Ce pétrole, c'est pas bientôt fini?!

Maintenant qu'on a compris ce qu'il y a dans le smoothie qu'est un baril de pétrole, on peut enfin se pencher sur la question intéressante: "qu'est-ce qu'il y a de l'autre côté de la paille?".

C'est vrai ça, combien il y en a sous nos pieds?

Comme le pétrole est une ressource non renouvelable, on peut regarder ce qu'il y a sous terre pour se faire une idée du stock qu'il nous reste. Les estimations du pétrole total présent dans la croûte terrestre seraient d'entre 14 000 et 24 000 milliards de barils¹, soit entre 350 et 600 fois notre consommation annuelle.

Mais on est loin de pouvoir tout récupérer, ces stocks n'étant pour la plupart pas très accessibles. En fait, ça ressemble plutôt à ça:

C'est seulement la fraction économiquement récupérable du pétrole, aussi appelée réserves de pétrole, qui est exploitée. C'est environ 15% du pétrole total de la Terre, et on en a déjà extrait la moitié. Les réserves dans lesquelles on peut encore taper représentent donc 25 à 40 ans au rythme actuel, ce qui paraît déjà un peu moins lointain.

Dire qu'on a "40 ans de pétrole en réserve" est par contre assez trompeur. Cela ne dit rien sur la production dans 10 ou 20 ans, alors que c'est cette production qui fait tourner l'économie, et non ce qu'il reste dans le sous-sol. Voilà 3 scénarios qui illustrent des évolutions futures à partir des mêmes 40 ans de stock.

Comme on le voit, ce chiffre ne signifie donc pas du tout qu'on peut dormir sur nos deux oreilles pendant encore quelques décennies.

Mais comme ces réserves changent sans cesse avec les progrès technologiques et les conditions économiques, les utiliser pour une quelconque prévision est assez casse-cou (il y en a qui ont essayé, ils ont eu des problèmes...)

C'est pour ça qu'on va plutôt s'intéresser à l'évolution de la production plutôt qu'aux stocks pour mieux comprendre le sujet.

Quelle tête elle a, cette production de pétrole?

Comptée en barils par jour, la production de pétrole est en croissance à hauteur d'1% par an. Par contre, l'évolution de la production est très différente selon le type de pétrole.

Car oui, il n'y a pas du pétrole sur Terre, mais des pétroles. Le pétrole conventionnel stagne depuis 25 ans, légèrement en décroissance. Ce sont les liquides de gaz, et les pétroles dits non conventionnels, qui portent la croissance actuelle.

On va donc devoir creuser un peu plus pour comprendre à quoi ressemblent les différents pétroles, et à quoi on peut s'attendre.

Le pétrole conventionnel, c'est quoi?

C'est le pétrole relativement facile à extraire qui se trouve dans des réservoirs naturels, pour lesquels il y a "juste" à creuser un trou. Vous avez peut-être l'image d'un grand lac souterrain qu'on peut simplement pomper, mais ça ne ressemble pas vraiment à ça.

C'est plutôt une roche poreuse, un peu comme une éponge de laquelle on essaye de faire sortir un liquide visqueux. Il restera toujours une certaine quantité dans le gisement qu'on n'arrivera pas à extraire. Voilà par exemple la production de pétrole au cours du temps dans le puits de Weyburn, au Canada.

Dans un premier temps (en bleu foncé), on creuse un trou, le pétrole remonte tout seul sous la pression, puis très vite, on injecte de l'eau dans le puits pour le maintenir sous pression.

Ensuite, on utilise diverses techniques pour "presser l'éponge un peu plus fort". En bleu clair, le nombre de forages a tout simplement augmenté pour toucher plus de zones du gisement. Et en vert, des techniques de récupération assistée ont été mises en place. Il en existe beaucoup: on peut envoyer de la vapeur, du CO2 (dans ce gisement précis), d'autres gaz, des produits chimiques, et alterner ça avec de l'eau pour "secouer" le gisement un maximum.

Mais il n'empêche qu'après tous ces efforts pour en récupérer un maximum, à la fin, il n'y a plus de liquide qui sort de l'éponge. Et comme on fait nettement moins de découvertes de pétrole conventionnel par an qu'on en consomme, ça commence à se faire sentir.

Le maximum de production du pétrole conventionnel était en 2008³, mais le déclin naturel des puits a jusqu'ici été compensé par des investissements dans des techniques de récupération avancées, ainsi que l'exploitation croissante de l'offshore profond (au-delà de 1500 m). Ceci a évidemment un coût, et chaque baril est un peu plus difficile à extraire que le précédent, financièrement, mais également en termes d'énergie et de matériaux nécessaires.

