Gaz Naturel : usages, chaine de valeur, impact environnemental

Par Florian Tostivint

Responsable éditorial - énergie

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Le gaz naturel joue un rôle clé dans le mix énergétique mondial, alimentant des millions de foyers et d’industries à travers le monde. Sa composition, majoritairement à base de méthane, lui confère des propriétés énergétiques intéressantes, mais aussi un impact environnemental à ne pas négliger. Utilisé pour le chauffage, la production d’électricité ou encore comme carburant, il offre certains avantages en matière d’efficacité et d’émissions réduites par rapport au charbon et au pétrole. Son exploitation repose sur une chaîne de valeur complexe, impliquant producteurs, transporteurs, négociants et fournisseurs.

Qu'est-ce que la molécule de gaz naturel ?

La molécule de gaz naturel est principalement composée de méthane (CH₄), un hydrocarbure léger, ainsi que de petites quantités d'autres gaz comme l'éthane (C₂H₆), le propane (C₃H₈), le butane (C₄H₁₀) et le pentane (C₅H₁₂). Ce gaz fossile s'est formé sur des millions d'années par la décomposition de matières organiques sous haute pression et température dans le sous-sol terrestre.

Ses fonctionnalités ont été découvertes progressivement, avec des traces d'utilisation dès l'Antiquité en Chine, où il était acheminé via des bambous pour l'éclairage et la cuisson. Cependant, ce n'est qu'au XIXᵉ siècle, avec l'essor de l'industrialisation et le développement des infrastructures énergétiques, que ses propriétés énergétiques ont été pleinement exploitées.

On distingue plusieurs types de gaz naturel en fonction de leur origine et de leur mode d'extraction :

• Gaz conventionnel : provenant de formations géologiques poreuses et perméables, il est extrait par des méthodes traditionnelles de forage. 
• Gaz non conventionnel : inclut le gaz de schiste (emprisonné dans des roches sédimentaires argileuses), le gaz de charbon (présent dans les veines de charbon) et le gaz de réservoirs compacts (piégé dans des roches peu perméables).
• Biogaz : issu de la fermentation de matières organiques (déchets agricoles, boues d'épuration) en absence d'oxygène, il est principalement composé de méthane et de dioxyde de carbone. Après épuration, il devient du biométhane, ayant des propriétés similaires au gaz naturel fossile.

Ses usages

• Production d’électricité : il est utilisé dans des centrales thermiques à flamme pour produire de l’électricité grâce à des turbines à gaz ou des cycles combinés, qui offrent un rendement énergétique élevé et des émissions de CO₂ réduites par rapport au charbon. Il joue aussi un rôle dans l’équilibrage des réseaux électriques en complément des énergies renouvelables, les centrales à gaz étant flexibles et réactives.
• Chauffage résidentiel et commercial : il est couramment employé pour alimenter les chaudières, les radiateurs à eau et les chauffe-eaux dans les logements, les bureaux et les bâtiments industriels.
• Cuisine domestique et professionnelle : les cuisinières à gaz et les fours à gaz, utilisées aussi bien dans les foyers que dans les restaurants, offrent un contrôle précis de la chaleur et sont une alternative aux plaques électriques.
• Production industrielle de chaleur : il est utilisé dans les procédés nécessitant de la chaleur à haute température, comme la sidérurgie, la fabrication de verre, la production de ciment ou le raffinage du pétrole.
• Chimie et pétrochimie : il sert de matière première pour la fabrication d’engrais (via l’ammoniac), de plastiques, de solvants et d’autres produits chimiques essentiels à de nombreux secteurs industriels.
• Transport (GNV) : il est utilisé sous forme de Gaz Naturel Comprimé (GNC) ou Gaz Naturel Liquéfié (GNL) pour alimenter des véhicules tels que les bus, les camions et même certains navires, réduisant ainsi les émissions polluantes par rapport aux carburants classiques.
• Cogénération et trigénération : il permet de produire simultanément de l’électricité et de la chaleur (cogénération), voire du froid (trigénération), améliorant ainsi l’efficacité énergétique des bâtiments et des sites industriels.
• Production de chaleur pour les serres agricoles : il est utilisé pour le chauffage des serres et, dans certains cas, le CO₂ produit lors de sa combustion est récupéré pour stimuler la croissance des plantes.
• Production d’hydrogène : il est la principale source de production d’hydrogène par vaporeformage, une technologie clé pour de nombreuses applications industrielles et pour le développement de l’hydrogène comme source d’énergie propre.
• Usage domestique hors réseau : dans les zones isolées non raccordées au réseau de distribution, il est transporté sous forme de GPL et conditionné en citerne et en bouteille pour être utilisé comme source d’énergie pour le chauffage et la cuisine.

