Le gaz de schiste, également appelé gaz de roche-mère (ou plus rarement au Québec « gaz de shale »Gaz de schiste ou gaz de shale ? , Office québécois de la langue française, consulté le 8 août 2013.), est un gaz naturel contenu dans des roches marneuses ou argileuses riches en matières organiques, roches qui peuvent avoir une structure litée de schisteIl s'agit alors de roches sédimentaires et non des schistes métamorphiques, voir schistes-carton.. Contrairement au gaz naturel conventionnel qui est retenu dans une roche perméable permettant une exploitation facile, le gaz de schiste est piégé dans les porosités d'une roche rendue imperméable par l'argile qu'elle contient. L'extraction du gaz de schiste, particulièrement difficile, nécessite le recours systématique aux techniques combinées du forage directionnel et de la fracturation hydraulique à grands volumes particulièrement coûteuses. Les roches-réservoir contenant du gaz de schiste peuvent aussi contenir de l'huile de schiste (pétrole non conventionnel), mais dans des proportions beaucoup plus faibles.
L'exploitation à grande échelle du gaz de schiste a démarré au cours des années 2000 lorsque le prix des hydrocarbures de roche-mère s'est établi durablement au-dessus d'un seuil élevé en relation avec la stagnation de la production du pétrole et du gaz conventionnel et la croissance de la consommation énergétique mondiale. Ces prix ainsi que les avancées dans le domaine des techniques d'extraction ont permis de financer les investissements très importants nécessaires pour permettre la mise en production de nombreux puits aux États-Unis. Ce pays a joué un rôle de pionnier dans la mise en exploitation de cette nouvelle ressource : le gaz de schiste y représentait en 2012 une proportion importante du bouquet énergétique, mais en 2013 sa progression s'est interrompue, les investissements ont chuté et les prix du gaz ont nettement remonté. Grâce au gaz de schiste les États-Unis sont passés en 2012 du au dans le classement des importateurs nets de gaz naturel et dans l'avenir pourraient, selon certaines prévisions, redevenir un exportateur net d'énergie. Les réserves dans le monde sont estimées en 2013 à 207 billions de mètres cubes de gaz de schiste (32 % des réserves totales de gaz naturel) et de barils d'huile de schiste (10 % des réserves totales de pétrole). Les réserves de gaz de schiste sont réparties sur tous les continents mais la Chine, l'Argentine, l'Algérie et les États-Unis en sont dans cet ordre les plus gros détenteurs. De 2010 à 2012, l'augmentation de la production de gaz de schiste aux États-Unis et au Canada a entraîné une pression à la baisse du prix du gaz qui a réduit la capacité de la Russie à dicter des prix élevés pour le gaz naturel qu'elle exporte vers l'Europe ; les effets du boom du gaz de schiste sur les marchés internationaux de l'énergie ont été très importants, en particulier en Europe : hausse de la production d'électricité à base de charbon aux dépens du gaz, diminution de l'attractivité économique des énergies renouvelables, etc.
Les problèmes environnementaux associés à l'extraction du gaz de schiste, notamment l'utilisation intensive et la pollution des réserves d'eau, l'augmentation des tremblements de terre ainsi que l'émission de gaz à effet de serre, entraînent dans certains pays, y compris aux États-Unis, une défiance de l'opinion publique. Le sujet fait l'objet de controverses très vives qui opposent d'une part ceux qui voient dans la mise en exploitation de cette ressource de gaz non conventionnel un moyen de diminuer les importations énergétiques et d'augmenter les revenus du pays ainsi et de l'industrie pétrolière et d'autre part différents mouvements mettant en avant des arguments de sécuritéGaz dans les napes phréatiques. et d'écologie.
Pour cette raison, dans certains pays comme la France, la recherche et la production du gaz de schiste font l'objet en 2013 d'un moratoire. Depuis fin 2018, du gaz de schiste américain est importé en France. En 2024, pour la première fois, l'EIA observe une tendance annuelle à la baisse pour l'extraction de gaz de schiste aux Etats-Unis, non pas en raison d'un épuisement des réserves, mais d'une baisse des cours du gaz qui rend certains forages non rentables.
thumb|upright=1.5|Carte d'estimations des réserves de gaz de schiste : 48 grands bassins répartis dans étudiés par l'EIA en 2011.
Géologie vignette|Le gaz de schiste est extrait notamment des schistes noirs d'Utica présents dans la région de New York.