Il est probable que ce plateau ne dure pas, les champs très profonds ayant un déclin observé beaucoup plus fort une fois leur pic de production passé: 10% par an, contre 4% sur terre⁴.

Si le pétrole conventionnel est en lent déclin, qu'est-ce qui fait que la production continue à augmenter?

Les liquides de gaz, qu'est-ce que c'est que ce bin's?

Ce sont tous les hydrocarbures gazeux dans le sous-sol qui ne sont pas du méthane. Certains se liquéfient en remontant à la surface, et on liquéfie souvent les autres nous-même par compression ou refroidissement pour le transport, alors on les appelle "liquides".

Ce sont eux qui sont responsables de la moitié de la croissance de la production de pétrole depuis 2000. Mais est-ce qu'on devrait vraiment les compter comme du pétrole?

Ils viennent principalement des gisements de gaz plutôt que de ceux de pétrole⁵, et on y retrouve principalement de l'éthane, du propane et du butane qui servent majoritairement à la pétrochimie, le reste allant dans les bouteilles de gaz et un tout petit peu de GPL pour faire avancer des véhicules (gaz de pétrole liquéfié, à ne pas confondre avec GNL, gaz naturel liquéfié, qui est lui constitué de méthane).

Si on regarde le problème sous l'angle "est-ce qu'on aura encore du diesel pour faire tourner l'économie", il ne paraît pas absurde de ne pas du tout les compter dans la production de pétrole. Avoir plus de plastique et de gaz de cuisson n’aide pas beaucoup, comme ajouter de la mousse dans un verre n’augmente pas la quantité de bière qu’il y a dedans.

Les physiciens parmi vous ont sans doute le poil hérissé depuis un moment, en se demandant "pourquoi on compte en barils, une unité de volume, quelque chose dont la valeur principale est énergétique??". Et ils ont raison. Plus un pétrole est léger, moins il est dense énergétiquement.

Un baril de liquides de gaz est 30% plus léger⁶, en masse comme en énergie, qu'un baril de pétrole brut classique. Même si on voulait les compter comme de la production de pétrole, le baril n'est pas une bonne unité.

Le pétrole de schiste, un nouvel espoir?

L'autre moteur de la croissance ces 15 dernières années a été le pétrole de schiste, qui a été une révolution aux États-Unis. Ce pétrole est plus complexe à aller chercher, car il est resté emprisonné dans la roche mère dans laquelle il s'est formé. Imaginez du verre avec des bulles dedans, pour faire sortir ce qui est dans les bulles, vous devez d'abord briser le verre pour les atteindre.

C'est ce qu'on fait avec la fracturation hydraulique. On creuse un trou, puis on envoie de l'eau et des produits chimiques à très haute pression pour créer des fissures (en essayant de ne pas polluer les nappes phréatiques autour, avec plus ou moins de succès). Vu de haut, ça ressemble pas mal à un terrain de golf, avec un peu plus que 18 trous:

La production d'un puits est très différente du puits conventionnel vu plus tôt. Les trois quarts de ce qui va sortir le fait dans les deux premières années, puis il en sort un filet pendant quelques décennies, si le puits est toujours rentable. Ce qui change fortement la donne pour son déclin: il faut sans cesse forer plus, sans quoi la production chute énormément. Voilà à quoi ressemblerait le déclin sans nouveaux puits:

L'estimation du pétrole de schiste techniquement récupérable sur Terre est de 400 milliards de barils, ce qui est seulement le quart de ce qu'on a consommé à date. Là où ça se corse encore, c'est que les États-Unis sont le seul producteur significatif de pétrole de schiste, et ils n'en ont que 20% du stock récupérable sous leur sol⁷. Ce qui veut dire que ça a peu de chances de continuer pendant longtemps.

La production américaine est prévue constante entre 2025 et 2030⁴, et non plus croissante comme ces 15 dernières années. Sauf si les autres pays qui en ont dans leur sol commencent à l'exploiter, le pétrole de schiste ne va pas continuer à compenser le déclin du pétrole conventionnel.

Est-ce que cela signifie pour autant une décroissance dès 2030 de la production totale de pétrole? Pas forcément.

Il reste bien d'autres pétroles au fond du tiroir, non?

Oui, il en reste d'autres, qui sont encore plus difficiles à exploiter: les pétroles extra-lourds, très visqueux voire solides, un peu comme du miel. Ils sont passés d'1 à 4% de la production mondiale ces 25 dernières années.

Il y en a deux principaux gisements massifs dans le monde: la ceinture de l'Orénoque, au Venezuela, et les sables bitumineux du Canada. A eux deux seulement, ils comptent plus de 5000 milliards de barils⁸ sur les 9000 extra-lourds et bitumineux en place sur Terre. Comme avec les autres gisements, tout ne sortira pas, seulement une fraction estimée entre 5 et 10% est récupérable actuellement.