Ses avantages

• Le coût du gaz est compétitif : un prix du kilowattheure en juin 2025 à 0.11 € pour le prix repère du gaz contre 0.2016 € en option Base au tarif réglementé de l'électricité.
• L'énergie fossile la moins polluante : avec des émissions d'environ 0,429 kg éqCO₂/kWh produit, comparé au fioul qui émet environ 0,777 kg éqCO₂/kWh et au charbon qui atteint environ 0,986 kg éqCO₂/kWh.
• Des réserves prouvées abondantes : encore plus de 50 années de consommation peuvent être assurées. Les techniques et la logistiques sont éprouvées.
• Une facilité d'approvisionnement pour le consommateur : aucune livraison, le réseau de canalisations lui permettent de chauffer un domicile en continu.
• Des équipements fiables et performants. garantissant un confort thermique optimal.

Ses inconvénients

• Les prix du gaz sont fluctuants : ils sont sujet à des évolutions tous les mois, et avec une forte orientation à la hausse depuis quelques années qui ne devrait pas s'inverser.
• Une énergie fossile non renouvelable : celle-ci rejette des émissions de CO₂ et ne va donc pas dans le sens de la transition énergétique ;
• Il peut être dangereux : les chaudière à gaz mal entretenues sont la cause d'intoxications au monoxyde de carbone et d'explosions.
• Une énergie qui sera in fine en extinction : à terme, la majorité des foyers se chauffera à la pompe à chaleur et les professionnels utiliseront de l'hydrogène.

La chaîne de valeur du gaz

On tourne la molette de son chauffage, de sa douche, de son évier, de sa cuisinière et de la chaleur se diffuse, se ressent dans l'eau ou jaillit par des flammes depuis les brûleurs. Or la molécule de gaz naturel qui a permis cela a parcouru un long chemin avant d'en arriver là, et de nombreuses personnes ont travaillé pour vous permettre d'en bénéficier.

Producteurs

Le gaz naturel est présent dans des gisements souterrains ; son extraction nécessite donc le forage de puits pour atteindre ces réservoirs, suivie de procédés pour séparer le gaz des autres composants. Une fois purifié, le gaz est transporté via des gazoducs ou sous forme liquéfiée (GNL) vers les zones de consommation.

Les principaux pays producteurs de gaz naturel sont les États-Unis, la Russie et l'Iran, qui possèdent également les plus grandes réserves prouvées. La Russie, le Qatar et la Norvège figurent parmi les plus grands exportateurs mondiaux de gaz. Des pays comme l'Allemagne, le Japon et la Chine sont de grands importateurs, dépendant des approvisionnements étrangers pour satisfaire leur demande interne.

En milliards de mètres cubes de gaz naturel produit - Source : Enerdata - World Energy and Climate Statistics - Graphique : Selectra

Vendeurs, acheteurs et négociants

Les vendeurs fournissent le gaz naturel extrait ou produit, les acheteurs acquièrent ce gaz pour le distribuer aux consommateurs finaux, et les négociants facilitent les transactions en achetant et vendant du gaz sans le livrer directement aux utilisateurs, contribuant ainsi à la liquidité du marché. Les dynamiques du marché du gaz naturel sont influencées par des facteurs géopolitiques, économiques et technologiques, affectant les flux commerciaux entre nations.

