Puits d'injection

Puits d'injection profonde pour l'élimination de substances dangereuses, eaux usées industrielles et municipales. C'est aux Etats-Unis une intallation classée ( "Classe I") soumise à contrôle de l'EPA.

Un puits d'injection (ou forage d'injection) est un dispositif permettant d'injecter sous pression un fluide dans le milieu souterrain, en sub-surface (sous le sol vivant) ou à plus ou moins grande profondeur par exemple dans une cavité ou dans une formation géologique de roche poreuse (grès poreux ou calcaire), ou en ou en dessous de la couche de sol peu profond.

Le fluide peut être par exemple de l'eau, des eaux usées, de la saumure (eau salée), ou de l'eau mélangée avec des produits chimiques, etc.

Éléments de définition

L' Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) définit une injection comme "a bored, drilled, or driven shaft, or a dug hole that is deeper than it is wide, or an improved sinkhole, or a subsurface fluid distribution system" (un puits foré ou creusé, plus profond que large, ou une cavité karstique, ou encore un réseau souterrain de subsurface destiné à distributer des fluides dans le système)". Le type de puits dépend du contexte géologique, des objectifs et du type de fluide injecté. Certains puits profonds sont conçus pour l'injection et le stockage de déchets dangereux ou de dioxyde de carbone sous pression, loin sous la surface terrestre, avec alors de multiples systèmes de fermeture et d'étanchéité, alors que des puits d'injection non dangereux (injection d'eau par exemple) sont  plus simplement construit.

Applications

Des puits d'Injection sont utilisés à de nombreuses fins.

Stockage profond de déchets

Dans certains pays ou régions des eaux usées domestiques (ou issues de station d'épuration) sont parfois "éliminés" en les injectant dans le sol dans une tranchée drainante qui les répartit dans un large volume de sol et utilise la terre comme "filtre" avant que cette eau n'atteingne un cours d'eau et/ou un autre milieu souterrain récepteur (nappe, karst..). Une alternative est l'irrigation où l'on compte sur les plantes et le sol superficiel pour épurer l'eau ou l'évaporer, mais avec d'éventuels risques biologiques et de pollution de cultures ou pâturages.

Certaines eaux usées industrielles (notamment dans l'industrie pétrogazière) sont aussi cachées plus profondément entre deux couches géologiques supposées imperméables (pour éviter de polluer les nappes proches d' eau douce). ce type de puits d'Injection comprend généralement un cuvelage étanche de manière à ne pas contaminer les couches traversées.

  

Les critiques de déchets puits d'injection d'eau citer les préoccupations relatives à l'injection de polluer les eaux réceptrices. la Plupart de génie de l'environnement ,de professionnels de la cependant, considérer les déchets de traitement de l'eau, suivie par l'élimination dans les puits d'injection pour être le plus rentable et respectueuse de l'environnement méthode de traitement des eaux usées.^{[citation nécessaire]} Les seules alternatives à l'injection de puits de rejet direct des eaux usées traitées dans des eaux réceptrices ou de l'utilisation de l'eau traitée pour l'irrigation. La décharge directe ne pas disperser l'eau sur une zone plus large; l'impact sur l'environnement est axé sur un segment particulier d'un fleuve et de ses zones en aval ou sur un côtière, plan d'eau. L'irrigation Extensive est souvent très cher, et qui nécessite de l'entretien et de la grande consommation d'électricité.^{[citation nécessaire]}

Depuis le début des années 1990, le Comté de Maui, à Hawaï déverse ainsi 3 à 5 millions de gallons par jour d'eaux usées  sous l'usine d'épuration des eaux de Lahaina malgré des indices de suintements polluant la nappe et à l'origine d'une prolifération d'algues et d'autres dommages à l'environnement. Après une vingtaine d'années de dénonciation et de poursuites juridiques par des ONG environnementales, et après de multiples études, il est jugé que plus de la moitié de l'injection est retrouvée à proximité d'eaux côtières. Lors du procès, le tribunal a rejeté les arguments du Comté en le menaçant d'amendes fédérales qui pourraient atteindre des millions de dollars. En 2001 un décret de consentement demandait au comté d'obtenir une eau certifiée de qualité (par le  Ministère de la Santé d'Hawai), ce que le compté a omis de le faire jusqu'en 2010, ce qui a suscité le dépôt d'une nouvelle plainte.

