Dossier : La formation des gisements d'hydrocarbures

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La genèse des gisements d'hydrocarbures

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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 de pression et de température particulières.  

Couche géologique
Des millions d'années sont nécessaires à la formation des hydrocarbures, au coeur des grands plissements géologiques. © THINKSTOCK

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

La lente formation d’une roche mère Une roche mère est une roche sédimentaire riche en matière organique qui s'est déposée en conditions marines profondes ou lacustres...

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 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 Un gisement est une accumulation de matière première (pétrole, gaz, charbon, uranium, minerai métallique, substance utile…)... de pétrole Pétrole non raffiné. et gisements de gaz. Ce pourcentage semble faible. Toutefois, pour qu'il soit atteint, le site concerné doit présenter des caractéristiques exceptionnelles :

L’enfoncement de la roche mère

Très lentement, la roche mère s'enfonce dans la croûte terrestre sous le poids des sédiments : elle parcourt quelques mètres ou quelques centaines de mètres par million d'années. Cet affaissement progressif porte le nom de subsidence et débouche sur la formation d'un bassin sédimentaire Dépressions relatives de la croûte terrestre situées sur un continent émergé, dans une mer ou dans un océan... .

Pétrole et gaz naissent au sein d’une roche mère 

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, 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, les atomes d'azote, de soufre et de phosphore finissent par disparaître et la matière organique se transforme en kérogène Etat intermédiaire de la transformation de la matière organique pendant le processus de sédimentation... , un matériau intermédiaire composé d'eau, de CO2, de carbone et d'hydrogène, qui se changera ensuite en pétrole ou en gaz.

La formation du gaz et du pétrole

À 2 000 mètres de profondeur, lorsque la température du sous-sol atteint 100 °C, le kérogène commence à générer des hydrocarbures Les hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène... :

  • 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 et 5 000 mètres, 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 ».

60 millions d’années : le temps moyen de formation des hydrocarbures

Au-delà de 8 à 10 kilomètres, on ne peut plus trouver d'hydrocarbures : ils sont détruits à cause de l'élévation de la température. La proportion de liquides et de gaz dépend de la nature de la roche mère. Si les débris organiques qui la composent sont principalement d'origine animale, elle donnera plus de pétrole que de gaz. Si elle est constituée essentiellement de débris végétaux, la roche mère produira surtout du gaz. 

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. Dès lors, on comprend mieux pourquoi le pétrole est classé parmi les énergies non renouvelables.

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