Destinée à déterminer si un gisement potentiel peut être ou non exploité, l'exploration des sous-sols dure entre 5 et 6 ans. Elle permet de déterminer l'étendue des gisements, mais aussi la composition de la roche-réservoir dont va dépendre la faisabilité technique mais aussi économique d'une éventuelle production.

Phase 1 : localiser les réserves potentielles

Pour déterminer si une région recèle des gisements potentiels, il faut étudier la roche-mère et les caractéristiques géologiques du sous-sol. Ces études préliminaires durent de 1,5 à 2 ans. Elles se fondent sur l'analyse de divers échantillons et données : échantillons de roche-mère prélevés sur des sites où elle affleure en surface, échantillons du sous-sol et données préexistants (carottes, données sismiques, déblais d'anciens forages, etc.) L’analyse de ces données permet d’élaborer les premières hypothèses sur :

• l'épaisseur de la roche-mère,
• son étendue,
• sa composition en minéraux (en particulier sa richesse en argiles).

Les deux premiers éléments servent à évaluer les dimensions d'un réservoir, le troisième conditionne la réaction de la roche à la fracturation.

Si les dimensions et les caractéristiques géologiques du réservoir étudié sont prometteuses, la seconde phase d'exploration est enclenchée pour évaluer la quantité de gaz présent dans le gisement.

Phase 2 : évaluer la quantité de gaz disponible à l'exploitation

Cette phase dure également entre 1,5 et 2 ans et constitue le démarrage du volet opérationnel des travaux. Son but est d’acquérir des données plus pertinentes afin de mieux connaître le réservoir et d’évaluer plus précisément sa richesse en gaz.
La phase 2 s'appuie sur le forage d‘au moins 1 à 2 puits verticaux classiques permettant d'atteindre la roche-mère. Ils servent à récupérer des échantillons, appelés carottes, qui vont permettre de mesurer très précisément plusieurs paramètres de cette roche dont la porosité et la perméabilité. Il est important de disposer de ces éléments car on sait de la roche que :

• Moins elle est poreuse, plus ses pores (espaces entre les grains de la roche) sont petits, et moins elle peut stocker d'hydrocarbures.
• Moins elle est perméable (c'est-à-dire plus elle est compacte), moins les fluides peuvent y circuler.

D’autres mesures sont réalisées sur ces échantillons comme des tests de fracturation. La phase 2 permet ainsi de cibler les gisements les plus prometteurs en termes de volume de gaz et d'extraction possible. Seules ces zones précisément définies feront l'objet d’un passage à  l'étape suivante.

Phase 3 : estimer la rentabilité du gisement

Cette ultime étape du processus (1 à 2 ans) permet d'apprécier la rentabilité du gisement et les conditions de son exploitation en fonction des études environnementales et sociétales précédemment conduites.

On commence par des essais de fracturation in situ sur au moins 1 ou 2 puits verticaux, afin d'étudier comment la roche-mère se fissure dans les conditions de fond. Les puits forés lors de la phase précédente sont généralement réutilisés, mais il peut être utile de recourir à des forages supplémentaires pour  mieux appréhender et délimiter la zone des réserves. Des études sismiques sont possibles en complément des études déjà réalisées.

Les tests in situ permettront également de mettre au point les techniques qui seront les plus appropriées car chaque zone de forage a ses spécificités.

Les tests de production des puits se feront sur plusieurs semaines, le temps d’étudier le comportement technique des puits et leur rentabilité.

Si les résultats sont encourageants, les étapes suivantes sont réalisées :

• forage de puits exploratoires horizontaux afin de drainer une surface suffisante de réservoir
• fracturation hydraulique de la roche-mère
• suivi de la productivité du puits sur quelques semaines,
• étude de la faisabilité économique intégrant les résultats des tests de production, les contraintes techniques, environnementales et sociétales.

Ce n’est qu’à l’issue de l’ensemble de ces analyses que la décision pourra être prise d’évoluer vers la phase d’exploitation.