Dossier : La formation des gisements d'hydrocarbures

4 contenus dans ce dossier

Je maîtrise
Imprimer

Décryptages

La migration des hydrocarbures

A partir de la roche mère où elles sont nées, les molécules d'hydrocarbures, de par leur légèreté, entament un parcours ascendant vers la surface. Elles se concentrent dans les roches poreuses et sont bloquées par les roches imperméables. Ainsi se créent les gisements de pétrole et gisement de gaz.

Image d'un dôme de sel, jouant le rôle d'une roche couverture enveloppant complètement une roche réservoir. © THINKSTOCK

La lente ascension du pétrole et du gaz

Dans la roche mèreUne roche mère est une roche sédimentaire riche en matière organique qui s'est déposée en conditions marines profondes ou lacustres..., les hydrocarburesLes hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène... présentent un volume et une pression plus importants que le kérogèneEtat intermédiaire de la transformation de la matière organique pendant le processus de sédimentation... initial (Voir le décryptage « La genèse des gisements d'hydrocarbures »). 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 se déplacent vers la surface en circulant entre les particules minérales des roches. Ce mouvement lent et continu est appelé migration.

Cette migration est difficile. La vitesse dépend de la perméabilitéLa perméabilité d'une roche désigne la capacité des fluides à se déplacer dans cette roche... de chaque roche qu'ils traversent et de la taille des molécules (les molécules de gaz ont une ascension plus rapide que les molécules de pétrolePétrole non raffiné.). En outre, une partie des hydrocarbures est stoppée, soit parce qu'ils se dissolvent dans l'eau contenue dans les roches traversées (cela affecte surtout le gaz), 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.

La formation des gisements dans les roches réservoirs, sous la roche couverture

La constitution d'un gisementUn gisement est une accumulation de matière première (pétrole, gaz, charbon, uranium, minerai métallique, substance utile…)... d'hydrocarbures nécessite en premier lieu une roche réservoirUn réservoir est une roche poreuse et perméable capable d’accumuler de grandes quantités de pétrole et de gaz, à l’image d’une éponge.... C’est dans ces roches poreuses et perméables que les molécules d’hydrocarbures sont susceptibles de s'accumuler en grandes quantités.

Les roches sédimentaires sont formées de particules solides qui se sont déposées dans l'eau d'une mer, d'un océan, d'un lac ou d'une lagune. Selon la taille de ces particules, les roches ne présentent pas le même aspect : les grains très grossiers donnent des graviers, les grains plus petits donnent des sables, les grains les plus fins composent des argiles ou des boues.

Au sein des roches, on trouve aussi des espaces vides qui définissent leur porositéLa porosité est la mesure en pourcentage volumique de la quantité de vide existant entre les éléments minéraux constitutifs d'une roche... : plus le pourcentage de vide est important au cœur d'une roche, plus celle-ci est poreuse, comme la pierre ponce par exemple qui peut contenir beaucoup de fluides (eau, pétrole ou gaz). Les espaces ou pores sont plus ou moins interconnectés entre eux – ce que l’on appelle la perméabilité, qui donne la capacité aux fluides  de traverser la roche. 

Nés d’une roche mère, les hydrocarbures migrent puis se concentrent dans une roche réservoir

L'association de ces deux qualités au sein d'une même roche n'est pas systématique. Les ingénieurs d'exploration pétrolièreEnsemble des méthodes mises en œuvre pour découvrir de nouveaux gisements d'hydrocarbures. recherchent les roches réservoirs, appelées tout simplement « réservoirs », qui combinent ces deux qualités : avec une bonne porosité on peut obtenir une grande quantité d'hydrocarbures et avec une bonne perméabilité, l’exploitation sera plus aisée grâce à un déplacement facile des hydrocarbures dans la roche.  

Mais le gisement d'hydrocarbures ne se formera que si la 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. On appelle roche couvertureUne roche couverture est une barrière imperméable qui fait obstacle à la remontée du pétrole et du gaz vers la surface. cette roche qui fait office de barrière et piègeUn piège pétrolier est un volume de roches dit fermé... les hydrocarbures. 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. (Voir le décryptage « Du piège géologique au gisement exploitable »).

En cas d’absence de roche couverture

Si les molécules d'hydrocarbures ne sont pas stoppées dans leur ascension, elles transiteront par la roche réservoir et ne pourront pas s'y accumuler. 

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 de profondeur. Mais ces gisements de bitumeMélange à température ambiante très visqueux ou solide d'hydrocarbures lourds, de couleur noire... disparaîtront rapidement quand les hydrocarbures cesseront d'arriver à la surface pour les alimenter.