sous sa forme gazeuse au-dessus de -161 °C environ, à pression atmosphérique, mais il peut être adsorbé dans la « roche-réservoir » (dans le charbon parfois, on parle alors de gaz de couche) sous forme liquide (à haute pression et en profondeur).

Son pouvoir calorifique supérieur (PCS) est d'environ 11,5 kWh·m-3 (52 MJ/kg) en France, pour le gaz le plus couramment consommé, dit « H » (pour « haut pouvoir calorifique ») ou 9,7 kWh·m-3 pour le gaz « B » (pour « bas pouvoir calorifique »). La pression de livraison (généralement 20 mbar pour le gaz H et 25 mbar pour le gaz B, ou 300 mbar pour les usages de petite industrie ou des chaufferies collectives) ainsi que l'altitude influent sur la valeur du PCS[16].

Pour des raisons de sécurité depuis l'accident de 1937 à New London (en) au Texas, qui causa la mort de 295 personnes dans une école, un odorisant chimique, à base de tétrahydrothiophène (THT) ou de mercaptan (composé soufré), lui donne une odeur particulière afin de permettre sa détection lors d'une fuite.

Amont : extraction et traitement[modifier | modifier le code]

Le gaz naturel et le pétrole brut sont souvent associés et extraits simultanément des mêmes gisements, ou encore des mêmes zones de production. Les hydrocarbures liquides proviennent du pétrole brut pour une proportion moyenne de l'ordre de 80 % ; les 20 % restants, parmi les fractions les plus légères, le propane et le butane sont presque toujours liquéfiés pour en faciliter le transport.

L'exploration (recherche de gisements) et l'extraction du gaz naturel utilisent des techniques à peu près identiques à celles de l'industrie du pétrole. Une grande partie des gisements de gaz connus à travers le monde a d'ailleurs été trouvée au cours de campagnes d'exploration dont l'objectif était de trouver du pétrole.

Lors de l'extraction d'un gaz sous pression, son refroidissement et sa détente à la tête de puits provoque la condensation des hydrocarbures (C5 à C8 qu'il peut contenir) et d'eau[17]. Les hydrocarbures liquides légers récupérés, appelés « condensats de gaz naturel » ou « liquide de puits de gaz naturel » correspondent à un pétrole extrêmement léger, de très haute valeur (donnant de l'essence et du naphta). Tout le reste (hydrocarbures C1 à C4, dioxyde de carbone, sulfure d'hydrogène et hélium) est gazeux à température ambiante et acheminé par gazoduc vers une usine de traitement de gaz. Il faut donc deux réseaux de collecte, un pour le gaz et un pour les condensats.

Dans cette usine (qui peut être proche des gisements, ou proche des lieux de consommation), le gaz subit ensuite une déshydratation par point de rosée, puis les différents composants sont séparés. Les hydrocarbures C2 à C4 sont vendus sous le nom de gaz de pétrole liquéfié (GPL et non pas GNL). Le dioxyde de carbone est le plus souvent simplement rejeté dans l'atmosphère, sauf s'il y a un utilisateur proche. Parfois, on le réinjecte dans une formation souterraine (séquestration du CO2) pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Le gaz acide est vendu à l'industrie chimique ou séquestré. L'hélium est séparé et commercialisé, s'il est présent en quantité suffisante - dans certains cas, il représente une addition très importante aux revenus générés par le gisement.

Les condensats et les GPL ont une telle valeur marchande que certains gisements sont exploités uniquement pour eux, le « gaz pauvre » (méthane) étant réinjecté au fur et à mesure, faute de débouchés locaux. Même lorsque l'essentiel du gaz pauvre est vendu, on en réinjecte souvent une partie dans le gisement, pour ralentir la baisse de pression, et récupérer finalement une plus grande partie des condensats et du GPL.

L'autre partie (la plus grande) est transporté par gazoduc ou par méthanier vers les lieux de consommation.

Ttd-saigon-traitement-gaz-condensats.jpg

Aval : transport gazeux ou liquide[modifier | modifier le code]

Méthanier LNG BONNY

Le transport du gaz traité (gaz pauvre, presque exclusivement du méthane) est par nature beaucoup plus difficile que pour le pétrole. Cela explique que, pendant longtemps, les gisements de gaz n'intéressaient les compagnies que s'ils étaient relativement proches des lieux de consommation, tandis que les gisements trouvés dans des endroits isolés n'étaient développés que si leur taille justifiait les infrastructures nécessaires. Sachant que la rentabilité des gisements gaziers s'est considérablement améliorée depuis plusieurs années, plusieurs gisements qui étaient vus comme « sub-commerciaux » sont maintenant profitables.

Pour transporter le gaz naturel des gisements vers les lieux de consommation, les gazoducs sont le moyen le plus courant. Mais une part croissante du gaz consommé est transportée sous forme liquide, à -162 °C et à pression atmosphérique, dans des méthaniers du lieu de production vers les lieux de consommation : c'est ce que l'on appelle le GNL, ou Gaz Naturel Liquéfié. Sous cette forme liquide, le gaz naturel offre, à volume égal avec le fioul domestique, un pouvoir calorifique qui correspond à plus de la moitié du pouvoir calorifique de celui-ci[n 1].

Mais cette solution qui permet de « condenser » l'énergie gazeuse sous un volume réduit exige des investissements très lourds, tant pour la liquéfaction[n 2] que pour le transport[n 3]. À titre indicatif, le coût d'une usine de liquéfaction, de taille minimale de l'ordre de 45 Gthermies/an (3,5 millions de tonnes de gaz naturel liquéfié) est de l'ordre de 400 à 500 millions USD et si l'on veut doubler cette capacité, il faut ajouter 85 % de plus à ce coût.

Les navires de transport, qui ont des réservoirs cryogéniques, coûtent également très cher : en 2006, plus de 200 millions d'euros pour une capacité de 100 000 tonnes, soit le prix d'un pétrolier de quelque 300 000 tonnes.

Mais, vu l'augmentation constante des besoins en énergie de toutes sortes et la flambée du prix du pétrole depuis le début du XXIe siècle, tous ces investissements sont amplement justifiés. La filière du gaz naturel liquéfié nécessite cependant une taille importante pour être économiquement viable, il faut donc une forte production à exporter pour justifier la construction d'une usine de liquéfaction et, inversement, d'importants besoin d'importation pour construire un terminal de réception. En 2006, il n'existe aucun projet en dessous de 2 ou 3 millions de tonnes par an pour l'exportation, 1 pour l'importation.

Lors de sa liquéfaction, le gaz naturel est fractionné, si nécessaire, pour le séparer de l'éthane, du propane et du butane. À l'arrivée près des lieux de consommation, le GNL est éventuellement stocké sous forme liquide puis vaporisé dans des terminaux méthaniers. Il est alors émis sur un réseau de transport classique. Ici encore, il faut des investissements importants pour la réception, le stockage et la vaporisation. Ces investissements sont cependant moindres que pour la liquéfaction ou le transport par méthanier.

Pour le traitement, et si l'on veut séparer les GPL avant le transport, à partir des gisements de gaz et de condensats (si ceux-ci sont proches), on installe deux réseaux de collecte, un pour le gaz naturel et un autre pour les condensats. Le gaz et les condensats sont dirigés vers des installations de traitement et de désulfurisation.

