Le pétrole et le gaz

La migration des hydrocarbures

Le 11/10/2013


A partir de la roche mère où elles sont nées, les molécules d'hydrocarbures, plus légères que l'eau qui imprègne la partie supérieure de la croûte terrestre, entament un parcours ascendant à travers les strates rocheuses vers la surface de la Terre. Lorsqu'elles atteignent des roches poreuses et perméables, caractéristiques de réservoir pétrolier ou gazier, elles sont susceptibles de s'y accumuler en grandes quantités. Mais le gisement d'hydrocarbures ne se formera que si cette roche réservoir est surmontée d'une couche de roches imperméables empêchant la remontée verticale du pétrole et du gaz vers la surface, et qu'elle forme un volume fermé, empêchant leur remontée latérale.

La formation d'un gisement
© Keblow

La lente ascension du pétrole et du gaz


Dans la roche-mère, les hydrocarbures présentent un volume et une pression plus importantes que le kérogène initial. Peu à peu, ils sont expulsés dans les couches rocheuses imbibées d'eau qui jouxtent la roche mère. Plus légers que l'eau contenue dans ces roches, le gaz et l'huile (autres noms du pétrole) se déplacent vers la surface de la Terre en circulant entre les particules minérales des roches. Ce mouvement lent et continu est appelé migration.

Une partie des hydrocarbures ne peuvent poursuivre leur ascension :

   • soit parce qu'ils se dissolvent dans l'eau contenue dans les roches traversées. Cette dissolution affecte beaucoup plus le gaz que les hydrocarbures liquides ;

   • soit parce qu'ils adhèrent aux grains qui composent ces roches.

Ce phénomène se nomme pertes de migration. Ces pertes peuvent être très importantes, surtout si l'huile et le gaz parcourent un long trajet au cours de leur progression. De ce fait, une partie des hydrocarbures issus des roches-mères ne pourra jamais faire l'objet d'une exploitation pétrolière.

Vrai ou Faux ?
Les hydrocarbures qui montent jusqu'à la surface
de la Terre sont complètement détruits
lorsqu'ils entrent en contact avec l'atmosphère.
Vrai et Faux. Quand des hydrocarbures liquides ou gazeux parviennent à la surface terrestre au terme de leur migration,  ils sont soumis à l'action des bactéries et de l'air ambiant. Cela déclenche des réactions chimiques complexes qui les transforment finalement en eau et en gaz carbonique.  

Toutefois, dans les cas où les arrivées d'hydrocarbures en surface sont très importantes et plus rapides que le processus de dégradation finale, les molécules d'hydrocarbures les plus lourdes peuvent persister dans le sol sous forme de bitumes très visqueux, presque solides, enfouis à quelques mètres ou dizaines de mètres de profondeur. A l'inverse des gisements enfouis à grande profondeur, ces gisements de bitume disparaîtront rapidement quand les hydrocarbures cesseront d'arriver à la surface pour les alimenter.

La formation des gisements

La constitution d'un gisement d'hydrocarbures nécessite en premier lieu une roche réservoir. Les roches dans lesquelles naît et migre le pétrole et le gaz sont des roches sédimentaires qui constituent les bassins du même nom. Elles sont formées de grains, particules solides qui se sont déposés dans l'eau d'une mer, d'un océan, d'un lac ou d'une lagune. Selon la taille des grains qui les composent, ces roches ne présentent pas le même aspect.

Les grains sont en contact les uns avec les autres mais des espaces vides subsistent entre eux. Ces espaces définissent la porosité de chaque roche : plus le pourcentage de vide est important au cœur d'une roche, plus celle-ci est poreuse. Ces espaces poreux sont plus ou moins connectés entre eux. Cette connectivité est définie par la perméabilité, qui caractérise la capacité des fluides (eau, pétrole ou gaz) à circuler dans la roche à travers le réseau poreux. 

Ces interstices des roches poreuses, normalement occupés par de l'eau, peuvent également contenir des hydrocarbures. Les ingénieurs d'exploration pétrolière recherchent les roches réservoirs ou tout simplement réservoirs, qui combinent bonne porosité (grandes quantités d'hydrocarbures) et bonne perméabilité (possibilité d'exploiter ces hydrocarbures grâce à leur déplacement facile dans la roche). L'association de ces deux qualités au sein d'une même roche n'est pas systématique ; une argile est poreuse car composée de particules séparées par des vides importants et imperméable car ces particules constituent des feuillets empilés, serrés les uns contre les autres, qui limitent la circulation des fluides. Si une roche est sillonnée de fractures et de failles, ses qualités de réservoir sont améliorées car cela facilite la circulation des hydrocarbures.

Une roche réservoir permet d’accumuler de grandes quantités de pétrole et de gaz, et une roche couverture, empêche les hydrocarbures de remonter vers la surface.

Mais la migration des hydrocarbures et leur rencontre avec une roche réservoir ne suffisent pas pour former un gisement de pétrole ou de gaz. Si les molécules hydrocarbures ne sont pas stoppées dans leur ascension, elles transiteront par la roche réservoir et ne pourront pas s'y accumuler. Pour piéger les hydrocarbures, il faut qu'une roche imperméable fasse office de barrière au-dessus de la roche réservoir : on l'appelle roche couverture. Si les argiles et les couches de sels (évaporites) cristallisés forment les meilleures roches couvertures, toute roche suffisamment imperméable peut faire office de roche couverture, à l’instar de certains carbonates très compacts.

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