La production pétrolière et gazière

Alors que les ressources pétrogazières faciles à exploiter disparaissent, des puits d'injection d'eau, de déchets ou de résidus de gaz naturel et de pétrole sont de plus en plus utilisés pour mettre les réservoirs sous pression afin d'en tirer les dernières gouttes d'hydrocarbures. L'injection peut aussi viser à fracturer le sol sous très haute pression, avec le renfort d'explosif, de sable, et de produits chimiques pour doper un forage qui s'épuise ou exploiter du gaz de schiste, de couche.... Les fluides de fracturation peuvent être une source de pollution dans les puits mal étanchéifiés. De la vapeur d'eau, du dioxyde de carbone et d'autres substances peuvent ainsi être injectés dans des roches-réservoir contenant du gaz et/ou du pétrole (la chaleur réduit la viscosité des hydrocarbures lourds, ce qui permet d'augmenter le débit d'un puits proche).

Assainissement de sols pollués ou de décharge anciennes.

Des puits d'injection sont aussi utilisés pour la remédiation de sites et sols pollués, dans l'objectif de dépolluer un sous-sol contaminé ou des eaux souterraines contaminées. Des puits d'injection peuvent permettre d'insérer de l'eau propre dans un aquifère, pour en modifier la hauteur, le sens et la vitesse découlement, éventuellement vers des puits d'extraction où l'on peut évachuer et/ou traiter une eau souterraine contaminée. Le puits d'Injection peut également être utilisé pour injecter une molécule destinée à tamponner un pH indésirable ou désinfectante ou oxydante (via un système d'ozonation du fluide par exemple, l'ozone tue les microbes mais peut aussi dégrader certains polluants organiques indésirables, dont certains complexes d'hydrocarbures, avec un coût-efficacité parfois plus bas que celui d'un décaissement avec évacuation et mise en décharge ou traitement ex-situ du sol pollué, par exempl een milieu urbain où creuser peut être impossible ou difficile en raison de la présente de bâtiments et nombreuses infrastructures.

La recharge des aquifères

De plus en plus de nappes ont été largement surexploitées, ce qui a encouragé l'expérimentation de recharche de nappe par injection et percolation ; dont dans la région la plus sèche du monde, le MENA de la région (Moyen-Orient et Afrique du Nord).

Dans les régions sèches, le ruissellement de surface est depuis longtemps récupéré et injecté dans des puits secs, ou dans des puits transformés en citernes.

Des puits hybrides peuvent à la fois être utilisés pour prélever de l'eau dans la nappe et pour recharger cette nappe en y apportant les eaux pluviales.

Exigences réglementaires

Elles varient selon les époques et les pays.

Aux États-unis, forer ou gérer un puits d'injection est une activité soumise à contrôle de l'EPA et de l'état en vertu du Safe drinking Water Act (SDWA). l'EPA a publié des réglementations (Underground Injection Control ou UIC) qui visent à protéger les sources d'eau potable.