Articles détaillés : Gaz naturel liquéfié et Gazoduc.

Économie du gaz[modifier | modifier le code]

Marché à terme et marché spot[modifier | modifier le code]

Dans les pays importateurs de gaz, ce combustible est acheté sur[18] :

  • le marché à terme : qui peut être soit un marché organisé, soit un marché de gré à gré. Dans le cadre des échanges de gré à gré, les contrats à long terme comportent habituellement des clauses d'indexation du gaz sur divers indices, qui peuvent être les prix des marchés organisés ou le prix du principal substitut au gaz qui était, jusqu'au début des années 2000, le pétrole ;
  • le marché spot qui s'est découplé du marché à terme depuis que le pétrole n'est plus le substitut principal du gaz.

Selon l'approvisionnement sur ces deux marchés, le prix peut dépendre du prix spot, du prix forward et de divers indices pétroliers ou gaziers.

Réserves de gaz naturel[modifier | modifier le code]

En 2015, selon BP, les réserves mondiales prouvées (réserves estimées récupérables avec une certitude raisonnable dans les conditions techniques et économiques existantes) de gaz naturel atteignaient 186 900 milliards de mètres cubes, en baisse de 0,1 % par rapport à l'année précédente mais en hausse de 18,8 % par rapport à 2005 et de 56 % par rapport à 1995[19].

Réserves prouvées de gaz naturel
Rang 2015 Pays 1995 (Tm3) 2005 (Tm3) 2015 (Tm3) 2015 (Tcf)  % 2015 var. 10 ans var. 20 ans ratio R/P
1 Drapeau de l'Iran Iran 19,4 27,6 34,0 1201,4 18,2 % +23 % +75 % 176,8[20]
2 Drapeau de la Russie Russie 31,1 31,2 32,3 1139,6 17,3 % +3,5 % +3,9 % 56,3
3 Drapeau du Qatar Qatar 8,5 25,6 24,5 866,2 13,1 % -4,3 % +188 % 135
4 Drapeau du Turkménistan Turkménistan nd 2,3 17,5 617,3 9,4 % +661 % nd 241
5 Drapeau des États-Unis États-Unis 4,7 5,8 10,4 368,7 5,6 % +79 % +121 % 13,6
6 Drapeau de l'Arabie saoudite Arabie saoudite 5,5 6,8 8,3 294 4,5 % +22 % +51 % 78
7 Drapeau des Émirats arabes unis Émirats arabes unis 5,9 6,1 6,1 215,1 3 % 0 % -10 % 109
8 Drapeau du Venezuela Venezuela 4,1 4,3 5,6 198,4 3,0 % +30 % +37 % 173
9 Drapeau du Nigeria Nigeria 3,5 5,2 5,1 180,5 2,7 % -2 % +46 % 102
10 Drapeau de l'Algérie Algérie 3,7 4,5 4,5 159,1 2,4 % 0 % +22 % 54
11 Drapeau de la République populaire de Chine Chine 1,7 1,6 3,8 135,7 2,1 % +137 % +123 % 27,8
12 Drapeau de l'Irak Irak 3,4 3,2 3,7 130,5 2,0 % +16 % +9 % ns
13 Drapeau de l'Australie Australie 1,2 2,2 3,5 122,6 1,9 % +59 % +192 % 52
14 Drapeau de l'Indonésie Indonésie 2,0 2,5 2,8 100,3 1,5 % +12 % +40 % 38
15 Drapeau du Canada Canada 1,9 1,6 2,0 70,2 1,1 % +12 % +5 % 12,2
16 Drapeau de la Norvège Norvège 1,4 2,4 1,9 65,6 1,0 % -21 % +36 % 15,9
17 Drapeau de l'Égypte Égypte 0,6 1,9 1,8 65,2 1,0 % -5 % +200 % 40,5
17 Drapeau du Koweït Koweït 1,5 1,6 1,8 63,0 1,0 % +12 % +20 % 119
TOTAL MONDIAL 119,9 157,3 186,9 6599,4 100 % +18,8 % +55,9 % 52,8
Source : BP[19].
Tm3 = milliers de milliards de mètres cubes ; Tcf = milliers de milliards de pieds cube ; var. 10 ans = variation entre 2005 et 2015 ; var. 20 ans = variation entre 1995 et 2015 ; R/P = Réserves/Production 2015.

Statistiques de production[modifier | modifier le code]

En 2015, selon BP, le monde a produit 3 538,6 Gm3 (milliards de mètres cubes) de gaz naturel, en hausse de 2,2 % par rapport à l'année précédente et de 26,8 % par rapport à 2005[19].

Les données de production de gaz naturel sont assez complexes à interpréter, car les modes de calcul peuvent ou non prendre en compte le gaz associé brûlé en torchère, compter les volumes de gaz avant ou après extraction des polluants, etc. Les données de l'AIE sont d'ailleurs différentes de celles de BP, avec une production mondiale de 3 524 Gm3 pour 2014[21], dépassant de 1,8 % celle de BP (3 463 Gm3).

Production de gaz naturel en 2015
Pays Production (Gm3) Production (Mtep)  % du total var. 10 ans Notes
1 Drapeau des États-Unis États-Unis 767 705 22,0 % +51 % Part croissante de gaz de schiste et d'offshore profond
2 Drapeau de la Russie Russie 573 516 16,1 % -1 % Principalement en Sibérie occidentale
3 Drapeau de l'Iran Iran 192 173 5,4 % +88 % Réserves sous-exploitées (sanctions occidentales)
4 Drapeau du Qatar Qatar 181 163 5,1 % +296 %
5 Drapeau du Canada Canada 163 147 4,6 % -13 % En déclin
6 Drapeau de la République populaire de Chine Chine 138 124 3,9 % +171 % Croissance très rapide, mais réserves limitées
7 Drapeau de la Norvège Norvège 117 105 3,3 % +36 % Plafonnement car réserves limitées
8 Drapeau de l'Arabie saoudite Arabie saoudite 106 96 3,0 % +50 % Réserves sous-exploitées
9 Drapeau de l'Algérie Algérie 83 75 2,3 % -6 % 39 % de la production africaine ; plafonne
10 Drapeau de l'Indonésie Indonésie 75 67 2,1 % -0,1 % Plafonne ; exportations en déclin
11 Drapeau du Turkménistan Turkménistan 72 65 2,0 % +27 % Réserves sous-exploitées (Dauletabad)
12 Drapeau de la Malaisie Malaisie 68 61 1,9 % +7 %
13 Drapeau de l'Australie Australie 67 60 1,9 % +71 % Croissance régulière
14 Drapeau de l'Ouzbékistan Ouzbékistan 58 52 1,6 % +7 % Réserves limitées
15 Drapeau des Émirats arabes unis Émirats arabes unis 56 50 1,6 % +17 % Réserves sous-exploitées
16 Drapeau du Mexique Mexique 53 48 1,5 % +2 % Réserves en voie d'épuisement (6 années)
17 Drapeau du Nigeria Nigeria 50 45 1,4 % +100 % Réserves sous-exploitées ; forte croissance
18 Drapeau de l'Égypte Égypte 46 41 1,3 % +7 % Déclin depuis le pic de 2009
19 Drapeau des Pays-Bas Pays-Bas 43 39 1,2 % -31 % Réserves en déclin (Groningue)
TOTAL MONDIAL 3539 3199 100 % +27 %
Source : BP[19] (hors gaz brûlé en torchère ou réinjecté ; y compris gaz produit pour liquéfaction).
Gm3 = milliard de mètres cubes ; var. 10 ans = variation entre 2005 et 2015.

