Stockage de gaz naturel (©Engie)
Définition et types de gaz naturel
Le gaz naturel est un combustible fossile présent naturellement sous forme gazeuse dans les roches poreuses du sous-sol.
Formation
Il est généré à partir de la sédimentation de matière organique vieille de plusieurs millions d’années. Le plus souvent, la matière organique enfouie dans le sous-sol se transforme d’abord en kérogène, sous l’effet de la pression et de la température. Lorsque la température augmente (entre 50 et 120°C), le kérogène se décompose. Appelée pyrolyse, cette décomposition thermique expulse deux hydrocarbures : le gaz naturel et le pétrole qui constituent, dans une roche imperméable, un gisement. Entre 1,5 et 3 km de profondeur, le gaz et le pétrole sont présents dans les mêmes gisements.
Le gaz naturel peut être de diverses natures : il est dit thermogénique lorsqu’il provient de la transformation de matière organique sous l’effet de la pression et de la chaleur et il est dit biogénique lorsqu’il est généré à partir de la fermentation de bactéries présentes dans les sédiments organiques.
Le gaz est naturellement inodore mais depuis un accident meurtrier en 1937 aux Etats-Unis, un odorisant chimique est ajouté afin de le détecter en cas de fuite.
Composition chimique
Une fois débarrassé de composés annexes (CO2, SH2) parfois importants, le gaz naturel est une source d’énergie composée d’hydrocarbures : du méthane (CH4) à 95%, de l’éthane (C2H6), du propane (C3H8), du butane (C4H10) et du pentane (C5H12).
L’une des unités employées pour déterminer le pouvoir énergétique d’un gaz est la BTU (British Thermal Unit) : cette unité internationale indique la quantité de gaz nécessaire pour élever la température d’une livre d’eau d’un degré Fahrenheit. Une BTU équivaut à près de 1 055 J.
Conventionnel et non conventionnel
Selon la profondeur et les types de gisements, le gaz peut être conventionnel ou non conventionnel. Cela dépend de sa difficulté d’extraction et des techniques d'exploitation.
A l’inverse des gaz conventionnels piégés dans un gisement facile d’accès, les gaz non conventionnels sont difficiles à extraire. Les producteurs de gaz ont historiquement privilégié l’exploitation du gaz conventionnel qui garantit un taux de récupération des ressources de 80% contre 20% en moyenne pour le gaz non conventionnel(1). La part de ce dernier a toutefois fortement augmenté ces dernières années, en particulier aux États-Unis.
Les gaz conventionnels
Le gaz concentré dans les roches est naturellement piégé sous pression sous une couverture imperméable permettant l’existence d’un gisement.
- Le gaz non associé est présent dans les gisements de pétrole, mais il n’est pas mélangé à ce dernier.
- Le gaz associé est présent en solution dans le pétrole et doit être séparé lors de l’extraction de ce dernier. Autrefois considéré comme un déchet, il est aujourd’hui, soit réinjecté dans les gisements de pétrole pour y maintenir la pression, soit valorisé.
Les gaz non conventionnels
Ils représentent d’importantes réserves souterraines dont l’exploitation demeure complexe et coûteuse.
- Le gaz de schiste est un gaz piégé dans une roche-mère très peu poreuse et très peu imperméable.
- Le gaz de charbon est naturellement présent dans les pores du charbon.
- Le gaz compact est emprisonné dans des petits réservoirs souterrains difficiles d’accès.
- Les hydrates de méthane sont piégés sous haute pression et à basse température. Ils se trouvent sous les océans et dans les zones de permafrost (Alaska, Russie). Aucune technique économiquement viable ne permet pour l’instant d’exploiter ces gisements.
La chaine de valeur du gaz naturel
L’exploitation du gaz se subdivise en deux étapes, du site de présence à celui de consommation.
En amont : l’exploration, l’extraction et la purification
L’exploration consiste à rechercher les gisements. Des techniques de cartographie et de sismographie permettent d’identifier les réserves potentielles de gaz techniquement et économiquement exploitables. Le forage permet de confirmer la présence d’un gisement et de déterminer son potentiel économique.
Après la phase d’exploration, l’extraction du gaz nécessite des infrastructures complexes. Cependant, une fois le gisement foré, le gaz conventionnel qui est naturellement sous pression remonte facilement à la surface. Il est ensuite traité et épuré (élimination des composés soufrés et du CO2) afin d’être commercialisé.
