Par Nicolas BECK
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L’histoire du pétrole commence il y a plusieurs dizaines voire centaines de millions d’années, avec la mort d’organismes, qui une fois enfouis et accumulés, donneront dans des conditions bien particulières naissance aux hydrocarbures. Il faut bien insister sur le fait que cette formation est un phénomène tout à fait exceptionnel. Les réserves actuelles sont le résultat d’une série de longs processus successifs : accumulation de matière organique, préservation, enfouissement et sédimentation, puis formation de pétrole ou de gaz et migration. Au cours de cette longue histoire, les composés subissent de multiples transformations physiques et chimiques.
Nous traiterons ici surtout l’aspect géologique, même si l’exploration et l’exploitation seront abordées en quelques lignes. Partons donc à la découverte de l’or noir…
La matière organique est issue des êtres vivants: tous les végétaux et les animaux sont « construits » avec un ensemble de molécules principalement à base de carbone, d’azote et d’oxygène. A la surface de la Terre, la biomasse végétale représente plus de 90% de la biomasse totale : le rôle de la photosynthèse chez les végétaux est essentiel dans le cycle du carbone.
C’est le phytoplancton qui est l’élément majeur de concentration du carbone dans les océans.
Pollens, spores, algues, sont autant de constituants que l’on trouve dans les pétroles. De leur côté, les plantes continentales produisent aussi la cellulose et la lignine.
Issue de diverses molécules plus ou moins complexes (lipides, protides, glucides, mais aussi chlorophylle), la matière organique est très diversifiée et très fragile.
Pour aboutir à la formation d’hydrocarbures, elle devra donc trouver un milieu idéal, où la dégradation sera limitée, pour que l’accumulation et la sédimentation puissent avoir lieu.
Le milieu doit d’abord contenir beaucoup de matière organique : plus il y aura de production, plus les chances de préservation seront grandes. Dans les océans, le plancton ne vit que dans la première centaine de mètres de la tranche d’eau. Au delà, il n’y a plus assez de lumière pour que la photosynthèse ait lieu. Pour sédimenter, la matière organique doit atteindre le fond de la mer afin d’être enfouie et préservée.
Elle doit tout d’abord échapper à l’activité bactérienne, qui recycle la plupart des organismes dans la chaîne alimentaire. Or, les bactéries et les microorganismes sont présents dans les eaux, mais aussi dans les premiers 10 cm de sédiments.
Seules quelques molécules miraculées atteignent ce stade dans un océan. Heueusement certains milieux sont bien plus favorables à la préservation de la matière organique :
- les milieux anoxiques (très peu d’oxygène dissous), dans lesquels les tissus animaux et les produits organiques sont à l’abri des bactéries, quasi-inexistantes : un exemple actuel est la Mer Noire
- les milieux où le taux de sédimentation est fort : les sédiments s’accumulent très vite, protégeant ainsi la matière organique enfouie.
Enfin, les roches dans lesquelles s’accumule la matière organique doivent être le plus imperméables possible, donc de porosité faible : les argiles sont de bons candidats (roches très fines) alors que les grès ne préserveront pas la matière organique (porosité trop grande).
On appelle roche mère une roche fine qui, ayant accumulé de la matière organique, est susceptible de générer des hydrocarbures. La matière organique insoluble de la roche mère est nommée kérogène.
Selon son origine continentale, marine, ou lacustre, le kérogène ne possède pas la même composition. Cependant, une fois dans la roche mère, il subira le même sort quelle que soit sa provenance : enfouissement et maturation, en 3 étapes.
1. La première étape de la transformation du kérogène s ‘appelle la diagenèse. Il s’agit des premières décompositions précoces, à faible température (moins de 60°C). Les kérogènes perdent essentiellement de l’eau et du gaz carbonique. Par ailleurs, des bactéries spéciales, dites archéobactéries, forment dans cette tranche de profondeur une partie du gaz naturel.