Pour plus d'informations sur la production par pays, on pourra se reporter à la série régions pétrolifères ou aux articles sur l'énergie dans le pays concerné (ex.: Énergie aux États-Unis, Énergie en Russie, etc).

Statistiques de consommation[modifier | modifier le code]

Le gaz naturel était en 2013 la troisième source d'énergie la plus utilisée dans le monde avec 21,4 % de l'approvisionnement mondial en énergie primaire, après le pétrole (31,1 %) et le charbon (28,9 %) ; sa part a fortement progressé : elle n'était que de 16 % en 1973[21].

En 2015, selon BP, le monde a consommé 3 468,6 Gm3 (milliards de mètres cubes) de gaz naturel, en hausse de 1,7 % par rapport à l'année précédente et de 25 % par rapport à 2005[19].

Consommation de gaz naturel en 2015
Pays Production (Gm3) Production (Mtep)  % du total var. 10 ans
1 Drapeau des États-Unis États-Unis 778 714 22,8 % +25 %
2 Drapeau de la Russie Russie 392 352 11,2 % -0,6 %
3 Drapeau de la République populaire de Chine Chine 197 178 5,7 % +309 %
4 Drapeau de l'Iran Iran 191 172 5,5 % +86 %
5 Drapeau du Japon Japon 113 102 3,3 % +44 %
6 Drapeau de l'Arabie saoudite Arabie saoudite 106 96 3,1 % +49 %
7 Drapeau du Canada Canada 102 92 2,9 % +5 %
8 Drapeau du Mexique Mexique 83 75 2,4 % +37 %
9 Drapeau de l'Allemagne Allemagne 75 67 2,1 % -14 %
10 Drapeau des Émirats arabes unis Émirats arabes unis 69 62 2,0 % +64 %
11 Drapeau : Royaume-Uni Royaume-Uni 68 61 2,0 % -28 %
12 Drapeau de l'Italie Italie 61 55 1,8 % -22 %
13 Drapeau de la Thaïlande Thaïlande 53 48 1,5 % +63 %
14 Drapeau de l'Inde Inde 51 46 1,5 % +42 %
15 Drapeau de l'Ouzbékistan Ouzbékistan 50 45 1,4 % +18 %
16 Drapeau de l'Égypte Égypte 48 43 1,4 % +51 %
17 Drapeau de l'Argentine Argentine 47 43 1,4 % +18 %
TOTAL MONDIAL 3469 3135 100 % +25 %
Source : BP[19]
Gm3 = milliard de mètres cubes ; var. 10 ans = variation entre 2005 et 2015.

Statistiques d'exportation[modifier | modifier le code]

Les principaux pays exportateurs, selon BP[19], sont :

Exportations de gaz naturel en 2015 (milliards de m3)
Rang 2015 Pays par gazoduc par mer (GNL) Total Clients principaux
1 Drapeau de la Russie Russie 193,0 14,5 207,5 Europe, Turquie, Belarus, Ukraine, Japon
2 Drapeau du Qatar Qatar 19,8 106,4 126,2 Asie, Europe, Émirats arabes unis
3 Drapeau de la Norvège Norvège 109,5 6,0 115,5 Europe (Allemagne, Royaume-Uni, Pays-Bas, France, etc)
4 Drapeau du Canada Canada 74,3 74,3 États-Unis
5 Drapeau des États-Unis États-Unis 49,7 0,8 50,5 Canada, Mexique
6 Drapeau de l'Algérie Algérie 25,0 16,2 41,2 Europe, Afrique, Asie
7 Drapeau des Pays-Bas Pays-Bas 40,6 40,6 Allemagne, Italie, France, etc
8 Drapeau de l'Australie Australie 39,8 39,8 Japon, Chine
9 Drapeau du Turkménistan Turkménistan 38,1 38,1 Chine, Iran, Russie
10 Drapeau de la Malaisie Malaisie 34,2 34,2 Japon, Corée du Sud, Chine, Taiwan
11 Drapeau de l'Indonésie Indonésie 10,5 21,9 31,2 Japon, Corée du Sud, Singapour, Chine

NB : il s'agit d'exportations brutes, c'est-à-dire que le volume des importations n'en est pas déduit. Par exemple, le Canada a exporté 74,3 Gm3 aux États-Unis, mais a aussi importé 19,8 Gm3 de ce pays. De même entre le Royaume-Uni et les Pays-Bas.

Économie du gaz en Chine[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Énergie en Chine#Gaz naturel.

La Chine a lancé une réforme pour que le prix du gaz soit calculé sur indexés sur les prix des énergies concurrentes formés par les forces du marché, plutôt que sur les coûts de production, comme c'était le cas auparavant[22].

Économie du gaz en Europe[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Énergie en Europe.

En 2013 l'Union européenne a consommé un total de 387 Mtep de gaz naturel, soit 23,2 % de l'énergie primaire consommée par l'Union européenne[23]. Après une baisse de 5 % en 2013, le volume total de gaz échangé dans les hubs européens a augmenté de 25 % en 2014, atteignant plus de 40 000 TWh, un nouveau record[24].

Le gaz de Slochteren (gaz L) y fut utilisé massivement à partir de sa découverte en 1959. Par la suite, la découverte et l'exploitation des gisements au Royaume-Uni et en Norvège et l'arrivée de fournisseurs hors de l'espace économique européen (Russie principalement), l'utilisation de GNL et les restrictions dans les années 1970 d'exportation du gaz L aux Pays-Bas ont entraîné la baisse de l'importance du gaz L en Europe[25].

Sous l'égide de la Commission (CE), un Forum européen de régulation du gaz (dit « Forum de Madrid ») se réunit deux fois l'an depuis sa création (1999). Des représentants des autorités nationales de régulation, des gouvernements, de la Commission européenne, les gestionnaires de réseau de transport du gaz, des vendeurs et négociants de gaz, des consommateurs et des utilisateurs du réseau gazier et des marchés d'échange de gaz y discutent de la mise en place d'un marché intérieur du gaz. En 2013, ils négocient la tarification des échanges transfrontaliers, la gestion des « faibles capacités d'interconnexion » et d'autres verrous techniques ou commerciaux faisant obstacle au marché intérieur gazier. En 1013, un règlement impose comme priorité le développement de l'interconnexion transfrontalière des réseaux énergétiques (gaz, pétrole, électricité).

Le lobby industriel gazier est notamment représenté dans le Forum de Madrid par l'association Eurogas. Elle défend les intérêts des principaux industriels et associations de l'industrie gazière européenne. Présidée par Jean-François Cirelli, vice-président de GDF Suez, elle est aussi présent dans le « Gas Coordination Group », et le « Citizens Energy Forum » et d'autres groupes d'intérêts.