En aval : le transport du gaz
Des gazoducs terrestres ou sous-marins acheminent le gaz entre les pays producteurs et les pays consommateurs. Ils peuvent s’étendre sur plusieurs milliers de kilomètres comme par exemple ceux reliant la Russie à l’Union européenne. Des stations de compression sont installées le long du réseau.
Elles recompriment le gaz permettant sa circulation à grande vitesse. Entre la Russie et l’Union européenne, l’énergie consommée en transport par gazoduc représente entre 10 et 15% de l’énergie contenue dans le gaz transporté.
Lorsque le transport par gazoduc coûte trop cher ou est impossible, le gaz est acheminé sous forme liquide par bateaux (les méthaniers). A environ -161°C, le gaz peut en effet être transporté sous forme liquide : on parle alors de gaz naturel liquéfié (GNL). Cette méthode constitue une alternative aux gazoducs qui sont des infrastructures de transport figées. Le gaz naturel liquéfié (GNL) réduit jusqu’à 600 fois le volume du gaz. Il facilite son transport sur de longues distances.
Compte tenu des importants investissements en infrastructures nécessaires pour relier les pays producteurs aux pays consommateurs, le transport du gaz est coûteux. A contenu énergétique identique, le coût de transport du gaz est 5 fois supérieur à celui du pétrole(10).
Les pays peuvent stocker du gaz naturel dans des installations souterraines (comme des cavernes salines, des aquifères ou des gisements épuisés) pour gérer la demande saisonnière ou pour se prémunir contre les interruptions d'approvisionnement. Le stockage stratégique permet une meilleure gestion des pics de demande et des crises éventuelles.
La chaîne du gaz : extraction, stockage, transport et distribution
Les consommateurs finaux, particuliers ou professionnels, doivent souscrire un contrat auprès d'un fournisseur. En France, il existe une vingtaine de fournisseurs de gaz naturel. Le prix comprend les frais d'approvisionnement, de transport, de distribution, de fourniture et des taxes.
Enjeux d'une énergie très consommée
Troisième source d’énergie consommée dans le monde en 2012 (21,3%) derrière le pétrole (31,4%) et le charbon (29%), le gaz naturel occupe une place majeure dans le bouquet énergétique.
De 1970 à 2022, la consommation d'énergie a augmenté de façon spectaculaire, passant de 9 614,819 TWh à 3 9413,043 TWh.
- Entre 1970 et 1980, la consommation a augmenté de 48%, passant de 9614,819 TWh à 14236,961 TWh.
- De 1980 à 1990, la consommation a encore augmenté de 37%, atteignant 19481,125 TWh.
- De 1990 à 2000, la consommation a augmenté de 23%, atteignant 23994,258 TWh.
- De 2000 à 2010, la consommation a augmenté de 31%, atteignant 31593,695 TWh.
- Entre 2010 et 2015, la consommation a augmenté de 10%, atteignant 34788,023 TWh.
En 2020, il y a eu une légère baisse à 38603,406 TWh, probablement due à l'impact de la pandémie de COVID-19. En 2021, la consommation a rebondi pour atteindre un nouveau sommet de 40670,66 TWh. En 2022, la consommation a légèrement diminué à 39413,043 TWh.
| Année | Consommation (TWh) |
|---|---|
| 1970 | 9 614,82 |
| 1980 | 14 236,96 |
| 1990 | 19 481,12 |
| 2000 | 23 994,26 |
| 2010 | 31 593,69 |
| 2011 | 32 349,24 |
| 2012 | 33 203,00 |
| 2013 | 33 741,91 |
| 2014 | 33 977,36 |
| 2015 | 34 788,02 |
| 2016 | 35 592,57 |
| 2017 | 36 521,11 |
| 2018 | 38 355,83 |
| 2019 | 39 058,27 |
| 2020 | 38 603,41 |
| 2021 | 40 670,66 |
| 2022 | 39 413,04 |
Dimension énergétique et environnementale
Le gaz peut être utilisé comme matière première pour l’industrie (production d’hydrogène, de méthanol, d'ammoniac, etc.), ou compte tenu de son haut pouvoir calorifique comme combustible industriel ou domestique (chauffage, cuisson). Il participe pour environ 20% à la production de l’électricité. Considéré comme un combustible souple, efficace et simple d’utilisation, il peut être stocké et transporté.
Lors de sa combustion, le gaz génère, à production d’énergie équivalente, de 30 à 50% d’émissions de CO2 en moins que le pétrole(2).
