L’exposition des puces d’eau, un maillon essentiel de la chaîne alimentaire aquatique, aux eaux usées de fracturation réduit leur survie et leur capacité à se reproduire, avec des conséquences potentiellement considérables, selon de nouvelles recherches.
L’extraction de combustibles fossiles à partir de réservoirs souterrains nécessite tellement d’eau qu’un scientifique de Chevron a un jour qualifié ses opérations dans le champ pétrolifère de Kern River en Californie de « compagnie des eaux qui écume le pétrole ».
Les opérations de fracturation utilisent environ 1,5 à 16 millions de gallons par puits pour libérer le pétrole et le gaz du schiste, selon l’US Geological Survey. Toute cette eau retourne à la surface sous forme d’eau usée appelée reflux et eau produite, ou PFW, contaminée par un mélange complexe de substances dangereuses dans des fluides injectés pour améliorer la production, des sels, des métaux et d’autres éléments nocifs une fois séquestrés profondément sous terre, ainsi que leur décomposition toxique des produits.
Les craintes que les déversements puissent endommager les écosystèmes sensibles ont monté en flèche avec l’expansion rapide de la fracturation aux États-Unis et au Canada il y a près de deux décennies, alors que les progrès technologiques ont permis aux sociétés énergétiques d’exploiter des réserves de pétrole et de gaz de schiste auparavant inaccessibles.
Ces préoccupations sont bien fondées, comme le montrent de nouvelles recherches. L’exposition d’animaux qui jouent un rôle essentiel dans les réseaux trophiques d’eau douce à des échantillons dilués de reflux et d’eau produite à partir de puits fracturés cause des dommages durables, ont rapporté des scientifiques plus tôt ce mois-ci dans la revue à comité de lecture Environmental Science & Technology.
Les chercheurs ont étudié les effets de FPW sur Daphnia magna, petits crustacés communément appelés puces d’eau, qui sont l’organisme de laboratoire incontournable pour étudier la toxicité dans les écosystèmes aquatiques. Ils ont obtenu les eaux usées d’un puits fracturé dans la formation de Montney, un vaste réservoir de gaz et de pétrole non conventionnels qui s’étend sur la frontière de la Colombie-Britannique et de l’Alberta dans l’ouest du Canada.
Il est bien connu que l’eau de reflux et l’eau produite nuisent à de nombreuses espèces aquatiques différentes. Il est moins clair si les espèces clés comme les puces d’eau, le lien principal entre les plantes et les poissons et autres animaux plus haut dans la chaîne alimentaire, peuvent rebondir après une exposition transitoire, comme cela pourrait se produire lors d’un déversement.
Aucune agence américaine ne recueille à elle seule des données sur les déversements d’hydrocarbures. Mais une étude de 2017 portant sur quatre États a révélé que jusqu’à 16 % des puits fracturés ont signalé un déversement chaque année entre 2005 et 2014, totalisant plus de 6 600 déversements. En Alberta, on estime que plus de 2 500 déversements de reflux et d’eau produite se sont produits de 2005 à 2012, ont rapporté Tamzin Blewett, écotoxicologue à l’Université de l’Alberta, et ses collègues dans une revue de 2020. Plus de 113 de ces déversements ont pénétré dans des lacs et des cours d’eau douce.
« Avec cette expérience, nous essayions de voir si la récupération était possible après un déversement aigu », a déclaré Blewett, auteur principal de l’étude ES&T. « Nous voulions voir comment les fluides fracturés affecteraient la reproduction et la durée de vie par rapport aux témoins, qui n’avaient jamais été exposés. »
Les scientifiques ont exposé des puces d’eau à deux dilutions différentes d’eaux usées fracturées pendant 48 heures, simulant ce que les animaux pourraient rencontrer en aval d’un déversement, en utilisant de l’eau non contaminée comme témoin. Ils ont transféré les puces dans de l’eau propre pendant les 19 jours restants de l’expérience, en suivant leur capacité à croître, à mûrir et à se reproduire.
Les puces d’eau n’ont pas bien résisté. Près de 70 % sont morts dans les eaux usées plus concentrées et la moitié sont morts dans l’échantillon le moins concentré, la plupart des décès survenant après seulement cinq jours. Ceux qui ont survécu ont mis plus de temps à mûrir et ont produit jusqu’à cinq fois moins de descendants.