Le marché de gros du gaz naturel en France est structuré autour de deux segments principaux : le marché à terme et le marché spot.

Le marché à terme permet aux fournisseurs de sécuriser leurs approvisionnements en concluant des contrats pour des livraisons futures, offrant ainsi une visibilité sur les volumes et les prix. Ces contrats se divisent en deux catégories :

• les "futures", standardisés et négociés sur des bourses comme l'EEX ;
• et les "forwards", personnalisés et établis de gré à gré entre les parties.

Les contrats de long terme, souvent négociés directement avec les pays producteurs, jouent un rôle crucial dans l'approvisionnement en gaz naturel. Ces accords, d'une durée pouvant aller jusqu'à 30 ans, garantissent aux fournisseurs une source stable de gaz à des prix définis, tout en assurant aux producteurs des débouchés fiables pour rentabiliser leurs investissements.

Parallèlement, le marché spot répond aux besoins immédiats ou à très court terme des acteurs du marché. Il comprend des transactions pour des livraisons :

• le jour même (intraday) ;
• le lendemain (day-ahead) ;
• ou sur le week-end. 

Ils permettent aux fournisseurs d'ajuster rapidement leurs approvisionnements en fonction de la demande réelle. Bien que ce marché offre une grande réactivité, sa volatilité des prix incite les acteurs à l'utiliser principalement pour des ajustements marginaux plutôt que pour des approvisionnements principaux.

En France, les échanges de gaz naturel sur le marché SPOT et futures sont centralisés via le Point d'Échange de Gaz (PEG), une plateforme virtuelle où producteurs, fournisseurs et traders s'échangent des volumes de gaz. Le PEG sert également d'indice de référence pour le prix du gaz sur le marché français, influençant ainsi les tarifs proposés aux consommateurs finaux. Cette structure vise à faciliter la liquidité du marché et à assurer une transparence des prix pour tous les acteurs impliqués.

Transporteurs internationaux

Le gaz est acheminé via des gazoducs transfrontaliers et, de plus en plus, sous forme de GNL grâce à des terminaux méthaniers situés sur le littoral français. Cette infrastructure permet à la France de recevoir du gaz de différentes régions du monde, adaptant ainsi son approvisionnement aux fluctuations du marché mondial.

La France importe la quasi-totalité de son gaz naturel, principalement de Norvège, de Russie, des Pays-Bas et d'Algérie. Cette diversification des sources d'approvisionnement vise à renforcer la sécurité énergétique du pays.

Source : Ministère de la Transition Écologique - Graphique : Selectra

Transporteurs nationaux

NaTran et Teréga sont les deux principaux gestionnaires du réseau de transport de gaz naturel en France, assurant l'acheminement sécurisé et efficace du gaz sur l'ensemble du territoire. Ils acheminent le gaz sous haute pression depuis les points d'entrée nationaux jusqu'aux zones de consommation.

Leurs missions incluent l'exploitation, l'entretien et le développement des infrastructures de transport de gaz, garantissant une alimentation continue et fiable aux consommateurs.  De plus, ces deux opérateurs jouent un rôle clé dans la transition énergétique en adaptant leurs réseaux pour intégrer des gaz renouvelables et bas carbone, tels que le biométhane et l'hydrogène. 

NaTran, anciennement connu sous le nom de GRTgaz, gère un réseau de plus de 32 000 km de canalisations couvrant la majeure partie du pays, tandis que Teréga est responsable d'un réseau de plus de 5 000 km dans le sud-ouest de la France. Ils travaillent en étroite collaboration afin de faciliter les échanges au niveau national et européen.

Distributeur

Le distributeur du gaz naturel prend le relais pour acheminer le gaz à moyenne ou basse pression jusqu'aux utilisateurs finaux. Il est en charge de gérer les réseaux urbains ou périurbains de distribution, à basse pression.