Dans les deux cas, ce sont des pétroles classiques qui sont remontés près de la surface, et qui ont subi une biodégradation ne laissant que les fractions les plus lourdes. Ils sont donc assez peu pratiques à manipuler et très énergivores. Par exemple, il faut souvent les diluer pour les faire couler dans un pipeline, ou alors construire des pipelines chauffés.

Pour les extraire, il y a plusieurs options. Au Canada, on décape des kilomètres carrés avec des pelleteuses pour ramasser le sable mélangé au bitume (exactement comme on le ferait dans une mine), puis on les sépare avec de la chaleur et des solvants. C'est un peu moins sympa que la forêt qui s'y trouvait avant qu'on creuse, vu de haut:

Le gisement fait la superficie du quart de la France, mais seule une fraction est déjà en exploitation.

L'autre technique consiste à chauffer le sous-sol avec de la vapeur, pour rendre le pétrole moins visqueux et pouvoir le pomper.

Enfin, dans le pétrole en place cité au tout début, il y a un dernier pétrole comptabilisé: les roches riches en kérogène, c'est-à-dire du pétrole et du gaz qui n'ont pas fini de cuire. Ce qui veut dire que pour l'exploiter, il faut chauffer encore beaucoup plus que pour les pétroles lourds pour finir nous même la cuisson, ce qui vient à un coût énergétique encore plus élevé.

Ces pétroles sont de plus en plus énergivores à exploiter, non?

Oui, c'est peut-être une des leçons les plus importantes à retenir de ce voyage souterrain. En moyenne, chaque baril est plus difficile à extraire que le précédent.

Pour obtenir du pétrole, il faut dépenser du pétrole, les foreuses, plateformes offshore, pelleteuses et camions nécessaires à l'extraction fonctionnant principalement au diesel. En allant chercher des pétroles de plus en plus difficiles d'accès, la quantité d'énergie à dépenser par baril augmente.

Et donc à production constante, le pétrole réellement disponible pour faire tourner l'économie diminue. Si pour produire 100 nouveaux barils, on doit en dépenser 20 existants contre 10 précédemment, la quantité de barils utiles pour la société diminue.

Voici par exemple quelques estimations⁹ du taux de retour énergétique, qui répond à la question “combien on produit de barils quand on dépense en énergie l’équivalent d’un baril?”

• Pétrole conventionnel en 1950: 30 à 50
• Pétrole conventionnel actuel: 10 à 20
• Pétrole de schiste: 24 à 36
• Offshore très profond (+ de 2000 m sous l’eau): 7 à 11
• Sables bitumineux et extra-lourd: 3 à 8

Ces chiffres dépendent énormément de la méthode de calcul, suivant si on compte à la sortie du puits, après raffinage, après transport ou l’énergie nette utile tirée de la combustion.

Et voici une modélisation, avec en jaune tacheté, le pétrole réinvesti dans la production des prochains barils. Les chiffres sont à prendre avec des pincettes, comme tout modèle qui fait des hypothèses sur le futur, mais cela a tout de même une valeur illustrative.

Si la production a cette tête là, où est-ce que vous placez le pic de production, vous? 

Le placer en 2018 reflète la quantité “nette” de pétrole qui est utile à la société, quand le pic de production “brute” de 2034 compte simplement ce qui sort de terre.

En pratique, ce n'est encore pas aussi simple que ça. La plupart des procédés de chauffage souterrain, puis de raffinage très coûteux en énergie préfèrent utiliser du gaz naturel. On ne perd donc pas forcément du pétrole dans l’histoire en passant du brut au net, cela peut être de l’énergie “de moins bonne qualité”, comme du gaz, plus difficile et plus cher à transporter.

Du coup... c'est bientôt fini?

Maintenant qu'on comprend un peu mieux de quoi on parle, on peut répondre à cette question.

Non, le pétrole n'est pas bientôt fini, il en reste encore beaucoup sous nos pieds. Par contre, le pétrole facile, c'est une autre histoire. Les gisements de meilleure qualité et les plus faciles d'accès sont sur le déclin, et ceux qui les remplacent sont de plus en plus difficiles à exploiter. Ils nécessitent plus d'énergie et de matériaux par baril produit, et il faut développer de nouvelles capacités de production de plus en plus vite pour garder une production constante. Sur ce tapis roulant qui accélère, il va arriver un jour où on n’arrivera pas à courir assez vite.

Cela ne se verra peut-être pas directement dans les statistiques de production mondiale en barils par jour, qui peuvent être trompeuses. Avec un baril moyen de plus en plus léger, et une fraction croissante réinvestie dans la production future, cet indicateur peut très bien augmenter pendant qu’il y a de moins en moins de diesel disponible.