Le groupe de Blewett avait exposé les animaux aux eaux usées de fracturation pendant 21 jours dans une étude précédente. Avec la nouvelle étude, elle a déclaré: «Nous avons vu que cela n’avait pas d’importance si vous étiez exposé pendant 21 jours ou 48 heures. Même une petite exposition à court terme peut avoir des effets durables.
La daphnie est un organisme d’étude populaire pour les écotoxicologues, car ce qui se passe en laboratoire a des implications dans le monde réel.
« Les daphnies vivent dans des plans d’eau douce sur une grande partie de la planète », a déclaré Aaron Boyd, titulaire d’un doctorat. candidat à l’Université de l’Alberta qui a dirigé l’étude. « Ils sont en fait dans des environnements qui nous préoccupent. »
Tout ce qui met en péril ces puces d’eau dans l’environnement pourrait déclencher des effets néfastes qui se répercutent sur l’écosystème. Les daphnies se nourrissent d’algues et d’autres organismes minuscules, et sont à leur tour la nourriture d’organismes plus gros comme les poissons. Même si un contaminant n’affecte pas directement les poissons, il peut leur nuire en anéantissant leur principale source de nourriture.
Les daphnies qui ont survécu n’étaient pas dans les meilleures conditions, a déclaré Boyd. Cela signifie que les puces exposées à ces eaux usées dans l’environnement sont susceptibles d’être moins résistantes face à des facteurs de stress supplémentaires comme, par exemple, une sécheresse ou un autre déversement. « Il y a tellement de facteurs à considérer et nous ne pouvons pas tester toutes ces choses à la fois », a-t-il déclaré. « Il reste beaucoup de questions auxquelles il faut répondre. »
Boyd et Blewett ont étudié ce que les eaux usées faisaient aux puces au niveau moléculaire, en analysant comment elles modifiaient leurs niveaux de protéines. Ils ont vu que les eaux usées arrêtaient essentiellement leur métabolisme. Cela déplace toute l’énergie des animaux pour faire face à cette agression toxique jusqu’à ce qu’ils n’aient plus d’énergie pour vivre, a déclaré Blewett.
Les résultats concordent avec la preuve que les sels, un constituant majeur du reflux et de l’eau produite, peuvent nuire et tuer la daphnie, a déclaré Sally Entrekin, écologiste aquatique à Virginia Tech qui n’a pas participé à l’étude.
« Ce qui est passionnant dans cette étude », a déclaré Entrekin, « c’est de voir les différences entre les concentrations dans l’eau de reflux et les effets persistants sur la daphnie par la reproduction qui peuvent être liés à leur physiologie individuelle. »
Les tensioactifs chimiques, ou agents tensioactifs, dans les eaux usées semblent immobiliser les animaux, qui ne peuvent pas briser la tension superficielle de l’eau et rester coincés, a déclaré Blewett. « Ce que cela va faire, c’est les assécher, donc ils sont presque morts. »
Les tensioactifs, l’un des dizaines de produits chimiques différents ajoutés aux puits, aident à libérer les hydrocarbures piégés dans les roches. Ils peuvent être principalement responsables de nuire aux puces, compte tenu de leur incapacité à se déplacer. Mais les sels sont également assez toxiques pour les organismes d’eau douce, et il y a tellement de substances nocives dans les eaux usées, y compris certaines que les chercheurs n’ont pas été en mesure d’identifier, qu’il est difficile de choisir un coupable.
Blewett prend soin de noter que la toxicité du reflux et de l’eau produite varie considérablement d’un puits à l’autre. « Mais ce puits particulier que nous utilisions est assez agressif en termes de toxicité », a-t-elle déclaré.
Une menace croissante
L’eau produite est le plus grand flux de déchets de l’extraction de pétrole et de gaz, que les entreprises déploient des méthodes traditionnelles comme l’inondation à la vapeur préférée dans le comté de Kern, en Californie, ou des méthodes non conventionnelles comme la fracturation de puits horizontaux qui s’étendent sur 10 000 pieds pour atteindre les hydrocarbures incrustés dans le schiste.
Pendant des années, les scientifiques ont pensé que la fracturation hydraulique utilisait moins d’eau et produisait moins d’eaux usées que les techniques de forage conventionnelles. Mais l’eau utilisée par puits fracturé a bondi de 770% entre 2011 et 2016, car les développeurs ont foré des puits horizontaux plus longs, selon une étude de 2017. La quantité d’eaux usées produites par un puits au cours de sa première année d’exploitation a été multipliée par près de sept au cours de cette période.