Sur 95 % du réseau français, il s’agit de GRDF. Les 5 % restants sont gérés par les Entreprises Locales de Distribution, comme à Bordeaux, Grenoble ou à Strasbourg par exemple. Leurs missions incluent la construction, l'exploitation et l'entretien du réseau de distribution, le raccordement des nouveaux clients, la relève des compteurs et la transmission des données de consommation aux fournisseurs pour la facturation.

La distinction entre les réseaux de transport et de distribution est essentielle : le réseau de transport, géré par des opérateurs tels que GRTgaz et Teréga, , tandis que le réseau de distribution . Cette organisation assure une distribution efficace et sécurisée du gaz sur l'ensemble du territoire français.

GRDF gère plus de 200 000 km de canalisations, desservant près de 10 000 communes et plus de 11 millions de clients.

Fournisseurs

Les fournisseurs de gaz naturel jouent un rôle essentiel en tant qu'intermédiaires entre les producteurs et les consommateurs finaux. Leurs principales missions incluent l'achat de gaz sur les marchés, la commercialisation de contrats adaptés aux besoins des particuliers et des professionnels, la facturation de la consommation, ainsi que la gestion de la relation client. Ils sont également responsables de la collecte des taxes liées à la consommation de gaz et de leur reversement aux autorités compétentes. En cas de problème lié à la fourniture ou à la facturation, le fournisseur est le premier point de contact pour les clients.

Le plus connu est Engie, mais il en existe une dizaine d'autres.

Parts de marché des principaux fournisseurs de gaz en France métropolitaine sur le segment résidentiel - À jour en décembre 2024 - Source : CRE

Son impact sur l'environnement

Face aux préoccupations environnementales et aux engagements climatiques, la production de gaz naturel évolue vers des pratiques plus durables. Le développement du biométhane, un gaz renouvelable produit à partir de déchets organiques, est encouragé pour réduire l'empreinte carbone. Parallèlement, les technologies de capture et de stockage du carbone (CSC) sont explorées pour atténuer les émissions liées à l'utilisation du gaz fossile.

Un important émetteur de GES

Le gaz naturel impacte de façon négative l'environnement dans la mesure où sa combustion dégage des gaz à effet de serre (GES), principaux contributeurs à l'effet de serre et donc au réchauffement climatique.

Le gaz naturel émet environ 2,75 kg de CO₂ par m³ lors de sa combustion. Toutefois, les gaz à effet de serre (GES) incluent non seulement le CO₂, mais aussi le méthane (CH₄) et le protoxyde d’azote (N₂O), qui ont un potentiel de réchauffement global (PRG) bien plus élevé. Par exemple, le méthane est environ 25 fois plus puissant que le CO₂ sur un horizon de 100 ans. Pour comparer ces gaz, on utilise l’équivalent CO₂ (éqCO₂), qui convertit leurs effets en une seule unité : ainsi, si l’on prend en compte l’ensemble du cycle de vie du gaz naturel (extraction, transport, combustion), ses émissions totales atteignent environ 2,9 kg éqCO₂ par m³, en raison des fuites de méthane dans l’atmosphère avant combustion.

Une énergie de transition

Le gaz naturel émet moins de CO₂ que le pétrole et le charbon lors de sa combustion. En moyenne :

• Charbon : environ 3,6 kg de CO₂ par kg.
• Pétrole : environ 3,1 kg de CO₂ par litre.
• Gaz naturel : environ 2,75 kg de CO₂ par m³.

Cette différence s’explique par la composition chimique des combustibles. Le charbon et le pétrole contiennent plus de carbone par unité d’énergie, alors que le gaz naturel, principalement composé de méthane (CH₄), libère plus d’énergie avec moins d’émissions de CO₂ lorsqu’il est brûlé. Le gaz naturel est ainsi souvent considéré comme une énergie de transition car il permet de réduire les émissions de CO₂ tout en assurant un approvisionnement énergétique fiable en attendant le développement massif des énergies renouvelables.

Pourquoi est-il préférable au charbon et au pétrole ?

Bien qu’il reste une énergie fossile, son faible contenu en carbone et sa polyvalence en font une alternative plus propre en attendant un basculement complet vers des énergies renouvelables et des solutions bas-carbone comme l'hydrogène ou le biogaz.