Les règlements de l'EPA définissent six classes de puits d'injection. La classe I concerne tous les puits  utilisés pour l'injection de déchets municipaux et/ou industriels liquides sous les nappes souterraines utilisées pour produire l'eau potable. La classe II désigne des puits d'injection de fluides destinés à assister la production pétrolière et gazière (y compris les déchets de la fracturation hydraulique). La Classe III désigne les puits d'injection de fluides utilisés pour la récupération de minéraux, métaux ou radionucléides par [[Lixiviation in situ]]  sous des nappes utilisables pour l'eau potable. Les puits de Classe IV sont ceux qui servent à l'injection de  [[déchets dangereux]] (comme dans le cas de la Classe i, mais quand on injecte ces déchets sur ou au-dessus d'une zone de ressources souterraines d'eau potable. La Classe V désigne les puits utilisés pour toutes les injections réputées non-dangereuses et non couverts par les Classes I à IV (ex : puits de drainage d'eaux pluviales ou puits de sortie (lit filtrant) de  cuve de fosses septiques. <br />Enfin, la Classe VI regroupe les puits d'injection de dioxyde de carbone, qui est l'un des moyens proposés pour la séquestration, ou le stockage du carbone gazeux à long terme.. En 2015, aucun puits de Classe VI n'est déjà en fonctionnement, mais de 6 à 10 puits devraient être en service vers 2016-2017.

Séismes induits par des injections

Nombre cumulé de tremblements de terre au centre des états-UNIS (La tache rouge du centre de la car; en Oklahoma et à proximité est la régions nord américaine qui a connu la plus forte augmentation de l'activité sismique depuis 2009.

Une étude publiée en juillet 2013 par William Ellsworth (de l'US Geological Survey) conclue à un lien de cause à effet entre des sites d'injection d'eaux usées et une augmentation récente de la fréquence les tremblements de terre dans les régions de sites d'injection d'eaux industrielles usées. Depuis la période 2010-2013, le nombre de séismes de magnitude supérieure ou égale à 3.0  a augmenté de façon spectaculaire dans l'est des États-unis, y compris dans des zones considérées comme à très faible risque sismique.

Après des décennies régulières ou en moyenne  21 événements sismiques étaient enregistrés par an, cette activité a fortement augmenté depuis 2001, culminant à 188 tremblements de terre en 2011. L'intensité de ces séisme tend aussi à fortement augmenter, avec notamment  un record de 5,7 tremblement de terre de magnitude près de Prague, dans l'Oklahoma, qui a été le plus fort séisme jamais enregistré dans l'Oklahoma. L'USGS jusqu'alors, ensuite dépassé par le séisme du 3 septembre de 2016. Après une période de déni, les autorités et les industriels ont du se rendre à l'évidence : les rapports scientifiques montrent qu'à certains endroits, l'augmentation de la sismicité coïncide bien avec l'injection profonde d'eau et de fluides de fracturation et de déchets liquides. Ces séismes induits le sont probablement suite aux variations de pression créées par l'extraction et/ou un excès de liquide sous pression injecté profondément sous la surface. Ces séismes sont parfois baptisé “man-made” earthquakes .

Ces séismes, comme les tremblements de terre naturels peuvent être suivis de répliques  : ainsi le séisme du 3 septembre 2016, survenu près de Pawnee, Oklahoma, a été suivi de neuf répliques (de magnitudes comprises entre 2.6 et 3.6) dans les trois heures et demie qui ont suivi le tremblement qui avait secoué le sol durant près d'une minute., battant le précédent record (établi cinq ans plus tôt). Les tremblements du sol ont été ressenti à grande distance (jusqu'à Memphis, Tennessee, et Gilbert, Arizona). Mary Fallin, le gouverneur de l'Oklahoma, a déclaré la situation d'urgence pour la zone la plus concernée, et l'arrêt immédiat des puits en activité a été commandés par l'Oklahoma Corporation Commission.. Les résultats cumulés de plusieurs années de recherche conduisent l'USGS  en 2015 à fortement suggéré que la plupart des séismes importants survenus dans tout l'Oklahoma (dont un séisme de 1952 (magnitude 5.5) à  El Reno,) peuven tavoir été induits par l'Homme, suite à l'injection en profondeur des déchets liquides de l'industrie pétro-gazière.

Liens externes

• EPA - Injection Souterraine Programme de Contrôle de la