Huit États américains ont généré plus d’un milliard de barils d’eaux usées provenant de puits conventionnels et non conventionnels en 2021, selon les derniers chiffres, la Californie dépassant les 3 milliards de barils et le Texas en tête avec plus de 8 milliards de barils.
Dans la formation canadienne de Montney, la source des échantillons FPW de Boyd et Blewett, la fracturation génère en moyenne près de 160 000 barils d’eaux usées à chaque étape de forage dans un puits, soit environ 6,6 millions de gallons.
La composition et la toxicité de ces eaux usées varient selon les fluides que les opérateurs injectent dans un puits et la géologie de la formation, qui contient généralement des sels, des métaux, des éléments radioactifs et des composés toxiques comme l’arsenic.
La plupart des États n’exigent pas des entreprises qu’elles divulguent les produits chimiques qu’elles injectent dans les puits. Cela laisse les scientifiques se démener pour trouver la meilleure façon de remédier à un déversement.
Le type d’analyse que l’équipe de Blewett a fait ne serait pas possible sur le terrain, a déclaré Entrekin. « Il s’agit d’informations essentielles et précieuses pour les futures évaluations sur le terrain qui tentent de reconstituer les relations après un accident. »
Les échantillons FPW de l’étude comprenaient des composés appelés hydrocarbures aromatiques polycycliques, ou HAP, y compris la plupart des 16 que l’Environmental Protection Agency a classés comme «polluants prioritaires», en fonction de leur toxicité et de leur potentiel d’exposition humaine, entre autres facteurs.
Neuf de ces polluants prioritaires ont été signalés par les régulateurs de l’eau de Californie comme des produits chimiques utilisés dans les puits forés de manière conventionnelle qui fournissent des eaux usées pour faire pousser des cultures dans le comté de Kern. Les régulateurs ont assuré aux consommateurs que l’eau ne présentait aucun risque, mais les preuves étaient insuffisantes pour étayer les allégations de sécurité, comme l’a rapporté Pacte Climat.
L’irrigation des cultures n’est qu’une des soi-disant utilisations bénéfiques des eaux usées de l’industrie pétrolière. Il est légal d’utiliser l’eau produite comme abat-poussière sur les routes de 13 États, dont la Pennsylvanie, New York et l’Ohio. Selon une étude de 2018, cette pratique peut laisser une trace de radium cancérigène dans son sillage, ce qui présente des risques pour la vie aquatique et les personnes.
La plus grande préoccupation d’Entrekin est que des déversements non signalés ou non détectés affectent la santé des invertébrés aquatiques. De plus, l’étude sous-estime probablement ce qui pourrait arriver aux espèces d’invertébrés qui, contrairement à Daphnia, sont trop sensibles pour être élevées en laboratoire, a-t-elle déclaré. Ces espèces plus sensibles pourraient être anéanties en cas de déversement.
L’eau de reflux et l’eau produite ne devraient jamais pénétrer dans l’environnement, a déclaré Blewett. « Je ne veux en aucun cas être alarmiste, mais c’est assez toxique », a-t-elle déclaré. « Je ne voudrais jamais y être exposé. »
Les eaux usées contiennent de nombreux composés toxiques différents qui interagissent les uns avec les autres de multiples façons pour augmenter la toxicité. Il y a tout simplement trop d’inconnues sur ce que ces mélanges chimiques complexes dans les eaux usées font pour dire qu’il est sûr de mettre quelque chose, a déclaré Blewett, que ce soit des routes ou des cultures.
Blewett avait l’habitude d’étudier les effets des métaux sur les poissons et a découvert que les gens de l’industrie métallurgique travaillaient volontairement avec des scientifiques et des régulateurs pour aider à élaborer des directives de protection de la qualité de l’eau. L’industrie pétrolière et gazière, en revanche, « ne veut pas que quiconque sache quoi que ce soit », a-t-elle déclaré. « Ils ne vous donneront pas leur reflux et leur eau produite, car c’est exclusif. »
Les scientifiques parlent rarement de la difficulté d’obtenir des informations sur les produits chimiques injectés dans les puits ou d’accéder aux eaux usées des entreprises, craignant de perdre l’accès. Mais leur frustration grandit lorsqu’ils doivent nettoyer les déversements et ne savent pas à quoi ils ont affaire.
« S’il y avait plus de transparence avec la fracturation pour les personnes qui essaient d’évaluer la toxicité, cela irait loin », a déclaré Blewett. « Mais cela n’arrivera jamais parce que le pétrole et le gaz ne le laisseront pas arriver. »
