Nomenclature
Le nom de l'unité provient de la ville d'Utica, dans l'État de New York, où ces shales ont d'abord été décrits dans la vallée de la Mohawk. La même unité, ou ses équivalents, se suit dans une grande partie du nord-est de l'Amérique du Nord, notamment en Ontario, dans l'État de New York, en Pennsylvanie et en Ohio.
En français, l'expression « schiste d'Utica » s'est imposée dans l'usage courant et médiatique, en particulier lors du débat sur le gaz de schiste. Les géologues lui préfèrent toutefois le terme shale d'Utica, parce qu'en pétrographie le mot « schiste » désigne d'abord une roche métamorphique à foliation, alors que l'Utica est une roche sédimentaire argileuse finement litée. C'est la forme « Shale d'Utica » qu'emploient la Commission géologique du Canada et plusieurs documents déposés au Bureau d'audiences publiques sur l'environnement (BAPE).
Dans la littérature régionale, l'unité est traitée tantôt comme une formation, tantôt comme un groupe, selon les auteurs et les époques. Elle occupe une position constante dans la succession stratigraphique de la plate-forme du Saint-Laurent, ce qui en fait un repère pour la corrélation des forages.
Lithologie et stratigraphie
Le shale d'Utica est une roche à grains très fins composée principalement de shale noir calcareux et de marne. Il se distingue de nombreux autres shales argileux par une proportion élevée de carbonates, caractéristique qui influe sur ses propriétés mécaniques et sur sa réponse à la fracturation. La roche renferme une quantité appréciable de matière organique, à l'origine de sa couleur sombre et de son intérêt comme roche mère d'hydrocarbures.
Position dans la succession
Dans le bassin des basses-terres du Saint-Laurent, l'unité s'inscrit dans la séquence sédimentaire cambro-ordovicienne de la plate-forme du Saint-Laurent :
| Position | Unité | Lithologie dominante |
|---|---|---|
| Au-dessus | Groupe de Queenston | Shales et grès rouges |
| Au-dessus | Groupe de Lorraine | Shales et siltstones |
| Unité | Shale d'Utica | Shale noir calcareux, marne |
| En dessous | Groupe de Trenton | Calcaires |
Le passage du calcaire du Trenton au shale de l'Utica traduit un approfondissement du milieu de dépôt, tandis que la transition vers les shales et siltstones du Lorraine marque l'arrivée croissante de sédiments détritiques. Les unités sus-jacentes, en particulier le Lorraine et le Queenston, jouent un rôle important dans l'évaluation de l'isolement de l'Utica par rapport aux aquifères de surface, question étudiée dans les synthèses géologiques et hydrogéologiques produites pour le BAPE.
Répartition au Québec
Le shale d'Utica affleure peu au Québec : il se trouve surtout en profondeur, sous la couverture des unités plus jeunes et des dépôts meubles quaternaires des basses-terres du Saint-Laurent. Son aire de répartition s'étend globalement entre la région de Montréal et celle de Québec, de part et d'autre du fleuve.
Les secteurs principalement concernés par les études et les travaux d'exploration se trouvent sur la rive sud du Saint-Laurent, dans les régions administratives suivantes :
- la Montérégie ;
- le Centre-du-Québec ;
- la Chaudière-Appalaches.
L'unité s'enfonce de façon générale vers le sud-est, en direction des Appalaches. Sa limite orientale est associée à la ligne de Logan, grand accident tectonique qui sépare les roches relativement peu déformées de la plate-forme du Saint-Laurent des nappes charriées de la province géologique des Appalaches. Les failles normales qui découpent la plate-forme en blocs font varier la profondeur de l'unité d'un secteur à l'autre, de quelques centaines de mètres près de la bordure nord-ouest du bassin à plusieurs kilomètres à proximité du front appalachien.
Cette géométrie explique que les travaux d'exploration gazière aient porté sur une bande située entre la vallée du Saint-Laurent et le pied des Appalaches, là où l'Utica se trouve à une profondeur et dans un état de maturation thermique jugés favorables.
Contexte géologique
Les sédiments de l'Utica se sont déposés à l'Ordovicien supérieur, il y a environ 450 millions d'années, dans une mer qui recouvrait alors la bordure de l'ancien continent Laurentia. Cette période correspond à l'orogenèse taconienne, épisode de formation de montagnes lié à la fermeture partielle de l'océan Iapetus et à l'accrétion d'arcs volcaniques contre la marge laurentienne.
