Comment repère-t-on un gisement pétrolier potentiel ?

Les hydrocarbures exploitables se situent au cœur de formations géologiques constituées de strates rocheuses, les bassins sédimentaires. Pour y détecter la présence de gisements, on a recours à la sismique réflexion, une technique qui permet de cartographier les sous-sols en trois dimensions. Avant de prospecter un territoire, les compagnies pétrolières doivent signer avec l'État concerné un contrat de licence d'exploitation pétrolière.

Tête de puits pour l'arrivée du gaz sur la plate-forme offshore L7CC, dans la mer du Nord au large des Pays-Bas, juin 2010.
© Total / Dufour Marco

Des régions pétrolifères : les bassins sédimentaires

À la surface de la Terre, on trouve de nombreux bassins sédimentaires. Il s'agit de cuvettes où des couches rocheuses superposées, composées de sédiments, se sont accumulées durant des millions d'années.







Les bassins sédimentaires se situent au fond des océans mais aussi sur les continents, dans des régions autrefois recouvertes par la mer. Pétrole et gaz méthane naissent au cœur de ces cuvettes ; c'est pourquoi elles intéressent beaucoup les pétroliers.

Les compagnies pétrolières cherchent à prospecter les bassins peu matures où elles espèrent découvrir de grandes quantités d'hydrocarbures exploitables.

 

Du point de vue de l'exploration pétrolière, on distingue différents types de bassins en fonction de leur richesse en hydrocarbures et de leur historique d'exploration :

   • les bassins prolifiques, à l'exemple du delta du Niger, sont riches en pétrole ou en gaz, ou les deux ;

   • les bassins stériles ne contiennent pas ou plus d'hydrocarbures exploitables, à l'exemple du bassin français de Lacq dont tout le gaz naturel a été exploité ;

   • les bassins vierges n'ont fait l'objet d'aucune exploration. Autrefois nombreux, ils sont aujourd'hui très rares. Ils se trouvent dans des régions peu accessibles – dont la géographie ou le climat sont hostiles –, parfois protégées pour des raisons écologiques (Antarctique) ;

   • les bassins peu matures, comme celui de l'océan Arctique, n'ont pas été beaucoup explorés. Les compagnies pétrolières cherchent à prospecter ces régions où elles espèrent découvrir de grandes quantités d'hydrocarbures exploitables.

   • Les bassins matures, comme celui de la mer du Nord, sont connus depuis longtemps. Comme ils ont déjà fait l'objet de nombreux forages, on a peu de chances d'y trouver de nouveaux gisements de grande taille. Néanmoins, on les explore pour y trouver des gisements plus petits ou plus subtils, c'est-à-dire plus difficiles à localiser.

Obtenir une licence d'exploitation pétrolière
pour commencer la prospection

Dans les régions dotées d'un fort potentiel pétrolier ou gazier, les compagnies pétrolières sont en compétition pour l'exploration des bassins sédimentaires.

Les compagnies pétrolières peuvent réaliser des forages à tout moment dans le pays de leur choix.

Faux. Avant de forer le sous-sol d'un État, les compagnies doivent signer avec celui-ci un contrat de licence d'exploitation pétrolière qui les autorise à explorer une zone potentiellement riche en hydrocarbures.

Cette règle vaut aussi pour les sous-sols situés dans les eaux territoriales des États, soit à moins de 200 milles marins de leurs côtes (370 km).
C'est pourquoi la définition des frontières maritimes donne parfois lieu à d'âpres disputes quand il y a du pétrole sous le plancher océanique...

Pour mieux valoriser les richesses de leur sous-sol, les États cherchent à céder leurs licences aux compagnies les plus offrantes. C'est pourquoi ils les mettent aux enchères à travers des appels d'offres internationaux. En réponse, les sociétés intéressées envoient des propositions détaillées comportant :

   • un engagement sur les sommes totales qu'elles veulent investir pour prospecter la zone ;

   • un engagement sur les volumes de travaux qu'elles comptent réaliser pour explorer cette région.

Leurs offres concernent une période de prospection donnée, s'étalant généralement de 2 à 5 ans.

En investissant dans de tels projets, ces compagnies font un pari risqué : si leurs propositions sont retenues, les recherches menées génèrent des dépenses considérables, sans garantie de trouver des hydrocarbures exploitables. C'est pourquoi elles s'associent souvent en groupes de deux à trois sociétés : si leurs investigations ne débouchent pas sur la découverte de pétrole ou de gaz, elles peuvent tout de même partager les frais occasionnés.

Après l'échéance de l'appel d'offres, le pays examine les candidatures et sélectionne une compagnie ou un groupe pour l'exploration du site proposé. La société choisie se voit alors décerner une licence qui lui permet de commencer les travaux. Grâce à ce document, les compagnies peuvent aussi vendre tout ou partie de leurs intérêts sur la zone à prospecter.
De ce fait, il existe une sorte de marché mondial permanent de régions pétrolifères à explorer. La valeur marchande de ces sites évolue au fil du temps, en fonction des résultats des forages réalisés.