Un enfant qui naît aujourd'hui a donc de grandes chances de vivre le pic du pétrole de son vivant, puis un déclin de la production. En supposant que ce pic n'est pas déjà derrière nous, avec la guerre autour du détroit d'Hormuz...

On a jusqu’ici parlé uniquement des contraintes géologiques et économiques pour la production. Comme il n’y a pas de production sans une demande en face, il faudrait aussi considérer l’évolution de la demande dans cette histoire. Est-ce que les objectifs climatiques et l’électrification des véhicules peuvent faire baisser la demande avant que l’offre vienne à manquer? Affaire à suivre…

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Sources

Tout d'abord, les excellents cours de Jean-Marc Jancovici donnés à l'école des Mines, sur l'énergie et le changement climatique. Je recommande fortement, pour tous ceux qui veulent mieux comprendre le monde physique, même si il y a 20h de cours. La dizaine d'articles sur le pétrole qu'il a écrit est également une mine d'or.

⚠️ Si vous êtes arrivés jusqu'à lire les sources, j'en profite pour attirer votre attention sur un piège dans lequel je suis tombé. Il y a deux agences qui n'ont rien à voir et qui sont extrêmement facile à confondre:

• L'Agence Internationale de l'Énergie, une organisation internationale qui produit tous les ans un World Energy Outlook. Je vais l’appeler simplement “AIE” dans les sources (IEA en anglais)
• L’Agence d'Information sur l'Énergie des USA, qui elle est une organisation du gouvernement américain, et qui produit chaque année un Annual Energy Outlook. Je l’appelle par son nom anglais, EIA, dans les sources.

[1] L'EIA donne 14 à 24 000 milliards de barils en place dans un rapport de 2011 sur les ressources mondiales. 

[2] Le rapport Resources to Reserves de l’AIE en 2005 donne les chiffres suivants:

• 7000 milliards de barils de pétrole conventionnel, dont 3000 récupérables
• 7000 à 8000 milliards de barils de non-conventionnel, dont 1000 à 3000 récupérables
• 1100 à 1300 milliards de barils en réserve (j’ai élargi la fourchette à “1000 à 2000” car l’OPEP ou la revue statistique de BP donnent 1500 et 1700 milliards aujourd’hui, comptant une bonne partie du non-conventionnel)
• 1000 milliards de barils déjà produits (il y a 21 ans, on est plutôt vers 1500 aujourd’hui)

[3] Le World Energy Outlook de 2018 de l’AIE place le pic du pétrole conventionnel en 2008

[4] Le rapport Les implications du déclin des champs de gaz et de pétrole de l’AIE, d’où j’ai tiré les déclins des gisements à 10% pour l’offshore profond et 4% pour le pétrole conventionnel terrestre, ainsi que les prévisions stagnantes en 2025-2030 du pétrole de schiste.

[5] D’où viennent les gaz d’hydrocarbures?, page de l’IEA dans laquelle on voit que la croissance des liquides de gaz est uniquement dûe aux USA à la production de gaz:

• En 2003 et en 2022, la quantité de liquide de gaz provenant des gisements pétroliers est restée constante à 0,6 millions de barils par jour
• Dans le même laps de temps, les USA sont passé de 1,7 à 6 millions de barils par jour de liquides de gaz provenant des gisements de gaz naturel

[6] Les facteurs de conversion énergétiques et volumétriques donnés par les Nations Unies sont les suivants:

• 1 tonne de pétrole brut fait 1160 L et contient 42 GJ d’énergie
• 1 tonne de liquides de gaz fait 1650 L et contient 44 GJ d’énergie
• Le rapport donne 73%

Mais les chiffres de l’EIA donnent un chiffre différent pour la production américaine: un baril de liquide de gaz ne contient que 62% de l’énergie d’un baril de pétrole brut. J’ai arrondi à 70%. De toute façon, les organisations sont assez opaques sur ce qu’elles comptent comme liquides de gaz ou pétrole brut.

[7] Estimation des ressources mondiale de pétrole de schiste, EIA 2015, d'où j'ai tiré les 400 milliards de barils, dont 20% seulement sont aux US.

[8] Le rapport Heavy Oil and Natural Bitumen Resources in Geological Basins of the World donne 3000 milliards de barils au Venezuela, 2000 milliards de barils au Canada sur 9000 milliards d’extra-lourd + bitumes présents dans le monde.

Les estimations de l’institut d’études géologiques des USA pour ce qui est techniquement récupérable là-dedans sont à 400 milliards de barils pour l’extra-lourd, et 650 milliards de barils pour les sables bitumineux.

[9] Peak oil and the low-carbon energy transition: A net-energy perspective, article dont j’ai tiré les différent taux de retour énergétiques (EROI en anglais)