déc '13/jan '14

Des ondes pour faire fondre la roche

La solution pour ne plus forer étape par étape

Par Pierrick Blin et Antoine Dion-Ortega

Pour trouver le site de forage, il suffit de suivre le gros câble électrique qui part des génératrices. Sur place, le martèlement aigu, caractéristique du forage au diamant, ne se fait guère entendre. Les seuls bruits perceptibles sont ceux du sifflement de l’air qui entre et sort du trou de forage et le ronronnement sourd du gyrotron, sorte de canon envoyant dans les profondeurs du sol des ondes si puissantes qu’elles y vaporisent la roche. À l’embouchure du trou, les nanoparticules sont aspirées vers le bassin de captation.

Cette situation pourrait bien devenir réalité d’ici une dizaine d’années grâce à la nouvelle technologie de forage par ondes millimétriques dirigées, invention du professeur Paul Woskov du Plasma Science and Fusion Center (PSFC), au MIT. L’idée? Utiliser la technologie d’émission d’ondes millimétriques pour répondre au besoin le plus pressant de la géothermie : développer une technologie de forage plus efficace.

« La technologie que j’ai développée, appelée gyrotron, est similaire au rayon laser, à la différence qu’elle utilise une onde plus longue », explique M. Woskov. L’idée d’utiliser le laser pour concentrer sur un point une immense quantité d’énergie et faire exploser la roche ne date pas d’hier. Il a été largement expérimenté dans la réalité, mais s’est avéré inefficace pour des raisons d’hygiène. En effet, le laser n’opère bien que dans un environnement d’une propreté irréprochable : la moindre particule suffit à dévier sa courte longueur d’onde de sa cible. L’éjection de particules étant inévitable lors d’un forage, il était impératif de trouver un autre système.

C’est ainsi que M. Woskov eut l’idée d’utiliser les ondes millimétriques, qui ont une longueur d’onde mille fois plus grande que le laser. « Lorsque les ondes sont plus longues, les particules diminuent significativement, au point de pratiquement disparaitre », affirme-t-il. Les ondes millimétriques n’étaient pas, à ce jour, considérées comme pouvant être dirigées sous forme de rayon, en raison de leur divergence naturelle à l’air libre. « Ces ondes agissent comme la lumière d’une lampe de poche : elles divergent et ne peuvent perdurer sur de longues distances », explique M. Woskov. « Cette contrainte n’existe pas dans un environnement de forage. Les ondes vont opérer en un rayon concentré, sur une longue distance. » Le rayon sera mené par un tube, jusqu’à la distance appropriée.

La concentration du rayon permet de faire chauffer la roche à des températures approchant les 3000 degrés Celsius, la transformant ainsi en liquide ou même en vapeur. Il est possible de creuser n’importe type de roche à un rythme similaire à celui du forage au diamant, soit 10 à 15 mètres par heure. Le grand avantage survient lorsque le trou devient plus profond. « Le forage mécanique peut évoluer bien plus vite que 15 km heure à la surface, par contre dès que vous atteignez des profondeurs de quelques kilomètres, vous êtres chanceux si vous avancez à 1 ou 2 km heure », dit M. Woskov. « Le gyrotron, lui, maintient un rythme de 10 km heure, peu importe la profondeur. »

Il en coûterait de 20 à 25 dollars le mètre pour creuser un diamètre de 4 pouces, et 100 dollars pour un diamètre de 10 pouces, évalue-t-il. « Dans le cas d’un trou de sept kilomètres, à 10 cents du kilowattheure, j’en arrive à un coût de 450 000 dollars en électricité. » Les autres coûts devraient se maintenir à des niveaux comparables au forage mécanique, croit-il.

L’art du forage ne consiste pas seulement à creuser : il faut aussi évacuer les résidus de forage et consolider la paroi, deux étapes qui ont dû être repensées. Le tube du rayon, plus petit que le trou lui-même, sert de conduit pour acheminer du gaz à la surface de forage, ce qui permet non seulement de refroidir la vapeur de roche et la transformer en nanoparticules, mais aussi de créer une pression d’air qui puisse évacuer ces particules par l’espace entre la roche et le tube. (voir le schéma)

À mesure de leur avancée dans le sol, les ondes consolident les parois de forage. La surface en contact direct avec le rayon millimétrique est pulvérisée, tandis que la surface périphérique, soumise à une moins grande énergie et donc à des températures plus basses, fond ou se vitrifie. Les parois du trou, transformées en une couche de verre, servent autant à consolider le trou qu’à diriger l’approvisionnement en eau.

Une étape à la fois

Bien que les tests en laboratoires se soient avérés prometteurs, M. Woskov est conscient qu’il reste bien des étapes avant la commercialisation du forage par ondes millimétriques. Selon lui, il faudra encore attendre une dizaine d’années avant d’en arriver à une technologie applicable par l’industrie. « Nous avons besoin d’un projet pilote de démonstration pour faire nos preuves auprès de la communauté », dit-il.

Le développement du gyrotron se fera par étapes, à mesure que l’on lui trouvera des applications sur le terrain. « Il y a une multitude d’applications possibles, en surface et en profondeur, qui peuvent graduellement améliorer la technologie vers des opérations plus importantes, telles l’excavation ou l’aménagement de galeries », explique le président d’Impact Technology et partenaire du projet, Kenneth D. Oglesby. « Pour en arriver à de telles applications, on devra encore patienter trois à cinq ans avant la commercialisation. » La vitrification des parois, par exemple, est tout à fait compatible avec le forage mécanique et pourrait déjà être pratiquée.

Les applications à grande profondeur du gyrotron suscitent un intérêt certain au sein des sociétés pétrolières, gazières et géothermiques, mais son efficacité reste à démontrer, croit M. Oglesby. « Quand vous en êtes à des applications aussi profondes si tôt dans la recherche, ça implique du financement gouvernemental », dit-il toutefois. « Le département de l’Énergie a été prompt à mettre sur la table l’argent que l’industrie n’a pas mis. Impact Technology a saisi le potentiel de cette découverte à transformer les méthodes de forage. »

M. Woskov a bon espoir que sa technologie trouve des applications complémentaires au forage mécanique. « Ça pourrait être le créneau initial dans l’industrie », dit-il. « Quand ils seront bloqués, il n’auront qu’à diriger le rayon pour se frayer un chemin dans la roche. »

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