En 2013, selon une étude d'Eurogas, la part du gaz russe dans la consommation des 28 pays de l'Union européenne a atteint 27 %, contre 23 % en 2012 ; la consommation de gaz de l'UE a pourtant reculé, pour la troisième année de suite, baissant de 1,4 % à 462 milliards de mètres cubes, après des baisses de 10 % et 2 % en 2011 et 2012 ; la production de gaz sur le territoire de l'Union européenne a connu un déclin de 1 % à 156 milliards de mètres cubes mais reste la première source (33 % de la consommation, comme en 2012) de l'UE ; la Norvège a elle aussi légèrement augmenté sa part (23 % contre 22 % en 2012), tandis que le troisième fournisseur, l'Algérie, a vu sa part baisser de 9 à 8 % ; le Qatar, qui envoie du gaz sous sa forme liquéfiée (GNL), n'a représenté que 4 % l'an passé, contre 6 % en 2012, alors que le GNL trouve des débouchés plus rémunérateurs en Asie ; la part de la Russie remonte à environ 40 % des importations de l'UE, alors que la tendance était plutôt à un déclin au cours de la dernière décennie ; le déclin de la demande de gaz dans la production d'électricité peut être partiellement attribué à la concurrence des énergies renouvelables subventionnées, mais aussi aux bas prix du charbon ; en 2012, le gaz a représenté 23,1 % de la consommation d'énergie primaire dans l'UE[26].

La consommation de gaz naturel en Europe devrait baisser de 11 % en 2014 ; ni la crise de 2009, ni l’année noire 2011 n’avaient provoqué une telle débâcle  : la consommation avait alors respectivement reculé de 7,2  % et de 9,5  %, sans toutefois se redresser ensuite  : la baisse a été de 3,7  % en 2012 et de 1,3  % en 2013. La douceur du climat explique une grande partie de cette chute, car elle pèse sur les besoins en chauffage des Européens : au premier semestre, le recul s’est élevé à 18 % ; cet effet climat est venu s’ajouter à la baisse de la consommation des industriels liée au ralentissement économique et à la moindre utilisation du gaz pour la production d’électricité, où il est concurrencé par les énergies renouvelables et un charbon meilleur marché. Selon GDF Suez, les énergéticiens européens ont fermé 70 gigawatts de capacités de centrales à gaz ces dernières années[27].

Gazprom, principal fournisseur de gaz de l'Union européenne, a annoncé à ses clients qu'ils devront aller chercher leur gaz à leurs frais en Turquie, appelée à remplacer l'Ukraine comme zone de transit après l'abandon par la Russie du projet de gazoduc South Stream. Or GDF Suez, ENI, E.ON et autres gaziers européens disposent de contrats de long terme prévoyant que Gazprom leur livre du gaz en des points précis, et non à la frontière gréco-turque. Gazprom devrait alors payer des pénalités énormes. Les pays européens sont diversement concernés par ce bras de fer : le Royaume-Uni, la Belgique et les Pays-Bas n'achètent pas de gaz russe, la Pologne et l'Allemagne sont approvisionnés via le Belarus ; mais l'Autriche, la Slovaquie, la République tchèque, tous les pays du sud et du sud-est de l'Europe, ainsi que des clients italiens ou français, sont concernés[28].

Économie du gaz en Belgique[modifier | modifier le code]

Deux types de gaz sont fournis sur le marché belge: le gaz riche ou gaz H (gaz issus du Royaume-Uni, de Norvège et de Russie ainsi que le GNL), et le gaz L (gaz de Slochteren). Le gaz H a un PCS de 11,630 kWh/Nm³, le gaz L a un PCS de 9,769 kWh/Nm³. Cette différence de pouvoir calorifique nécessite un acheminement du gaz H et du gaz L par des réseaux de canalisation différents et divise les utilisateurs belges en consommateur de gaz L et consommateur de gaz H. L'organisation du marché du gaz est dévolue au CREG, Commission de régulation de l'électricité et du gaz[25].

Infrastructures gazières[modifier | modifier le code]

Stockage à Bruges, Anvers (Wuustwezel) et Anderlues[25].

Stations de compression à Poppel, Winksele, Berneau et Sinsin[25].

Réseau de transport[modifier | modifier le code]

Le gestionnaire de réseau de transport est Fluxys (GDF Suez)[29]

Réseau de distribution[modifier | modifier le code]

Le gestionnaire de réseau de distribution est Distrigaz (Ente nazionale idrocarburi)

Économie du gaz en France[modifier | modifier le code]

Infrastructures gazières[modifier | modifier le code]

Les infrastructures comprennent[30] :

  • les réseaux de transport ;
  • les réseaux de distribution ;
  • les sites de stockage ;
  • les terminaux méthaniers.

Les terminaux méthaniers sont au nombre de trois : Fos-Tonkin, Fos-Cavaou et Montoir-de-Bretagne (près de Saint-Nazaire). Trois autres projets sont en cours de développement à Dunkerque, Antifer et Fos-Faster.

Les gazoducs internationaux et les terminaux méthaniers sont reliés, au niveau des frontières et des ports (la France importe 98 % du gaz naturel qu'elle consomme) au réseau de transport principal, qui se subdivise en un réseau de transport régional.

Alors que le réseau de transport d'électricité est géré en France par un seul opérateur, RTE, les échanges de gaz sont organisés autour de trois zones d'équilibrage du réseau de transport. Les expéditeurs peuvent faire circuler leur gaz librement à l'intérieur d'une zone d'équilibre, en payant uniquement à l’entrée et à la sortie :

  • la zone nord, au nord d'une ligne allant de la Vendée au Doubs, est gérée par GRTgaz ;
  • la zone sud, qui comprend le centre-ouest, le Massif central et un grand quart sud-est, relève également de GRTgaz ;
  • la zone sud-ouest est opérée par TIGF.

Le réseau de distribution achemine le gaz depuis les grandes infrastructures du réseau de transport jusqu'aux consommateurs. Vingt-cinq entreprises de distribution de gaz assurent ce service. GrDF assure la distribution de 96 % du marché. S'y ajoutent vingt-deux entreprises locales de distribution et deux « nouveaux entrants ».

Storengy, filiale de GDF Suez, et TIGF, filiale de Total, possèdent des installations de stockage de gaz répartis dans les différentes zones d'équilibre.

Les marchés de gros[modifier | modifier le code]

Les opérateurs achètent du gaz sur les marchés de gros[31] :

  • soit au gré à gré, via des contrats de long terme qui permettent de garantir les approvisionnements. Le producteur s'engage à livrer des quantités de gaz que le client s'engage à acheter ;
  • soit via un marché intermédié. Des plateformes de négociations, telles que Powernext, permettent d'échanger des contrats spot de court terme ou des contrats de plus long terme.

Le prix de gros du gaz est fixé sur les cours des produits pétroliers, avec en général trois à six mois de décalage.

Le marché de détail et le prix du gaz[modifier | modifier le code]

Les clients en France peuvent choisir entre un tarif réglementé ou un prix de marché[32].

