Caractéristiques gazières et principaux facteurs de contrôle dans les couches de charbon de faible rang du bassin de Wujianfang, nord de la Chine

Énergie cachée dans le charbon quotidien

En profondeur, sous le nord de la Chine, des couches épaisses de charbon tendre et de faible rang renferment discrètement une ressource surprenante : du gaz naturel, principalement du méthane. Ce gaz peut alimenter des centrales électriques et, s’il s’échappe, réchauffer la planète bien plus intensément que le dioxyde de carbone. L’étude à l’origine de cet article pose une question pratique aux forts enjeux climatiques : quelle quantité de gaz ces charbons contiennent-ils réellement, qu’est‑ce qui les retient et où se trouvent les meilleurs endroits pour l’exploiter de manière sûre et efficace ?

Un bassin façonné pour le charbon et le gaz

Les travaux se concentrent sur le bassin de Wujianfang, partie du bassin plus vaste d’Erlian en Mongolie intérieure, une région identifiée comme une frontière stratégique pour le méthane de houille de faible rang. Ici, six principaux bancs de charbon se situent à environ 600 à 1 000 mètres de profondeur, formés dans un vaste système ancien de rivières et de lacs où des marais riches en végétaux ont été enfouis à plusieurs reprises. Un banc en particulier, connu dans l’industrie sous le nom de banc 3–3, est plus épais et plus continu que les autres, ce qui en fait un point focal naturel pour l’exploration du gaz. Globalement, les couches de charbon de ce bassin peuvent atteindre plusieurs dizaines de mètres d’épaisseur totale, laissant présager un espace conséquent pour le stockage du gaz même si les charbons sont relativement jeunes et peu chauffés par la géothermie.

À quoi ressemble le charbon de près

Pour comprendre comment cette roche stocke le gaz, les chercheurs ont prélevé plus d’une centaine d’échantillons de deux puits clés et les ont soumis à une série d’analyses. Les charbons sont des types de faible rang comme la lignite et le charbon à flamme longue, riches en matière organique mais encore humides et relativement tendres. Au microscope, ils montrent de nombreux pores et fissures minces. Les mesures en laboratoire révèlent que la plus grande partie du volume poreux se trouve dans des pores petits à moyens, tandis que la majorité de la surface interne — les surfaces où le gaz peut s’adsorber — est concentrée dans des ultrafins pores de moins de dix milliardièmes de mètre. Parallèlement, les voies de circulation du gaz sont resserrées : la porosité est modérée mais la perméabilité est faible, ce qui signifie que le gaz a du mal à se déplacer sans stimulation, par exemple la fracturation hydraulique.

Quelle quantité de gaz et quelle origine ?

Les essais de désorption sur site montrent que les couches de charbon contiennent des quantités modestes mais variables de gaz, d’environ 0,45 à 1,85 mètre cube de gaz par tonne de charbon, le méthane constituant environ la moitié jusqu’à plus de quatre cinquièmes du total. L’azote est le principal gaz non hydrocarboné, avec seulement de faibles quantités de dioxyde de carbone et des traces d’hydrocarbures plus lourds. Grâce aux mesures d’isotopes stables — les empreintes subtiles des atomes constituant le méthane — l’équipe a déterminé que la majeure partie du gaz a été générée par des micro‑organismes en conditions lacustres, plutôt que par un chauffage profond de la matière organique. Ces microbes ont principalement suivi une voie analogue à la fermentation d’acides organiques simples, avec un rôle moindre pour la réduction du dioxyde de carbone, un schéma cohérent avec d’autres zones de charbon de faible rang du bassin d’Erlian.

Pourquoi la teneur en gaz varie selon les endroits

Le gaz n’est pas réparti uniformément dans le bassin. En combinant mesures de terrain et un modèle d’apprentissage automatique intégrant profondeur, épaisseur du charbon, propriétés de la roche et diagraphies, les auteurs ont cartographié la teneur en gaz pour les six bancs. Ils ont observé une répartition en taches : les zones à teneur élevée se concentrent d’abord au centre du bassin et, au fur et à mesure de son évolution, se déplacent vers le nord‑est, tandis que certaines parties du nord‑ouest présentent des charbons maigres ou pauvres en gaz. Pour expliquer cela, l’équipe a examiné de nombreux facteurs potentiels : la chimie du charbon, l’espace poreux, la profondeur d’enfouissement, l’épaisseur des bancs et la compacité des roches encaissantes. Une méthode statistique, la régression par moindres carrés partiels, leur a permis de pondérer ces facteurs simultanément plutôt qu’individuellement. Trois éléments se sont démarqués comme les plus importants : la teneur en matières volatiles (un indicateur du rang du charbon), la porosité globale et la teneur en carbone fixe. La teneur en cendres (minéraux) comptait aussi, tandis que la profondeur, l’épaisseur et la capacité d’étanchéité des couches sus‑ et sous‑jacentes jouaient des rôles utiles mais secondaires.

Conséquences pour une utilisation du gaz plus propre et plus intelligente

En rassemblant les pièces du puzzle, l’étude décrit le méthane de houille comme le produit de processus couplés : les microbes génèrent le méthane ; les pores fins et les surfaces riches en carbone du charbon le stockent ; les pores plus gros et les fractures permettent son déplacement ; et des couches épaisses et solides de mudstone au‑dessus et au‑dessous contribuent à l’empêcher de s’échapper. À Wujianfang, le bloc de développement le plus prometteur combine plusieurs bancs épais, une structure favorable au piégeage du gaz et de bonnes failles d’étanchéité, tandis que d’autres zones manquent de charbon générateur de gaz suffisant pour être attractives. En clarifiant quelles propriétés de la roche comptent le plus, ce travail aide à faire évoluer l’exploration au‑delà de la simple recherche d’épaisseur de charbon vers l’identification de « zones favorables » où ce charbon peut effectivement fournir du gaz. Cette connaissance soutient une production plus efficiente et ciblée et un meilleur contrôle du méthane — une étape cruciale pour concilier l’utilisation énergétique liée au charbon avec les objectifs climatiques à long terme et la stratégie « double carbone » de la Chine.

Citation: Hu, Y., Cai, Y., Chen, J. et al. Gas-bearing characteristics and its main controlling factors in low-rank coal seams of the Wujianfang Basin, North China. Sci Rep 16, 13355 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44456-x

Mots-clés: méthane de houille, charbon de faible rang, bassin de Wujianfang, propriétés gazières, géologie des réservoirs