Dimension économique
Face à une demande qui ne cesse d’augmenter, l’existence de réserves gazières constitue une manne financière pour les pays producteurs. Toutefois, l’exploitation de ces réserves nécessite d’importants investissements. Les pays producteurs et importateurs doivent financer les infrastructures d’exploitation et de transport du gaz. Par exemple, les terminaux de liquéfaction et de regazéification sont nécessaires à chaque extrémité du transport par méthanier.
L’AIE estime à 3 700 milliards d’euros le montant des investissements nécessaires entre 2007 et 2030.
Le gaz naturel est une source d'énergie majeure pour de nombreux pays. Il est utilisé pour la production d'électricité, le chauffage, et comme matière première dans l'industrie chimique. Sa disponibilité et son prix influencent fortement les économies nationales... et la consommation même de gaz.
Source : GRT Gaz - Graphique : Selectra
Données corrigées des variations climatiques - À jour en 2024 - Source : Ministère de la Transition Écologique (SDES)
Dimension géostratégique
Le transport par gazoduc est la méthode la plus répandue mais elle comporte deux faiblesses : les gazoducs figent la trajectoire des échanges et il est alors difficile de varier les sources d’approvisionnement. Les gazoducs peuvent traverser plusieurs pays, ce qui nécessite des accords internationaux et peut être source de tensions politiques. Les gazoducs majeurs incluent par exemple le gazoduc Nord Stream reliant la Russie à l'Europe.
Les régions riches en gaz peuvent être le théâtre de conflits géopolitiques, comme en mer Caspienne, dans l'est de l'Europe ou en Méditerranée orientale. Les rivalités pour le contrôle des ressources énergétiques peuvent exacerber les tensions régionales et internationales.
Par exemple, l'Union européenne cherche à réduire sa dépendance vis-à-vis du gaz russe en diversifiant ses sources d'importation. Elle a signé un accord avec le Qatar et l'Azerbaïdjan, bien que ces pays soient eux aussi considérés comme des dictatures.
À jour en février 2024 - Graphique: Selectra - Source: Eurostat
Graphique : Selectra - Source : Eurostat
Gisements, production et consommation
La production
La production de gaz a connu une croissance importante de 1900 à 2022, passant de 73,84 TWh en 1900 à 40 438,16 TWh en 2022.
Chaque décennie a généralement vu un doublement ou presque de la production jusqu'aux années 1980 :
- De 1900 à 1910, la production a plus que doublé, augmentant de 113,75% (de 73,84 TWh à 157,59 TWh).
- Entre 1940 et 1950, la production a plus que doublé à nouveau, avec une croissance de 111,77% (de 1008,66 TWh à 2136,63 TWh).
- De 1960 à 1970, la production a presque doublé, avec une augmentation de 92,42% (de 5072,32 TWh à 9760,89 TWh).
Depuis les années 2000, la croissance a ralenti mais reste significative, passant de 24 007,168 TWh en 2000 à 40 438,16 TWh en 2022. L'année 2021 a marqué le niveau le plus élevé de production avec 40 534,2 TWh.
| Année | Production |
|---|---|
| 1900 | 73,84042 |
| 1910 | 157,589 |
| 1920 | 241,3523 |
| 1930 | 602,39954 |
| 1940 | 1008,6619 |
| 1950 | 2136,6338 |
| 1960 | 5072,3237 |
| 1970 | 9760,895 |
| 1980 | 14283,338 |
| 1990 | 19697,166 |
| 2000 | 24007,168 |
| 2005 | 27577,684 |
| 2010 | 31502,096 |
| 2011 | 32575,62 |
| 2012 | 33261,883 |
| 2013 | 33656,94 |
| 2014 | 34356,016 |
| 2015 | 35078,39 |
| 2016 | 35444,734 |
| 2017 | 36718,73 |
| 2018 | 38558,2 |
| 2019 | 39684,312 |
| 2020 | 38606 |
| 2021 | 40534,203 |
| 2022 | 40438,16 |
| Caractéristique | Production |
|---|---|
| 2018 | 3,867,9 |
| 2017 | 3,677,7 |
| 2016 | 3,541,7 |
| 2015 | 3,501,7 |
| 2014 | 3,431,1 |
| 2013 | 3,363,1 |
| 2012 | 3,323,8 |
| 2011 | 3,257 |
| 2010 | 3,151 |
| 2009 | 2,938,6 |
| 2008 | 3,029,8 |
| 2007 | 2,941,3 |
| 2006 | 2,876,7 |
| 2005 | 2,790,9 |
| 2004 | 2,711,3 |
| 2003 | 2,623,9 |
| 2002 | 2,532,4 |
| 2001 | 2,483,2 |
| 2000 | 2,416,1 |
| 1999 | 2,328,3 |
| 1998 | 2,268 |
Les réserves
De 1980 à 2020, les réserves prouvées de gaz ont plus que doublé, passant de 70 889,12 milliards de m³ à 188 074,22 milliards de m³.