Le gaz de schiste est présent dans certains « schistes » argileux sédimentaires non-métamorphiquesTravaux publics et Services gouvernementaux Canada (2013), Shale gas : gaz de schiste ou gaz de shale?, consulté 2013-08-08, aussi appelés au Canada, « shale » désignant toute Dictionnaire de Géologie, Alain Foucault et Jean-François Raoult, Collection : UniverSciences, Dunod, ), 416 p, ., le terme lithologique francophone approprié pour la roche en tant que telle étant argilite ou parfois siltite, selon la granulométrie. En effet, en géologie, le mot schiste désigne plus largement des roches métamorphiques feuilletées ou non. Contrairement au gaz naturel conventionnel qui migre et se concentre dans des roches réservoirs poreuses, le gaz de schiste reste piégé dans la roche-mère qui lui a donné naissance et est donc faiblement concentré. Il se compose essentiellement de méthane. Les couches de schistes sédimentaires dans lequel il se forme se trouvent à des profondeurs comprises généralement entre deux et quatre kilomètres et forment des bancs de plusieurs centaines de mètres de long. L'épaisseur, qui est variable, peut permettre une extraction économiquement viable si elle dépasse .
Le gaz de schiste est exploité depuis des années (gaz conventionnel) dans des schistes fracturés naturellement, mais la matrice rocheuse des schistes présente une faible perméabilité (le gaz y est piégé dans les pores ou des résidus de matière organique). L'exploitation commerciale à grande échelle nécessite donc une fissuration artificielle de la roche, voire l'utilisation de produits chimiques pour augmenter la perméabilité du schiste et la désorption du gaz ; l'essor du gaz de schiste ces dernières années a été stimulé par l'utilisation à grande échelle de la technique de fracturation hydraulique. Le taux de récupération possible est de l'ordre de 20 à 40 %.
Les schistes ayant un potentiel économique gazier sont riches en matières organiques (0,5 % à 25 %). Ce sont habituellement des roches sources pétrolières à l'origine de gaz thermogéniques (l'action de la chaleur et les pressions élevées convertissent le pétrole en gaz naturel). Ils doivent être assez fragiles et assez rigides pour se fracturer et maintenir leurs fractures ouvertes. Dans certaines régions, les couches schisteuses à fort rayonnement gamma naturel sont réputées plus productives : un niveau élevé de rayonnement gamma est souvent corrélé à une forte teneur en carbone organiqueSteven Schame et Jeffery Quick, Manning Canyon Shale: Utah’s Newest Shale Gas Resource; GEOX, 2010). Ce sont des schistes gris foncé, éventuellement carbonés et calcaires.
Techniques d'extraction vignette|400px|Schéma des différents types de source géologique du gaz naturel A Gaz associé (aux gisements de pétrole), B Gaz conventionnel non associé, C Gaz de houille, D Gaz de réservoir ultracompact, E Gaz de schiste vignette|Installation en surface pour les opérations de fracturation. thumb|Derrick et plateforme de forage d'un puits de gaz de schiste à Marcellus (Pennsylvanie, États-Unis).
La technique d'extraction la plus courante s'appuie sur le forage dirigé avec de longues portions horizontales associé à la fracturation hydraulique.
Forage directionnel Dans un forage directionnel, le puits foré comprend une partie verticale destinée à atteindre la bonne profondeur (entre et ) et une partie horizontale longue de plusieurs kilomètres qui permet de drainer dans sa longueur la couche géologique contenant le gaz, comme le montre le schéma ci-contre. L'objectif du forage horizontal est d'augmenter la surface du puits en contact avec le gisement pour compenser la faible perméabilité de la roche. Dans le schiste, un puits de ce type, malgré l'utilisation de la fracturation hydraulique, ne permet de drainer qu'un volume de roche limité : latéralement environ de part et d'autre du puits et verticalement quelques dizaines de mètres (limité par l'épaisseur de la roche mère). Il faut donc forer beaucoup plus de puits que dans le cas de l'extraction d'hydrocarbures conventionnels. Pour limiter l'emprise au sol des installations, les têtes de puits sont regroupées en un point central (puits en cluster) pouvant comprendre de 10 à 30 puits. La multitude de puits forés en fait une technique mal adaptée aux milieux urbanisés ou caractérisés par une densité de population importante.
Fracturation hydraulique La fracturation hydraulique (ou fracking)Concept défini comme suit par la commission européenne : source : de la Recommandation relative aux principes minimaux applicables à l'exploration et à la production d'hydrocarbures (tels que le gaz de schiste) par fracturation hydraulique à grands volumes ref:C(2014) 267 /2 consiste à provoquer avant la mise en production du puits un grand nombre de micro-fractures (de l'ordre du millimètre) dans la roche contenant le gaz, ce qui rend celle-ci poreuse et permet au gaz ou à l'huile de schiste de se déplacer jusqu'au puits afin d'être récupéré en surface. La fracturation est obtenue par l'injection d'eau à haute pression (environ 300 bars à mètres de profondeur et au moins 500 bars à ). dans la formation géologique en passant par le puits horizontalvidéo : le schiste bitumineux sur ina.fr. L'eau qui est injectée contient des additifs variésQuels produits chimiques sont utilisés afin d'améliorer l'efficacité de la fracturation : du sable : de granulométrie adaptée, il doit s'insinuer dans les micro-fractures et empêcher qu'elles se referment ;