Hydrocarbure

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La figure 2 témoigne de la très inégale répartition des ressources en hydrocarbures.

Les deux grands producteurs de pétrole sont l’Arabie Saoudite (500 millions de tonnes/an) et la Russie (environ 480 millions de tonnes/an). Les Etats-Unis et l’Iran fournissent respectivement 300 et 200 millions de tonnes/an.

Figure 3 : Principaux producteurs mondiaux de pétrole

(en millions de tonnes Mt par an)

1. DEPOT ET PRESERVATION DE LA MATIERE ORGANIQUE

Le dépôt de matière organique est la première étape du processus de la formation de gisement. La matière organique est composée pour l'essentiel de carbone, d’hydrogène, d’azote et d’oxygène, elle forme ce que l’on appelle « la biomasse ». Cette biomasse est généralement détruite par des bactéries mais une faible partie (moins de 1 %) se dépose au fond de milieux aquatiques. Le pétrole prend naissance dans des milieux où au fil de millions d'années, il y a eu accumulation de matière organique, surtout végétale. Tout facteur stimulant le développement du phytoplancton et la production primaire favorise l'accumulation de biomasse. Parmi les facteurs indispensables à la photosynthèse :

-une température suffisante

-du dioxyde de carbone

-un approvisionnement en sels minéraux

-des milieux liquides peu profonds.

Or , l'activité des dorsales océaniques et volcanique libèrent de grandes quantités de dioxyde de carbone, gaz à effet de serre. De cette façon, lorsqu'il y a une activité volcanique intense, le renforcement de l'effet de serre mène à un réchauffement climatique.

De plus, sous une dorsale très actives, les remontées de magma tendent à élever le niveau marin car ils provoquent une dilatation thermique de la dorsale. En conséquence, l'océan déborde et envahit les zones basses des continents. Cette épisode appelée transgression marine, est propice au développement du plancton, donc à la production de biomasse.

Enfin, des remontées d'eaux froides, le long des bordures continentales, dues à la tectonique sont appelés courant d'upwelling. Ces courants favorisent également le développement du phytoplancton.

Dans les zones littorales et d'upwelling, des sédiments riches en matières organiques se sont accumulés. En effet, pour le cas des zones littorales, la productions primaire est intense et les capacités de minéralisation par les décomposeurs sont dépassées ; pour les zones d'upwelling , la production primaire des eaux est si importante que la dégradation de la matière organique consomme tout le dioxygène. Pour ce dernier cas, les sédiments sont dans des conditions où il n'y a aucune présence de dioxygène, favorisant donc la préservation de la matière organique.

Cependant, la tectonique des plaques peut ne pas favoriser les situations citées dernièrement , ce qui expliquerait la faible teneur en matière organique des sédiments dans certaines régions. Par exemple, des courant marins profonds s'établissent entre des régions polaires , ce qui provoque l'enfoncement des eaux polaires froides et riches en dioxygène, qui par la suite parcourent le fond des bassins océaniques. De cette façon les sédiments sont dispersés.. Ces courants sont présents dans l'océan Atlantique.

2. FORMATION DU PETROLE

Afin que la matière organique, qui est une matière inerte et solide se transforme en liquide visqueux, il faut qu'elle soit soumise à de fortes pressions et des températures élevées.

En effet, à chaque 100 mètres de profondeur, la pression que la matière organique subit sous le poids des sédiments augmente de 25 bars.

Lorsque les conditions physico-chimiques sont remplies, la matière organique se transforme en kérogène , un matériau intermédiaire pour ensuite devenir du pétrole ou du gaz.

A partir de 2200 mètres de profondeur, le kérogène se transforme en pétrole, puis à partir de 3800 mètres jusqu’à 5000 mètres il y a production d’hydrocarbures liquides. Au-delà des 5000 mètres les liquides passent à l’état gazeux : gaz méthane.

Figure 4 : Hydrocarbures générés à partir du kérogène en fonction de la profondeur d’enfouissement (©2011, d'après le département de géologie de l'université Laval)

Pour qu'il y ait création de pétrole, il faut donc que des conditions particulières soient regroupées dont l'enfouissement profond et une température suffisante, comme c'est le cas dans les bassins sédimentaires.

Les zones où le socle s'enfonce progressivement sont le lieu où ces structures géologiques s'installent, ce phénomène à un nom : phénomène de subsidence. On peut observer ce dernier au niveau des marges continentales passives.

La tectonique d’extension qui s’est déroulée de -140 à -120 Ma (Millions d’années )et qui a formé un rift continental au niveau de l’océan atlantique, à engendrer la fracturation de la marge continentale par des failles normales. Ainsi, des bassins sédimentaires se créent et des sédiments s'y déposent sur de grandes épaisseurs.

Pendant l'enfouissement, les sédiments sont transformés en roches sédimentaires, qui avec l'augmentation de température deviennent des fluides. Ceux-ci imprègnent les roches sédimentaires qui constituent les roches mères des hydrocarbures.

3. GISEMENTS D'HYDROCARBURES

Les hydrocarbures inclus dans les roches mères on tendance à migrer vers la surface, ce qui pourrait les détruire. Un gisement d'hydrocarbure est créé si et seulement si ces fluides sont piégés.

Pour cela, il faut qu'il y ait des structures imperméables à ces fluides entre les roches mères et la surface. La tectonique compressive s’est déroulée de -120 à -110 Ma, cette phase permit le piégeage des hydrocarbures grâce aux failles inverses , plissements ..

C'est dans les roches appelés « roches réservoir » que les hydrocarbures s'accumulent. Les roches réservoir constituent le gisement pétrolier.

Figure 4 : exemple de pièges à pétrole.

4.EXEMPLE DE GISEMENT (BUGEY)

Nous prendrons l’exemple du Bugey en région Rhône-Alpes, qui répond aux conditions présentés dans le paragraphe précédent. Ils ont été réalisés dès le début du XXème siècle pour rechercher d’abord le charbon puis le pétrole. Les principaux forages connus sont portés sur la figure 5.

A titre d’exemple, des argiles noires feuilletées affleurent très localement dans la région de Jujurieux, Saint Jérôme, Saint Rambert. Ailleurs, elles sont généralement recouvertes par l’épaisse série du Jurassique moyen et supérieur (1000 m environ). Les sondages montrent qu’elles sont largement distribuées en profondeur.

Sur la bordure de la Dombe, le forage de Villette a traversé le Jurassique inférieur entre 1 812 et 2 235 m de profondeur. L’enfouissement a donc été suffisant pour transformer la matière organique en huile au moins à la base de la formation. Le Lias peut être donc considéré comme une roche mère potentielle dans cette localité s’il contient à l’origine suffisamment de matière organique. Ce niveau est roche mère de pétrole dans le Bassin Parisien..

Figure 5 : Principaux forages profonds effectués dans l’Ouest du Bugey et le rebord de la Dombe (d’après la Banque des Données du Sous-sol et des ouvrages anciens)

Figure 6 : Coupe entre Vaux et Torcieu (d’après P. Schoeffler, 1941)

Les terrains de la série secondaire ont été fortement érodés et déformés pendant le Tertiaire, au cours du plissement alpin. Ils ont été plissés et fracturés puis décollés du socle primaire pour être poussés vers l’Ouest, sur la plaine de l’Ain dans la