- Entre 1980 et 1990, les réserves ont augmenté de 53%, passant de 70 889,12 milliards de m³ à 108 363,015 milliards de m³.
- De 1990 à 2000, il y a eu une augmentation de 27%, avec des réserves atteignant 138 023,195 milliards de m³.
- De 2000 à 2010, les réserves ont augmenté de 30%, atteignant 179 940,83 milliards de m³.
- Entre 2005 et 2010, une augmentation notable de 17%, passant de 153 392,74 milliards de m³ à 179 940,83 milliards de m³.
- Stabilité relative avec de légères fluctuations récentes :
Les réserves sont restées relativement stables entre 2011 et 2015, fluctuant autour de 181 000 milliards de m³.
De 2016 à 2019, les réserves ont de nouveau augmenté, atteignant un record historique de 190 267,89 milliards de m³ en 2019. Une légère diminution a été observée en 2020, où les réserves ont atteint 188 074,22 milliards de m³.
Les gisements sont inégalement répartis dans le monde : 42,7% des réserves prouvées de gaz dans le monde sont notamment situées au Moyen-Orient. En dépit de ses réserves, cette zone ne fournit que 13,7% du marché international(3).
Les plus gros producteurs de gaz naturel sont les États-Unis, la Russie, le Qatar, l'Iran et le Canada. A eux cinq, ils représentent plus de la moitié de la production mondiale(4). Grâce à l’exploitation des gaz de schiste, les États-Unis sont les plus gros producteurs de gaz naturel depuis 2009.
Source : BP World Energy Outlook, 2022 - Graphique : Selectra
En termes industriels, le premier producteur de gaz au monde est la compagnie russe Gazprom avec une production annuelle de 443,9 milliards de m3 en 2014(5).
| Années | Réserves |
|---|---|
| 1980 | 70 889,12 |
| 1990 | 108 363,015 |
| 2000 | 138 023,195 |
| 2005 | 153 392,74 |
| 2010 | 179 940,83 |
| 2011 | 181 919,48 |
| 2012 | 180 795,2 |
| 2013 | 181 298,8 |
| 2014 | 183 162,37 |
| 2015 | 181 193,4 |
| 2016 | 183 536,05 |
| 2017 | 187 828,37 |
| 2018 | 189 053,86 |
| 2019 | 190 267,89 |
| 2020 | 188 074,22 |
D'après les données de Energy Institute - Statistical Review of World Energy 2023
Les réserves prouvées de gaz dans le monde (dont la rentabilité économique est garantie à 90%) sont estimées à plus de 185 000 milliards de m3. Compte tenu de la consommation annuelle, soit environ 3 400 milliards de m3 en 2014, ces réserves correspondent à près de 55 ans de consommation. Ces chiffres s’inscrivent dans un contexte général où le gaz représente plus d'un cinquième de la consommation énergétique mondiale.
À l'origine de l'usage du gaz
Longtemps considéré comme un élément dangereux et gênant des puits de pétrole, le gaz a été progressivement exploité. Le gaz des mines de charbon est d’abord utilisé au XVIIIe siècle pour éclairer les rues. Ensuite au XIXe siècle, les premiers gisements de gaz sont forés, mais les utilisations restent limitées. La construction de plusieurs milliers de kilomètres de gazoducs après la Seconde Guerre mondiale permet de diversifier les utilisations du gaz (domestiques, industrielles).
Depuis les années 1970, les avantages du gaz sont reconnus et la demande ne cesse d’augmenter. L’amélioration des techniques d’exploitation permet de répondre à cette demande. Il faut néanmoins veiller à la sécurité des utilisations, parfois sources d’explosions.
Source : GRT Gaz - Graphique : Selectra
Approvisionnement
Les pays et fournisseurs de gaz peuvent s'approvisionner en gaz naturel de plusieurs manières, chacune ayant ses propres implications logistiques, économiques et géopolitiques.
Consommation et/ou vente de sa production
Les pays dotés de réserves de gaz naturel peuvent exploiter leurs propres ressources. Cette méthode réduit la dépendance vis-à-vis des importations et peut même permettre l'exportation. Les pays producteurs investissent dans l'exploration, le développement et l'extraction de gaz sur leur territoire ou leurs eaux territoriales.
