Le pétrole et le gaz

La genèse des hydrocarbures

Le 11/10/2013


Dans les profondeurs de la Terre, pétrole et gaz naturel naissent d'une transformation de la matière organique de plantes ou d'animaux morts. Leur genèse s'étale sur des millions d'années et nécessite des conditions thermodynamiques (pression et température) particulières. 

La formation d'un gisement.
© Keblow
 

D'où viennent le pétrole et le gaz ?

Quand un organisme vivant meurt à la surface de la Terre, la matière qui le compose est généralement recyclée de deux manières différentes : 

   • des prédateurs, des charognards ou des bactéries s'en nourrissent ;

   • exposée à l'air ambiant ou à des eaux chargées en oxygène, la matière résiduelle s'oxyde : les atomes d'hydrogène, de carbone, d'azote, de soufre et de phosphore qu'elle contient se combinent avec les atomes d'oxygène présents dans l'air. Ainsi, la matière organique se change en eau (H2O), en gaz carbonique (CO2), en nitrates, en sulfates et en phosphates qui peuvent alimenter la croissance de nouvelles plantes.

Des matières organiques sont à l’origine du pétrole et du gaz
 
 

Une infime partie de cette masse organique, de l'ordre de 0,1 %, échappe à ce destin. Transportée par les cours d'eau, cette matière se dépose parfois au fond des mers ou au fond de grands lacs continentaux. Dans ces milieux peu oxygénés, peu agités par les courants, elle est en partie préservée. Elle se mêle ainsi à des matières minérales (particules d'argile ou sables très fins), mais aussi au plancton marin mort (animaux et végétaux microscopiques). Sous l'action de bactéries anaérobies, ce mélange se transforme en boues sombres et malodorantes.

Au fil du temps, ces boues s'accumulent et durcissent. Si elles contiennent au moins 1 à 2 % de matière organique, elles pourront jouer le rôle de roche mère qui, à terme, conduira à des gisements de pétrole et de gaz. Ce pourcentage semble faible. Toutefois, pour qu'il soit atteint, le site concerné doit présenter une ou plusieurs caractéristiques exceptionnelles.


La sédimentation : une genèse de plusieurs millions d'années


Très lentement, la roche mère s'enfonce dans la croûte terrestre sous le poids des sédiments qui se déposent au-dessus d'elle : elle parcourt ainsi quelques mètres à quelques centaines de mètres par million d'années. Tant que la roche mère demeure au niveau du plancher océanique, elle ne peut pas produire de pétrole.

Cet affaissement progressif, pouvant atteindre 8 000 mètres porte le nom de subsidence et débouche sur la formation d'un bassin sédimentaire.

A un kilomètre sous terre, il fait 50°C pour une pression de 250 bars.

En s'enfouissant dans le sol, la roche mère est soumise à des températures de plus en plus fortes et la matière organique qui la compose se retrouve écrasée par le poids des sédiments qui s'accumulent, la pression augmentant en moyenne de 25 bars par 100 mètres. À un kilomètre sous terre, il fait 50 °C pour une pression de 250 bars !

Dans ces conditions physiques, la matière organique évolue peu à peu et se transforme en kérogène, un matériau intermédiaire  composé d'eau, de CO2, de carbone et d'hydrogène, qui se changera ensuite en pétrole ou en gaz.

À 2 000 mètres de profondeur, lorsque la température du sous-sol atteint 100 °C, le kérogène commence à générer des hydrocarbures :

   • entre 2 000 et 3 800 mètres, il se change en pétrole. Cet intervalle de profondeur est appelé fenêtre à huile, "huile" étant ici l'autre nom du pétrole ;

   • quand l'enfouissement de la roche mère se poursuit entre 3 800 à 5 000 mètre, la production d'hydrocarbures liquides atteint un pic. Les liquides produits deviennent de plus en plus légers et passent à l'état gazeux : ils donnent du gaz méthane, le plus léger des hydrocarbures. Cet intervalle de profondeur se nomme fenêtre à gaz.

La proportion de liquides et de gaz ainsi générés dépend de la nature de la roche mère .

Lorsque la roche mère a épuisé tout son potentiel, elle ne produit plus aucun hydrocarbure.

Où se trouvent les gisements de pétrole et de gaz ?
Les hydrocarbures, les molécules qui constituent le pétrole et le gaz, sont composées d’atomes d’hydrogène et de carbone qui, exposés à l’air, servent de nourriture aux bactéries aérobies. Oxydés par l'oxygène, biodégradés par les bactéries qui les digèrent, les hydrocarbures se transforment en eau et en dioxyde de carbone. Ces réactions chimiques expliquent pourquoi il n’y a aucun gisement de pétrole à la surface de la Terre, zone en contact plus ou moins direct avec l'atmosphère. Pour trouver des gisements d'hydrocarbures liquides ou gazeux, il faut s'enfoncer à plusieurs centaines de mètres sous la surface terrestre.

Ainsi, avec une sédimentation moyenne de 50 mètres par million d'années, il faut 60 millions d'années pour que des animaux morts se transforment en hydrocarbures liquides, localisés aujourd'hui à 3 000 mètres de profondeur. Dès lors, on comprend mieux pourquoi le pétrole est classé parmi les énergies non renouvelables.

Vrai ou Faux ?
Les gisements pétroliers et gaziers se situent sous terre à n'importe quelle profondeur.
Faux. Au-delà de 8 à 10 kilomètres de profondeur, on ne peut plus trouver d'hydrocarbures : ils sont détruits à cause de l'élévation de la température qui, dans le sous-sol, augmente en moyenne de 3 °C tous les 100 mètres.
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