La surcharge exercée par les nappes taconiennes a provoqué la flexion de la croûte et la formation d'un bassin d'avant-pays. La plate-forme carbonatée sur laquelle s'étaient accumulés les calcaires du Trenton s'est alors affaissée, et des boues riches en matière organique se sont déposées dans des eaux plus profondes et peu oxygénées, favorables à la préservation du carbone organique. Le comblement progressif du bassin par des sédiments issus de l'érosion des reliefs taconiens a ensuite produit les shales et siltstones du Lorraine, puis les couches rouges du Queenston.
L'enfouissement subséquent des sédiments a porté l'Utica à des températures suffisantes pour transformer une partie de sa matière organique en hydrocarbures. Le degré de maturation thermique augmente généralement vers le sud-est : selon les secteurs, la roche se situe dans la fenêtre à huile, dans la fenêtre à gaz humide ou dans celle du gaz sec. La tectonique appalachienne a par la suite déformé et charrié la partie orientale du bassin le long de la ligne de Logan.
Potentiel en hydrocarbures
Les propriétés minéralogiques du shale d'Utica, sa teneur en matière organique et son histoire thermique en font une roche mère d'hydrocarbures. Certaines portions de l'unité ont aussi été étudiées comme réservoir non conventionnel, c'est-à-dire une roche de très faible perméabilité dans laquelle le gaz demeure piégé et ne peut être extrait qu'au moyen de forages horizontaux et de fracturation hydraulique.
La Commission géologique du Canada a publié des travaux sur les caractéristiques géologiques de l'Utica et sur l'évaluation de ses ressources pétrolières et gazières, en examinant aussi ses rapports avec les unités sus-jacentes du Lorraine et du Queenston. Les estimations de ressources publiées varient sensiblement selon les études, les méthodes et les hypothèses retenues. Ces estimations portent sur des volumes en place ou techniquement récupérables ; elles ne correspondent ni à des réserves prouvées ni à une production commerciale.
Selon Ressources naturelles Canada, aucune production commerciale de pétrole brut ou de gaz naturel n'a lieu au Québec, et le nombre de puits forés dans l'Utica n'a pas permis de préciser son potentiel. La teneur élevée en carbonates de la roche, sa profondeur variable et la complexité structurale de la plate-forme figurent parmi les facteurs examinés dans l'évaluation de sa capacité à produire.
Ailleurs en Amérique du Nord, notamment en Ohio, l'unité Utica et ses équivalents ont fait l'objet d'une mise en valeur commerciale, ce qui a contribué à l'intérêt porté à son prolongement québécois.
Exploration et encadrement
Depuis 2022
En 2022, l'Assemblée nationale du Québec a adopté une loi mettant fin à la recherche et à la production d'hydrocarbures sur le territoire québécois, ce qui a clos la perspective d'une mise en valeur du shale d'Utica.
2013 à 2022
Un moratoire sur l'exploration du gaz de schiste dans les basses-terres du Saint-Laurent a été instauré en 2013. Durant cette période, une évaluation environnementale stratégique et de nouvelles études ont porté sur les enjeux du gaz de schiste, et un nouveau cadre législatif sur les hydrocarbures a été adopté en 2016.
2006 à 2010
L'intérêt pour l'Utica comme réservoir de gaz non conventionnel s'est manifesté au milieu des années 2000, à la suite du développement de la production de gaz de shale aux États-Unis. Selon Ressources naturelles Canada, 29 puits ont été forés dans l'Utica entre 2006 et 2010, dont 18 ont été fracturés. Ces travaux, concentrés dans les basses-terres du Saint-Laurent, ont suscité une forte mobilisation citoyenne et municipale.
En 2010, le gouvernement du Québec a confié au BAPE un mandat d'enquête sur le développement durable de l'industrie des gaz de schiste. Cette démarche a donné lieu à la production de synthèses géologiques et hydrogéologiques sur le shale d'Utica et sur les unités sus-jacentes, qui demeurent des références sur la connaissance de l'unité.
Le débat québécois a porté notamment sur la protection des eaux souterraines, l'intégrité des puits, la gestion des eaux de fracturation, la sismicité induite, les émissions de gaz à effet de serre et l'acceptabilité sociale des projets en milieu agricole et habité.