Chaque compagnie pétrolière a son équipe de spécialistes qui suit en permanence toutes les propositions de vente d'intérêts dans le monde (il s'agit de toutes les offres de vente et d'échange de licences permettant d'exploiter un site pétrolifère potentiel). Ces transactions donnent lieu à des négociations très disputées.

Explorer les profondeurs de la Terre grâce à la sismique réflexion

Une fois en possession de leur permis, les compagnies partent à la recherche de pièges pétroliers potentiels enfouis sous terre. Dans les premiers temps de l'exploration, on a foré en priorité ceux situés à proximité de la surface terrestre. Ces réservoirs étaient assez faciles à localiser : un suintement d'hydrocarbures sur une paroi rocheuse, un bombement des couches géologiques du sous-sol visible en surface trahissaient leur présence.

Mais les pétroliers ont vite réalisé que ce repérage visuel restait insuffisant. En effet :

   • de nombreux pièges potentiels sont masqués par d'épais dépôts de sédiments ;

   • les pièges qui se trouvent sous la mer ne peuvent être localisés à l'œil nu.

Dans les années 1930, des ingénieurs ont développé une technique qui permet d'obtenir une véritable échographie du sous-sol afin de localiser des gisements : la sismique réflexion. Sa mise en œuvre se déroule en plusieurs étapes :

   • on envoie d'abord des ondes sonores dans le sous-sol en utilisant des camions vibreurs, en faisant tomber une masse sur le sol ou encore en déclenchant une explosion ;

   • à chaque fois qu'elles rencontrent une couche rocheuse, ces ondes voient leur vitesse de propagation modifiée. Une partie d'entre elles continue de s'enfoncer dans le sous-sol ;
Les autres ondes sont réfléchies comme sur un miroir et repartent vers la surface ;

   • grâce à des récepteurs très sensibles, les géophones, on enregistre ces ondes revenues en surface. Les premières arrivées sont celles réfléchies par la première couche géologique, les suivantes par la deuxième couche, et ainsi de suite. En mer, l'enregistrement sismique se fait à partir d'un bateau traînant derrière lui un chapelet de récepteurs flottants ou hydrophones. L'opération est plus facile car il n'y a aucun obstacle naturel : on peut déplacer à volonté les émetteurs et les récepteurs d'ondes pour effectuer toutes les mesures souhaitées.

Interpréter les données sismiques pour obtenir
une image du sous-sol

Les données récoltées grâce à la sismique sont très complexes et interprétables seulement par des géophysiciens. Leur traitement informatique nécessite des capacités de calcul importantes, similaires à celles que l'on emploie en météorologie. Grâce à ces mesures, on obtient plusieurs types d'images du sous-sol étudié et on en apprend davantage sur ses propriétés physiques :

   • les ondes réfléchies par les couches géologiques se déplacent entre leur lieu d'émission et leur récepteur, avec une vitesse qui varie au sein de chaque strate rocheuse, en fonction de la nature et de la forme des roches traversées. En connaissant les variations de cette vitesse, on peut établir une image à deux dimensions (2D) qui renseigne sur la morphologie du
sous-sol analysé, c'est-à-dire sur sa forme, ainsi que sur le type de roche qui le constitue ;

   • en employant la technique de la sismique 3D, plus précise et plus fiable que la sismique 2D, on capte davantage de données sur le sous-sol. On peut alors construire une image du site à trois dimensions, c'est-à-dire en volume. En outre, cette image permet de repérer directement les hydrocarbures dans les couches géologiques ;

   • encore plus sophistiquée, la méthode de la sismique 4D fait intervenir la quatrième dimension, à savoir le temps. Elle consiste à effectuer plusieurs enregistrements successifs en 3D sur un gisement en production, à intervalles réguliers. En comparant ces enregistrements, on suit l'évolution du gisement pendant son exploitation.

Malheureusement, l'imagerie sismique est imparfaite et jamais fiable à 100 %, et ce, pour diverses raisons :

   • des problèmes peuvent se poser lors de l'enregistrement des ondes et compromettre sa qualité ;

   • les terrains de consistance molle ou hétérogène génèrent une altération des ondes qu'il est difficile de corriger lorsque l'on traite les données recueillies ;

   • pour les zones situées en profondeur, les ondes réfléchies par les couches rocheuses s'affaiblissent car elles ont beaucoup de chemin à parcourir avant de revenir en surface. Il en résulte parfois des calculs erronés qui peuvent produire des images ne correspondant pas à la réalité, sortes de "mirages" ;

   • Dans les zones peu forées, les vitesses de circulation des ondes sont mal connues. Cela entraîne quelquefois des erreurs dans les coupes sismiques et les cartes représentant les profondeurs.