• Production d'électricité : Les centrales à gaz (cycles combinés) sont plus efficaces et émettent jusqu'à 50 % moins de CO₂ que les centrales à charbon. Elles peuvent aussi être mobilisées rapidement, ce qui les rend idéales pour compenser l’intermittence des énergies renouvelables (éolien, solaire). Certaines centrales à gaz naturel dernière génération, dites à cogénération, permettent même de produire à la fois de l'électricité et de la chaleur, pour un rendement encore plus élevé.
• Chauffage et industrie : Le gaz naturel est une source de chaleur plus propre et plus efficace que le fioul ou le charbon, ce qui le rend largement utilisé pour le chauffage résidentiel, les procédés industriels et la production de vapeur. Pour les besoins domestiques, il reste plus polluant que le bois de chauffage, lequel reste de très loin l'énergie de chauffage la plus écologique (20 fois moins d'émissions de CO₂ que le gaz naturel)
• Mobilité : Utilisé sous forme de GNV (gaz naturel pour véhicules) ou de bioGNV, il émet moins de particules fines et de CO₂ que l'essence ou le diesel - ce qui est donc aussi bon pour la qualité de l'air.

Des risques environnementaux plus élevés avec le gaz de schiste

L'extraction et le transport du gaz naturel conventionnel présentent peu de risques environnementaux. Dans les rares cas de fuite des réseaux, le gaz naturel n'entraîne pas de risque de marée noire ou de contamination des sols. Il s'échappe toutefois par les airs, ce qui entraîne des conséquences négatives sur le réchauffement de la planète ; le gaz naturel est une forme de méthane, soit un important gaz à effet de serre (GES).

Toutefois, l'exploitation du gaz de schiste suscite davantage de questionnements sur son impact environnemental. Le gaz emprisonné à faible densité dans les roches de schiste nécessite de fracturer le sol, ce qui réclame des quantités d'eau faramineuses. Les additifs utilisés présentent des risques de pollution des nappes phréatiques et des rivières est notable.

Pour rappel, le gaz de schiste est une forme de gaz naturel, considéré comme "non conventionnel" car emprisonné dans des roches sédimentaires argileuses appelées schistes, nécessitant des techniques d'extraction adaptées.

Quels substituts au gaz naturel ?

Le gaz naturel est un combustible fossile, c'est-à-dire qu'il est a été extrait de roches sédimentaires et que sa combustion revient à rejeter dans l'atmosphère du carbone qui serait autrement resté sous la terre.

Le biométhane

Le biométhane est un gaz renouvelable produit par l'épuration du biogaz, lui-même issu de la fermentation de matières organiques telles que les déchets agricoles, industriels ou ménagers.

Ayant une composition chimique et des propriétés énergétiques similaires à celles du gaz naturel, il peut être injecté directement dans les réseaux gaziers existants sans nécessiter de modifications des infrastructures. Son utilisation permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre, contribuant ainsi à la transition énergétique vers des sources d'énergie plus durables.

La France, grâce à l'étendue de son secteur agricole, peut envisager un fort développement pour le secteur du biométhane. Celui-ci a le potentiel de couvrir les trois quarts, voire la totalité de la consommation de gaz du pays.

Il est d'ores-et-déjà possible de consommer du biogaz plutôt que du gaz naturel standard sans même changer ses appareils, grâce aux certificats de production de biogaz. Cela permet de réduire son empreinte carbone, tout en soutenant la filière nationale.

L'hydrogène

L'hydrogène est également envisagé comme un substitut potentiel au gaz naturel. Lorsqu'il est produit par électrolyse de l'eau en utilisant de l'électricité provenant de sources renouvelables, on parle d'hydrogène "vert". Cet hydrogène peut être injecté en mélange dans les réseaux de gaz naturel ou utilisé directement comme vecteur énergétique propre, notamment dans l'industrie et les transports.

Son utilisation contribue à la décarbonation des secteurs énergétiques.