2. Vient ensuite la catagenèse. Cette seconde étape correspond à des profondeurs supérieures et à des températures de l’ordre de 60 à 120°C. : il y a craquage thermique. Les composés se scindent en molécules de plus en plus petites au fur et à mesure de l’enfouissement. La formation de pétrole proprement dit a lieu à ce moment, dans les conditions dites de « la fenêtre à huile ».
3. La métagenèse est la phase ultime de l’évolution d’un kérogène. C’est le stade de la formation du gaz sec (méthane), par craquage du pétrole. On parle de « fenêtre à gaz », située à partir de 3000 mètres de profondeur.
Nos hydrocarbures sont ainsi formés, au terme de l’intervention des deux principaux facteurs : la température et le temps. Mais à ce stade, ils ne présentent aucun intérêt direct puisqu’ils restent répartis dans la roche mère !
Pour constituer une matière première intéressante à exploiter, les hydrocarbures doivent migrer et se concentrer dans un réservoir. La roche qui va les accueillir sera poreuse et perméable, contrairement à la roche mère : on parle de roche réservoir.
La migration s’effectue en plusieurs étapes :
- La compaction provoque un déplacement des fluides dans la roche mère. Il y a alors expulsion de l’eau puis des huiles depuis la roche mère vers un drain, qui conduira les hydrocarbures vers un réservoir : c’est la migration primaire.
- La migration secondaire désigne le déplacement dans le drain vers la roche réservoir, jusqu’à trouver un piège, c’est-à-dire une roche couverture imperméable qui bloquera la progression des hydrocarbures. Les évaporites ou les argiles constituent de bons pièges par leur étanchéité.
Il existe différents types de pièges, liés au dynamisme et à l’histoire structurale du bassin dans lequel se sont formés les hydrocarbures : plis, failles, discordances peuvent faire l’affaire, et souvent plusieurs facteurs se combinent favorablement.
La formation et l’accumulation étant achevées, c’est plusieurs millions d’années plus tard que commence le travail du géologue et du pétrolier.
Les groupes industriels consacrent une partie de leur budget à l’exploration, c’est à dire la recherche partout sur la Terre de bassins susceptibles d’avoir généré et accumulé des hydrocarbures. Les géologues tentent de reconstituer l’histoire structurale et thermique d’un bassin, afin de comprendre au mieux son évolution, et de savoir s’il y a eu une production intéressante ou pas. Il ne s’agit plus aujourd’hui de forer n’importe où pour trouver du pétrole !
Avant toute exploitation, toutes les étapes de recherche doivent avoir porté leurs fruits. Il faut également savoir évaluer l’extension du gisement potentiel. A l’aide de différents outils géophysiques et géochimiques, le géologue va être capable de dire s’il y a du pétrole ou du gaz à plusieurs milliers de mètres sous nos pieds.
- la sismique est un outil couramment utilisée en mer comme à terre : un signal sonore est envoyé à partir de la surface, puis réceptionné. Selon le profil obtenu, on est en mesure de connaître la nature des roches sur plusieurs kilomètres.
- si la décision est prise de faire un forage de prospection, les diagraphies (outils électriques notamment) permettent d’estimer plus précisément les roches traversées. Ce type d’exploration est très coûteux.
- des analyses géochimiques renseignent le géologue sur la maturation de la roche (est-ce que le pétrole a eu le temps de se former ?).
Si un réservoir pétrolier ou gazeux s’avère intéressant à exploiter, l’industriel commence son travail. La localisation géographique du gisement (en mer ou sur le continent) fera intervenir des techniques différentes.
Aujourd’hui la consommation de pétrole sur la planète est considérable : certes de nouvelles énergies sont apparues, mais le pétrole reste encore indispensable. Mais les réserves ne sont pas infinies. En effet si notre consommation actuelle reste constante, il y a seulement pour 100 ans de réserves connues dans le monde. A méditer…
A consulter :
Guide illustré du pétrole, par A.Riestlé. Editions Belin
Géologie sédimentaire, par B.Biju-Duval. Editions TECHNIP - Institut Français du Pétrole
Site web : www.totalfinaelf.fr