Dossier : La formation des gisements d'hydrocarbures

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Décryptages

Du piège géologique au gisement exploitable

Les gisements pétroliers ou gaziers exploitables occupent des volumes fermés créés par des déformations des couches géologiques. Ces volumes, appelés pièges, doivent être suffisamment grands pour que l’exploitation du gisement soit économiquement viable.

Analyse des images aériennes pour comprendre la géologie autour de Kampala (Ouganda). © L. ZYLBERMAN / TOTAL

Les roches réservoirs qui combinent porositéLa porosité est la mesure en pourcentage volumique de la quantité de vide existant entre les éléments minéraux constitutifs d'une roche... et perméabilitéLa perméabilité d'une roche désigne la capacité des fluides à se déplacer dans cette roche..., ont la capacité d'accueillir une certaine quantité d'hydrocarburesLes hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène... et les roches couvertures, qui surmontent ces réservoirs, ont pour rôle de bloquer la migration verticale des hydrocarbures vers la surface (Voir le décryptage « La migration des hydrocarbures »).

Mais pour qu’un gisementUn gisement est une accumulation de matière première (pétrole, gaz, charbon, uranium, minerai métallique, substance utile…)... pétrolier se constitue, il faut, en outre, que les hydrocarbures soient retenus dans un volume fermé étanche que l’on appelle le piègeUn piège pétrolier est un volume de roches dit fermé....

Qu'est-ce qu'un piège à gaz et à pétrole ?

Il existe deux grandes familles de pièges :

À l'intérieur des pièges, se trouvent des hydrocarbures, mais aussi de l'eau résiduelle. Plus légers que cette eau, les hydrocarbures migrent au-dessus des nappes aquifèresUn aquifère est une formation géologique (ou une roche) réservoir contenant une nappe d'eau souterraine....

Les pièges à hydrocarbures peuvent contenir :

  • seulement du pétrolePétrole non raffiné. accompagné de gaz dissous en quantité importante ;
  • seulement du gaz accompagné de liquides appelés condensats, des hydrocarbures liquides légers ;
  • à la fois du pétrole et du gaz. Dans ce dernier cas, le gaz, plus léger que le pétrole, est rassemblé dans la partie supérieure du piège.

Si ces réserves sont un jour exploitées, le gaz dissous dans le pétrole brut sera transformé en GPLLe GPL est un mélange d'hydrocarbures légers issus pour partie du raffinage des bruts pétroliers (environ 40 %)... (gaz de pétrole liquéfié, employé notamment comme carburantUn carburant est un combustible liquide (comme l'essence), gazeux (comme le GPLc) ou solide (comme un propergol)...). Quant aux condensats, ils seront raffinés pour donner du naphtaProduit de la distillation fractionnée du pétrole, le naphta est un intermédiaire entre l'essence et le kérosène... (matière première en pétrochimieLa pétrochimie est la chimie des dérivés du pétrole. Elle permet la fabrication de nombreux produits de notre environnement quotidien. ) ou du kérosène (carburant utilisé en aviation). 

La préservation des hydrocarbures

Une fois pris au piège, les hydrocarbures ne sont pas à l'abri d'éventuelles dégradations qui empêchent la formation du gisement exploitable.

À moins de 1 000 mètres de profondeur, l'accumulation d'hydrocarbures risque d'être infiltrée par des eaux de pluie (eaux dites météoriques). Or, ces eaux contiennent des bactéries et de l'oxygène qui entrent en contact avec le gaz et le pétrole. Cela déclenche des réactions chimiques qui transforment une partie des hydrocarbures en eau et en dioxyde de carboneAvec la vapeur d'eau, c’est le principal gaz à effet de serre (GES) de l'atmosphère terrestre....
Bactéries et oxygène attaquent en priorité les molécules hydrocarbures légères et moyennes. Au bout d'un certain temps, le pétrole initial est très dégradé : il ne reste dans le piège que des hydrocarbures lourds très visqueux, plus difficiles à exploiter que le pétrole non dégradé, ainsi que du gaz.

Les hydrocarbures doivent être prisonniers de « pièges » naturels pour être exploitables 

Au-delà de 1 000 mètres de profondeur, la température est dans la plupart des cas supérieure à 50 °C et les bactéries responsables de telles dégradations ne survivent pas. Mais s'ils ne sont pas menacés par les bactéries ou l'oxygène, les pièges situés en profondeur peuvent être soumis à des mouvements tectoniques similaires à ceux qui les ont parfois engendrés.

Ces mouvements affectant les roches peuvent générer des fractures ou des failles qui rendent le piège moins hermétique : ainsi parcourue de points de fuite, la roche couverture laisse les hydrocarbures s'échapper. Si elles sont plus violentes, les secousses tectoniques peuvent même détruire le piège en réduisant fortement ou en faisant disparaître sa fermeture.