Au 30 septembre 2014, le nombre de consommateurs restés au tarif réglementé était de 7,39 millions contre 9,5 millions en 2010 ; sur les 3,2 millions de particuliers ayant abandonné le tarif réglementé, près de 90 % ont opté pour des offres à prix fixes, en particulier celles d'EDF (1 millions de clients gaz), de GDF Suez lui-même (1,5 millions) et de Lampiris (109 000 clients) qui a remporté en janvier 2015 l’appel d’offres d’UFC Que choisir  pour un achat groupé qui permettra aux souscripteurs de bénéficier pendant un an d’un tarif fixe égal au tarif réglementé de vente de janvier 2015 décoté de 13 % ; ENI et Direct Energie proposent aussi des tarifs indexés sur le tarif réglementé, avec un rabais entre – 10 et – 1 %, mais la formule à prix fixes a été choisie par 80 % des 400 000 clients d'ENI et 10 % des 300 000 clients de Direct Energie[33].

Sur les quelque 10,6 millions d’abonnés particuliers au gaz à fin septembre 2014, le fournisseur historique GDF Suez, seul habilité à proposer le tarif réglementé, en capte encore 8,9 millions (soit 84 %), qu’ils soient au tarif réglementé ou en offre de marché. EDF s’arroge la première place des fournisseurs « alternatifs », avec 9,5 % des parts de marché du nombre total de sites, et 60 % des parts de marché des fournisseurs alternatifs. En volume, la part de marché d’EDF est de 8 % (10 TWh sur 125 TWh)[34].

Les tarifs réglementés de vente de gaz doivent en principe couvrir les coûts de fourniture des opérateurs (loi du 3 janvier 2003[35]). Ces tarifs sont fixés par les ministres chargés de l’économie et de l’énergie, sur avis de la CRE.

Le tarif réglementé comme le prix de marché pour le particulier s'analyse comme la somme :

  • du tarif d'utilisation des réseaux, fixé par le gouvernement sur proposition de la Commission de régulation de l'énergie (CRE) ;
  • du coût d'utilisation des stockages, fixé par l'opérateur ;
  • et du tarif de fourniture.

L'Autorité de la concurrence a rendu le 18/04/2013 un avis préconisant la suppression progressive des tarifs réglementés du gaz, en commençant par les consommateurs industriels ; elle considère que ces tarifs constituent le principal facteur de dysfonctionnement du marché de la fourniture de gaz, qu’ils dissuadent les fournisseurs alternatifs de pénétrer le marché pour faire concurrence à GDF et EDF, alors même que ces nouveaux entrants pourraient stimuler la concurrence en promouvant des offres de marché moins chères que les tarifs réglementés[36],[37]

La formule de calcul des tarifs réglementés a été modifiée par la CRE durant l'été 2014 : la part d'indexation sur les prix du marché de gros a été portée de 45,8 % à 60 %[38].

Au 1er janvier 2015, les tarifs réglementés ont été supprimés pour les professionnels abonnés au gaz dont la consommation annuelle est supérieure à 200 MWh ; ils devaient avoir d'ici là souscrit à une offre de marché ; 40 000 sites sont concernés : acteurs publics (hôpitaux, écoles, maisons de retraite, etc) mais aussi des milliers de petites entreprises, ou des grosses copropriétés. Depuis la promulgation de la loi sur la consommation du 18 mars 2014, qui a fixé cette échéance cruciale pour l’ouverture des marchés de l’énergie, 20 000 sites ont déjà basculé sur les offres de marché. Au 1er janvier 2016, les tarifs réglementés seront supprimés pour les 105 000 professionnels dont la consommation dépasse 30 MWh par an[39]. Au 23 décembre 2014, 26 000 sites n'avaient pas souscrit à une offre de marché ; ils ont basculé automatiquement vers une offre de marché transitoire de six mois par l'opérateur historique, dont les prix seraient en moyenne supérieurs de 3 % aux ex-tarifs réglementés. Les fournisseurs alternatifs de gaz ont été débordés par les demandes, en particulier les appels d'offres des consommateurs publics ; par ailleurs, la plupart des offres sont à prix fixes, ce qui est illégal pour les entités publiques[40].

Les tarifs réglementés du gaz baissent de 3,5 % au 1er mars 2015 ; ils sont en effet indexés à 40 % sur les cours du pétrole, qui ont chuté de 60 % entre juin et décembre 2014 ; la formule de calcul des tarifs du gaz répercute l'évolution des cours du brut avec six à huit mois de retard ; de ce fait, les tarifs du gaz devraient reculer de 8 à 9 % entre janvier 2015 et juillet 2015. En 2014, le tarif réglementé avait perdu environ 7 % jusqu'en septembre, puis avait rebondi à compter du 1er octobre pour terminer à -2,1 % sur l'année ; ce rebond était lié à l'évolution des prix du marché de gros du gaz, qui pèse pour 60 % dans la formule de calcul des tarifs ; or les prix du marché augmentent en hiver du fait de la demande pour le chauffage. La baisse des tarifs depuis le début 2014 a permis au gouvernement d'introduire la taxe carbone en avril 2014 et de l'augmenter au 1er janvier 2015 (+1,8 % sur le prix total)[41].

La Commission de régulation de l'énergie a proposé en mai 2015 de porter la part du prix du marché dans la formule d'indexation des tarifs réglementés à un niveau compris entre 70 % et 80 %, contre 59,8 % actuellement, modification qui reflète l'évolution des conditions d'approvisionnement d'Engie. Par ailleurs, l’évolution du coût des infrastructures à prendre en compte au 1er juillet devrait entraîner une hausse en moyenne de 2,3 % des tarifs réglementés[42].

Utilisation[modifier | modifier le code]

Le gaz naturel est l'un des combustibles fossiles les moins polluants. En théorie, si sa combustion était parfaite et complète, il n'émettrait que de l'eau et du dioxyde de carbone selon la réaction : CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.

S'il ne produit jamais de suies (particules de 10 à 100 nm), une étude publiée en 2008[43] montre qu'un brûleur normal de chauffe-eau au gaz ou de gazinière produit des particules ultrafines ou des nanoparticules (de 1 à 10 nanomètres de diamètre). Dans une chaudière à condensation, leur taux est plus bas (0,1 mg·Nm-3 ou milligramme par normo-mètre cube) grâce à une combustion optimisée, mais un brûleur normal de gazinière engendre des taux particulaires bien plus élevés (5 mg·Nm-3) ainsi d'ailleurs qu'une « quantité significative » d’hydrocarbures aromatiques polycycliques qui pourraient peut-être interagir avec ces nanoparticules.

Bilan carbone de systèmes de chauffage actuels
Bilan des émissions de gaz à effet de serre (en équivalent CO2) de systèmes de chauffage actuels en Suisse.
Émissions directes. Autres émissions = émissions sur la chaîne de production[44]
Émissions de particules PM10 et d'oxydes d'azote (NOx) de systèmes de chauffage actuels
Émissions de PM10 et de NOx (NO + NO2) de systèmes de chauffage actuels en Suisse.
Pour réduire les émissions du bois énergie, l'institut Paul Scherrer préconise sa conversion en gaz naturel de synthèse.