En milliards de mètres cubes de gaz naturel produit - Source : Enerdata - World Energy and Climate Statistics - Graphique : Selectra
En milliards de mètres cubes de gaz naturel exporté - Source : CIA World Factbook - Graphique : Selectra
Les réserves de gaz non conventionnels et notamment de gaz de schiste sont principalement situées aux États-Unis, en Europe et en Asie. Grâce à l’exploitation du gaz de schiste, les États-Unis sont devenus en 2009 les plus gros producteurs de gaz, dépassant ainsi la Russie. Depuis lors, la production de gaz de schiste aux États-Unis a encore presque quadruplé entre 2009 et 2013.
Le GECF (Gas Exporting Countries Forum) est un forum international regroupant les pays exportateurs afin de coordonner leurs actions. L’association internationale CEDIGAZ fournit des informations économiques et techniques relatives au gaz.
Les choix d'importation
Pour ceux dont la consommation excède l'éventuelle production, ils doivent passer par des gazoducs ou par navires méthaniers.
En milliards de mètres cubes de gaz naturel produit - Source : CIA World Factbook - Graphique : Selectra
Les importateurs de gaz peuvent :
- sécuriser leur approvisionnement via des contrats à long terme avec des pays producteurs. Ces contrats offrent une stabilité des prix et des volumes livrés, bien qu'ils puissent aussi réduire la flexibilité face aux fluctuations du marché.
- passer par le marché spot et trading, où les transactions sont effectuées pour une livraison immédiate ou à court terme. Le trading de gaz naturel permet une flexibilité accrue, bien que les prix puissent être plus volatils comparés aux contrats à long terme.
Les compagnies gazières nationales ou les entreprises privées peuvent aussi investir dans l'exploration et la production de gaz à l'étranger. Ces investissements peuvent prendre la forme de partenariats ou de participations dans des projets gaziers à l'international.
TotalEnergies est par exemple un opérateur mondial important dans la production de gaz.
Les niveaux futurs d’exploitation du gaz dépendront notamment de l’amélioration des techniques de prospection et d’extraction des réserves pour le moment inaccessibles (sous l’océan, sous les zones de permafrost), mais aussi du cadre législatif dans le cadre de la lutte contre le réchauffement climatique.
La mutation opérée par l’exploitation récente des gaz de schiste devrait s’accentuer et permettre de répondre en partie aux besoins énergétiques croissants pendant plusieurs années.
Prix du gaz sur les cours
Pour justifier la mise en place d’infrastructures coûteuses (ex : gazoducs), les échanges de gaz entre un opérateur chargé du transport et un producteur sont régis le plus souvent par des contrats de longue durée et non par un mécanisme de trading basé sur l’équilibre de l’offre et de la demande. Face à la prédominance du pétrole, les contrats d’achat de gaz de longue durée sont en partie indexés sur le prix du baril de pétrole. Ainsi en 2006, le prix du gaz s’est apprécié en Europe du fait d’une augmentation du prix du baril de pétrole. Néanmoins, les situations locales peuvent entraîner un décrochage des prix du gaz (comme aux États-Unis).
Graphique: Selectra - Source: EEX
Évolution des stratégies d'approvisionnement
Alors que l'UE dépendait fortement du gaz russe, l'invasion en Ukraine a eu des conséquences sur le prix de cette énergie et sur la stratégie d'approvisionnement des pays membres.
Autres fournisseurs de gaz : Qatar, Royaume-Uni, etc. - Source : Comission Européenne - Graphique : Selectra
La Russie, le Qatar, la Norvège et le Canada sont les principaux exportateurs. Ils desservent tous principalement l’Europe qui importe plus de la moitié de sa consommation. Avant l’essor des gaz non conventionnels, le Canada alimentait les États-Unis en gaz. Ces derniers sont en effet les plus gros consommateurs de gaz (22,7% de la consommation mondiale en 2014).
En milliards de mètres cubes de gaz naturel produit - Source : CIA World Factbook - Graphique : Selectra
En milliards de mètres cubes de gaz naturel importé - Source : CIA World Factbook - Graphique : Selectra
Le biogaz pour se passer du gaz naturel
À plus long terme, certains pays investissent dans des technologies de production d'énergies alternatives (biométhane, hydrogène vert) pour diversifier leurs sources d'énergie et réduire leur dépendance au gaz naturel fossile.
C'est le cas de la France, qui consomme aujourd'hui 1% de gaz venant de ses déchets organiques.
Graphique: Selectra - Source: Ministère de la Transition Écologique (SDES)