Comme tous les combustibles fossiles, sa combustion rejette du dioxyde de carbone : 56,9 kgCO2eq par gigajoule PCI de chaleur produite (contre 73,8 pour le fioul domestique et 96 pour le charbon) ; par rapport au charbon et au pétrole, les émissions sur le cycle complet « du puits au brûleur » et pas seulement celles résultant de l'usage final du combustible sont également moindres : 67,7 kgCO2eq/GJ, contre 89,9 pour le fioul domestique et 105 pour le charbon ; l'extraction et le traitement du gaz naturel consomment moins d'énergie que pour le fioul, mais plus que pour le charbon : 10,8 kgCO2eq/GJ contre 16,1 pour le fioul domestique et 8,85 pour le charbon[45].

Mais le gaz naturel est responsable, de son extraction à sa combustion en passant par son transport, d'importantes émissions de méthane, principal constituant du gaz naturel ; or le potentiel de réchauffement global du méthane est 25 fois plus élevé que celui du CO2[46].

L'utilisation du gaz naturel ne produit pas de poussières, presque pas d'oxydes d'azote (NOx) et ne laisse pas de cendres, et quasiment aucune pollution locale par les oxydes de soufre[réf. nécessaire], la désulfuration étant effectuée en amont, au niveau de l'usine de traitement du gaz naturel. Cela a une conséquence économique directe par rapport aux autres énergies fossiles : une installation (centrale électrique, chaufferie, cimenterie ou autre) brûlant du charbon a besoin de dispositifs de dépollution pour extraire le soufre, les NOx et les poussières des fumées. Avec le gaz naturel, ces appareillages sont inutiles, d'où une économie importante.

Brûleur de 300 kW compact pour le chauffage d'une étuve industrielle

C'est une source d'énergie de plus en plus utilisée par l'industrie pour produire de la chaleur (chauffage, fours…) et de l'électricité, éventuellement en cogénération ou tri-génération. En 2012, au niveau mondial, 22,5 % de l'électricité était produite à partir de gaz naturel, contre 12,1 % en 1973[21]. Chez les particuliers, le gaz naturel est utilisé pour le chauffage, l'eau chaude et la cuisson des aliments. Enfin, depuis quelques années, le gaz naturel comprimé en bouteilles est utilisé dans de nombreux pays comme carburant pour les véhicules (GNV).

En 2015, globalement, l'usage du gaz naturel est en expansion, la plupart des pays favorisant son usage accru partout où il peut se substituer au pétrole : la consommation mondiale de gaz naturel a progressé de 1,7 % en 2015 et de 25 % entre 2005 et 2015[19]. Il présente en effet plusieurs avantages en comparaison avec ce dernier : moins cher en général, moins polluant, il permet également une diversification des approvisionnements énergétiques des pays importateurs (géopolitique), même si la crise entre l'Ukraine et la Russie au début de l'année 2006 montre que ce n'est pas la solution miracle. Dans certains pays, comme la Russie ou l'Argentine, l'usage du gaz naturel a même dépassé celui du pétrole.

Le gaz naturel est devenu une industrie globale, ce qui tranche singulièrement avec l'époque (jusqu'aux années 1950, bien plus tard dans certains pays), où il était avant tout perçu comme un coproduit (gaz associé) encombrant et dangereux des puits de pétrole (cf Torchage et rejet de gaz naturel).

Le gaz naturel est aujourd'hui la matière première d'une bonne partie de l'industrie chimique et pétrochimique : à la quasi-totalité de la production d'hydrogène, de méthanol et d'ammoniac, trois produits de base, qui à leur tour servent dans diverses industries :

Ci-après est présentée la chimie du méthane dans l'industrie pétrochimique :

Ttd-paris-chimie-methane.jpg

Utilisation carburant du gaz naturel[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Gaz naturel pour véhicules.

En 2015, 22,4 millions de véhicules au gaz naturel roulent dans le monde, en particulier en Iran (4,1 millions), en Chine (4 millions), au Pakistan (3,7 millions), en Argentine (2,5 millions), au Brésil (1,8 millions), en Inde (1,8 millions) et en Italie (0,89 millions)[47].

Le gaz naturel est utilisé comme carburant par les véhicules routiers sous forme comprimée à 200 bars (GNC) ou liquéfiée à −163 °C (GNL). Le biogaz, issu de la valorisation des déchets organiques par méthanisation, est également utilisé comme carburant (biométhane carburant) sous forme comprimée ou liquéfiée. Le biogaz est équivalent au gaz naturel. La combustion du gaz naturel et du biogaz est chimiquement beaucoup plus propre que celle des carburants classiques (CO2 : -25 % vs l’essence, pas de particules, oxydes d’azote : -80 %)[réf. nécessaire] et les moteurs fonctionnant au GNV sont deux fois plus silencieux[réf. nécessaire]. Ainsi, en Europe, la gamme des véhicules roulant au GNV couvre les véhicules légers, les utilitaires légers, les engins spéciaux et de propreté, les camions, les bus et les bennes à ordures ménagères. L’autonomie des véhicules équipés de motorisations au gaz naturel s’étend de 300 km pour les véhicules légers au GNC à 1 000 km pour les poids lourds au GNL.

Pouvoir calorifique[modifier | modifier le code]

Le pouvoir calorifique d'un combustible est la quantité de chaleur exprimée en kWh ou MJ, qui serait dégagée par la combustion complète de un (1) mètre cube normal (m³(n)) de gaz sec dans l'air à une pression absolue constante et égale à 1,01325 bar, le gaz et l'air étant à une température initiale de 0  °C (zéro degré Celsius), tous les produits de combustion étant ramenés à 0  °C et une pression de 1,01325 bar.

Le pouvoir calorifique du gaz naturel s'exprime en MJ ou kWh par mètre cube normal.

On distingue deux pouvoirs calorifiques :

PCS = PCI + Chaleur latente de condensation (ou de vaporisation) de l'eau

  • PCS = pouvoir calorifique supérieur
    C'est la quantité de chaleur exprimée en kWh ou MJ, qui serait dégagée par la combustion complète de un (1) mètre cube normal de gaz. La vapeur d'eau formée pendant la combustion étant ramenée à l'état liquide et les autres produits de combustion étant à l'état gazeux.
  • PCI = pouvoir calorifique inférieur
    Il se calcule en déduisant du PCS la chaleur de vaporisation (2 511 kJ/kg) de l'eau formée au cours de la combustion et éventuellement de l'eau contenue dans le combustible.
  • Chaleur latente de condensation (ou de vaporisation)
    La combustion d'un hydrocarbure génère, entre autres, de l'eau à l'état de vapeur. Pour la vaporisation de 1 kg d'eau, 2 511 kJ de chaleur sont nécessaires. Cette énergie est perdue lorsque la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion est évacuée avec ceux-ci par la cheminée, à moins de la récupérer, comme dans les chaudières à condensation, en condensant la vapeur d'eau contenue dans les gaz de combustion en les refroidissant par un échangeur de chaleur où circule l'eau froide : l'eau froide entrante récupère d'abord les calories de la vapeur qui s'est condensée avant d'être chauffée « pour de bon » dans le brûleur, et l'eau de combustion condensée est évacuée par un drain.

La récupération de chaleur de condensation est particulièrement judicieuse pour le gaz naturel, qui contient principalement du méthane, CH4, gaz qui a la plus grande proportion d'atomes d'hydrogène par molécule (4 H pour un C). Cet hydrogène se combine avec l'oxygène au cours de la combustion pour produire de la chaleur et de l'eau, immédiatement vaporisée et mélangée avec les autres produits de combustion (essentiellement du CO2). Ce fort contenu hydrogène dans le gaz naturel conduit une part non négligeable (environ 10 %) de l'énergie libérée lors de la combustion à être absorbée par la vaporisation de l'eau. Ces 10 % absorbés sont en grande partie restitués dans les chaudières à condensation.

Rapport PCI/PCS pour le gaz naturel : environ 0,9028 (3,25/3,6)

Pour le gaz naturel, on distingue :

  • les gaz « type B » (ou « type L »)
    distribués dans le Nord de la France. Ils ont un pouvoir calorifique supérieur compris entre 9,5 et 10,5 kWh/m³(n). C'est essentiellement le cas du gaz de Groningue (en provenance des Pays-Bas). Ce gaz se distingue par sa teneur élevée en azote.
  • les gaz « type H »
    distribués sur le reste du territoire français. Ils ont un pouvoir calorifique supérieur compris entre 10,7 et 12,8 kWh/m³(n).

Pour la plupart des appareils domestiques, ces deux types de gaz sont interchangeables, certains appareils nécessiteront cependant un réglage.

Enjeux géopolitiques[modifier | modifier le code]

Pays classés par volume de gaz extrait (m3/an).
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Le gaz naturel, jusque dans les années 1970, présentait peu d'intérêt pour des raisons pratiques : difficile à transporter, moins énergétique que le charbon ou le fioul pour un même volume, dangereux à manipuler, il était souvent brûlé à la torche.

À partir des deux chocs pétroliers, le commerce du gaz naturel a pris de l'ampleur, mais la valorisation du gaz naturel, pour un même contenu énergétique, est toujours très inférieure à celle du pétrole[pourquoi ?]. Les sites de grande taille, et à proximité d'un port, sont plus facilement rentables. La géopolitique du gaz naturel commence à présenter des points communs[Lesquels ?] avec la géopolitique du pétrole, mais toujours avec des différences importantes[Lesquelles ?] ; en particulier, le gaz naturel fait souvent l'objet de contrats à long terme pour financer les gazoducs ou les stations de liquéfaction, nécessaires à ce commerce. Ce mode de fonctionnement commercial rend le marché peu dynamique et concerne un petit nombre[Combien ?] d'acteurs[Lesquels ?], ne facilitant pas[pourquoi ?] son développement.

La dépendance de l'Europe au gaz russe pose un problème stratégique depuis les crises ukrainiennes répétées. En 2013, selon une étude d'Eurogas, la part du gaz russe dans la consommation des 28 pays de l'Union européenne a atteint 27 %, contre 23 % en 2012 ; la consommation de gaz de l'UE a pourtant reculé, pour la troisième année de suite, baissant de 1,4 %, après des baisses de 10 % et 2 % en 2011 et 2012 ; la production de gaz sur le territoire de l'Union européenne a connu un déclin de 1 % mais reste la première source (33 % de la consommation, comme en 2012) ; la Norvège a légèrement augmenté sa part (23 % contre 22 % en 2012) ; la part de la Russie remonte à environ 40 % des importations de l'UE, alors que la tendance était plutôt à un déclin au cours de la dernière décennie[26].

La combustion du gaz naturel génère moins d'émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère que l'équivalent charbon ou fioul lourd, mais les émissions de méthane (dont le potentiel de réchauffement global est 25 fois plus élevé que celui du CO2) à chaque stade du cycle du gaz naturel compensent en partie cet avantage.

Risques liés au gaz naturel[modifier | modifier le code]

Risques pour le grand public[modifier | modifier le code]

Les principaux dangers directs sont l'explosion, l'incendie. Les produits de combustion du méthane sont dangereux pour la santé (risque d'asphyxie en atmosphère confinée ou en cas de mauvaise combustion) :

  • inflammation : le méthane peut s'auto-enflammer en présence d'air, d'autres oxydants et d'une source de chaleur. Sa limite inférieure d'inflammabilité est de 5 % et sa limite supérieure d'inflammabilité est de 15 %.
  • explosion d'un mélange air/gaz :
    • en milieu non confiné, ce gaz ne détone pas et son inflammation conduit à de faibles surpressions ;
    • en milieu confiné, il peut exploser (en cas d'inflammation d'un mélange air/gaz s’il y a suffisamment de gaz dans le mélange).
  • Décompression : La libération brutale de gaz comprimé à haute-pression peut s'accompagner d'un effet local de congélation et de projections violentes d'objets (éclats métalliques, terre, pierres...).
  • anoxie/asphyxie
    • en milieu libre ce gaz plus léger que l'air s'élève rapidement et se disperse sans créer de nappe gazeuse au sol ni dans l'air ;
    • en milieu confiné le gaz naturel est un gaz asphyxiant (par privation d'oxygène) ;
  • intoxication ; en cas de combustion incomplète en milieu confiné ou en milieu appauvri en oxygène (défaut d'air de combustion ou ventilation insuffisante), il y a production de monoxyde de carbone (toxique à de très faibles concentrations) ;
  • particules : Ce gaz n'étant pas livré pur à 100 %, et les systèmes de combustion étant imparfaits, sa combustion est source de microparticules et nanoparticules[43] dont les effets sur la santé sont encore mal appréhendés.

Risque industriel[modifier | modifier le code]

Il concerne surtout l'amont de la filière (du puits au client final) et les gros clients industriels.
Les principaux dangers du gaz naturel sont liés au fait qu'il est extrait, véhiculé et fourni sous pression, qu'il est inflammable et explosif. L’exploitation offshore ou terrestre de gaz profonds (à plus de 4 ou 5 km de profondeur), chauds (190 °C à plus de 200 °C), très corrosifs et sous très haute pression est sources de risques nouveaux, comme l'a montré l'accident d'Elgin.

Risques pour les écosystèmes[modifier | modifier le code]

Ils peuvent s'exprimer tout au long de la filière (de l'accident de forage à la contribution du gaz naturel à l'effet de serre).

Les gisements les plus accessibles étant en cours d'épuisement, les industriels gaziers doivent forer plus profondément et exploiter des gaz « non-conventionnels » souvent plus sales, acides, corrosifs et toxiques. Les industriels ont ainsi à traiter et gérer une quantité croissante de soufre (sous forme de H2S principalement), ce qu'ils ont appris à faire en France dès les années 1950 avec le gisement de Lacq dans le Sud-Ouest de la France (16 % d'hydrogène sulfuré et 10 % de CO2[48], deux gaz acidifiants et très toxiques pour le H2S). Ils sont de plus en plus confrontés à la présence de mercure et de sulfure de plomb et/ou de sulfure de zinc, sources de risques de colmatage par entartrage minéral dans le puits, les vannes de sécurité ou la tête de puits[49]. On parle maintenant de « gaz ultra-acides » (Sour and Acid Gas[48] pour les anglophones), par exemple pour le gaz d'Elgin-Franklin en mer du Nord. 40 % du gaz des réserves mondiales connues en 2005 et susceptibles d'être exploitées (plus de 2 600 billions de pieds cubes) sont acides ou ultra-acides et riches en H2S[50]. Dans ces réserves, plus de 350 milliards de pieds cubes contiennent plus de 10 % de H2S[50]. Outre des risques de corrosion exacerbés pour l'infrastructure extractive, ce caractère acido-toxique est a priori source d'un risque environnemental supplémentaire en cas d'accident ou de fuites chroniques.

La fracturation hydraulique consomme de grandes quantités d'eau et utilise des additifs chimiques souvent toxiques. Le torchage et les fuites ont, en outre, des effets directs et indirects sur le climat et l'acidification des milieux (voir ci-dessous).

Risques pour le climat régional et planétaire[modifier | modifier le code]

L'Agence internationale de l'énergie évalue les émissions mondiales de CO2 dues au gaz naturel à 6 380,6 Mt (millions de tonnes) en 2013, contre 2 044 Mt en 1971 et 3 971 Mt en 1990 ; la progression depuis 1990 est donc de 73,5 % ; ces émissions représentent 20 % des émissions dues à l'énergie en 2013, contre 46 % pour le charbon et 34 % pour le pétrole[51].

Le torchage est une émission directe et volontaire de gaz à effet de serre (sous forme de gaz carbonique [CO2] principalement).

Le secteur gazier génère en outre des émissions de méthane (CH4) et d'autres polluants durant le forage, l'exploitation du gisement, le stockage, la compression, le transport et la distribution du gaz. Les techniques modernes de fracturation hydraulique augmentent le risque et le niveau de fuites ou de perte lors des forages et des incertitudes existent quant à la fiabilité à moyen ou long terme du colmatage des puits en fin de production, notamment en zone sismiquement active.

En termes d'émissions à la combustion le gaz naturel "classique" semble intéressant : 239 gCO2e par kWh (à comparer au charbon qui émet 346 gCO2e par kWh)[52]. Cependant, le gaz de schiste a des émissions indirectes largement supérieures car la technique de fragmentation hydraulique utilisée pour son extraction entraine des fuites de méthane d'au moins 4 % de la production du gisement ; ce qui rend le gaz de schiste aussi émissif que le charbon[53].

Le gaz naturel a longtemps été présenté comme un combustible moins nuisible pour le climat que le charbon et les produits pétroliers. C'est en partie vrai, car il émet par unité de masse moins de gaz à effet de serre que les autres combustibles fossiles lorsqu'il est brûlé. Une centrale au gaz émet effectivement ~ 57 % moins de CO2 par kilowatt-heure (kWh) qu'une centrale au charbon, et est en moyenne 20 % plus efficace pour convertir l'énergie du combustible en électricité qu'avec du charbon[54], le remplacement du charbon par le gaz a donc d'abord été présenté comme un pont vers un secteur de l'énergie décarboné[55].

Cette assertion tend cependant à être nuancée voire contredite, notamment depuis les années 1980, quand les études ont commencé à prendre en compte les effets indirects et connexes de l'exploitation des sources de méthanes fossiles[56], du cas particulier (qui tend à devenir le cas général) des gaz non-conventionnels[57] ainsi que les effets indirects d'un prix moins cher de l'énergie-gaz, devenue provisoirement abondante grâce à la fracturation hydraulique[58],[59].

Des études récentes remettent en cause l'intérêt climatique du gaz naturel géologique, si la hausse de sa production devait se poursuivre. Le gaz de schistes, de couche et les gaz profonds sont en effet plus difficiles à collecter sans fuites de gaz vers l'atmosphère, la mer ou les nappes[60],[61],[62] ou sans consommation importante d'eau et d'énergie. Et un bas prix incite au gaspillage et à consommation croissante de gaz (encouragée aux États-Unis par une réglementation imposant le passage du charbon au gaz, et non à des alternatives encore plus propres). Le bilan carbone global du gaz de schiste apparait parfois pire que celui du charbon[63] et les fuites de gaz induites par la fracturation et les fuites dans les réseaux contribuent au changement climatique[64].

Une étude[65] publiée en septembre 2014 a confirmé[66] que l'utilisation croissante de gaz naturel pourrait en outre significativement retarder le déploiement de sources d'énergie propres, sûres et renouvelables qui permettraient une économie réellement décarbonée.

Une étude publiée dans la Revue Nature en 2014 dresse un constat global et conclut que le gaz naturel ne va pas aider à réduire le changement climatique, mais au contraire augmenter la pollution par les gaz à effet de serre de près de 11 %[67]. On a constaté une importante baisse du prix du gaz aux USA à partir de 2011 à cause de l'exploitation de gaz profonds et du gaz de schiste ; cette étude, en se basant sur divers modèles disponibles de réduction des effet de gaz naturel sur l'atmosphère, a conclu que cette baisse des coûts du gaz pourrait freiner le processus de décarbonation de l'économie et conduire à une augmentation de la consommation avec une légère hausse globale des émissions de gaz à effet de serre d'ici à 2050, rapporte le National Journal[68].

Les pays producteurs ne sont pas seuls à être impactés ou responsables, en raison des exportations de gaz vers l'étranger[69].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Dans des conditions normales (0 °C et 760 mmHg), 1 m3 de gaz naturel a un pouvoir calorifique supérieur (PCS) de 8 à 10 thermies suivant son origine (soit 33 à 42 MJ). Pour le gaz de Lacq, dont le gisement est maintenant épuisé, ce PCS était de 9,6 thermies (40 MJ).
  2. Le point critique du méthane est caractérisé par une pression de 45,96 bar et une température de −82,7 °C. Pour liquéfier le gaz naturel, dont le point critique est proche de celui du méthane, il faut fournir une température inférieure à cette température.
  3. Pour le transport du gaz naturel sous forme liquide à la pression atmosphérique (GNL), il faut maintenir dans les cuves une température de -162 °C.

Références[modifier | modifier le code]

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  4. Biogaz issus de déchets alimentaires pour cogénération / CHP
  5. Méthane de gaz de charbon
  6. (en)Results of Health Survey of Current and Former DISH/Clark, Texas Residents, OWNI, décembre 2009.
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  18. Jacques Percebois, « Pourquoi les Matières premières sont-elles devenues un enjeu stratégique ? », dans Le téléphone sonne, 12 décembre 2011
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  44. Voir ([PDF]) : la version en anglais de l'original en allemand (p. 3) et la légende de ce tableau pour « Autres émissions ».
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  47. (en)Worldwide NGV statistics, NGVJournal (Journal du véhicule à gaz naturel).
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  49. K. Orski, B. Grimbert, C. Menezes & E. Quin (2007), Fighting Lead and Zinc Sulphide Scales on a North Sea HP/HT Field ; Total E&P UK Ltd. ; European Formation Damage Conference, 30 mai-1erjuin 2007, Scheveningen, Pays-Bas ; ISBN 978-1-55563-160-4 Society of Petroleum Engineer (résumé)
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Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Restrictions à l'utilisation de crédits internationaux pour des projets relatifs aux gaz industriels - 08/06/2011 - Règlement (UE) no 550/2011 de la Commission du 7 juin 2011 établissant, conformément à la directive 2003/87/CE du Parlement européen et du Conseil, certaines restrictions applicables à l’utilisation de crédits internationaux résultant de projets relatifs aux gaz industriels (JOUE L146, 08-06-2011, p. 1)