Thème : GEOLOGIE – ECONOMIE                                                                                                                                                      Mardi 20 mars 2012

Le pétrole, comment le trouver?

Par Jean-Michel Buchoud – Ingénieur en exploration pétrolière

Le pétrole, cette huile de pierre, du latin petra, roche, oleum, huile) est un liquide d’origine naturelle, une huile minérale composée d’une multitude de composés organiques, essentiellement des hydrocarbures, piégé dans des formations géologiques particulières.

Comment faire pour trouver cet or si bien caché sous terre ? Pour répondre à cette question que tout le monde se pose, nous allons d’abord parler brièvement de ses origines avant de s’interroger sur sa composition et sa formation, ce qui nous conduira à découvrir comment repérer sa présence alors qu’il est enfoui si profondément sous terre.

Le pétrole ses origines

Connues depuis l’antiquité (Moïse et son couffin calfaté !), les vertus médicinales du pétrole semblent être dès le XVe siècle extrêmement appréciées en Europe : le pétrole purge, soigne les rhumatismes, les maux de dents, la goutte, le scorbut, les crampes, la toux ; il guérit aussi la surdité, sert à nettoyer les plaies… Bref c’est une potion magique ! Sous forme de bitume, il sert même à graisser les essieux. L’industrie pétrolière française se développe dès le XVIIIème siècle en Alsace avec les bitumes de Pechelbronn, d’abord exploités en surface, puis par mines et ensuite par forage. Puis arrive au 19ème siècle « l’invention » des premières techniques de forage « rotary »., A Titusville en Pennsylvanie, le 27 août 1859, alors qu’un forage atteint une profondeur de 23 mètres, le pétrole jaillit. La nouvelle se répand rapidement, les aventuriers affluent, c’est le début d’une véritable ruée vers l’or noir…

La composition du pétrole

Dans la suite de l’exposé, le mot « pétrole » serra utilisé pour parler de pétrole ou de gaz, sauf conditions particulières. Avant tout le pétrole est une roche sédimentaire d’origine organique qui est un mélange de nombreux hydrocarbures.

Les origines des Hydrocarbures 

Le pétrole est le résultat de la succession matières organiques, roche mère, kérogène, pétrole.

1- Formation de la roche mère :

Les Hydrocarbures sont constitués de molécules composées d’atomes d’hydrogène et de carbone. Ils sont issus d’une transformation lente de la matière organique de plantes ou d’animaux morts, il y a des dizaines, voire des centaines de millions d’années. Quand un organisme vivant meurt à la surface de la Terre, la matière qui le compose est généralement recyclée de deux manières différentes : Pour la majeure partie : des prédateurs, charognards ou bactéries, s’en nourrissent.

Exposée à l’air ambiant, la matière organique restante s’oxyde; les atomes d’hydrogène et de carbone se combinent avec les atomes d’oxygène présents dans l’air.

II faut savoir qu’une  infime partie de cette  masse organique (0.1%) échappe à ce destin. Evoluant dans un milieu peu oxygéné comme le fond des mers ou des grands lacs, elle arrive à être préservée. Ainsi les matières organiques se mêlent aux matières minérales, au plancton marin mort sous l’action des bactéries anaérobies (qui vivent à I’ abris de l’oxygène). Ce sont ces dernières qui vont aider à transformer notre matière organique dans des boues sombres et malodorantes.

Si ces boues contiennent de 1 à 2 % de matière organique, ces boues peuvent se transformer en  roche mère.

Mais pour que cela arrive, il faut des caractéristiques exceptionnelles : un climat chaud, ne pas être trop éloigné de l’embouchure d’un grand fleuve (pour avoir des débris végétaux en quantité) et il ne faut pas être trop près des montagnes (sinon il y aura trop de sédiments et le taux de matière organique sera trop faible pour avoir une roche mère de qualité).

Combien de temps cela prend-il?

La sédimentation s’effectue en plusieurs millions d’années. Très lentement (le temps géologique est long), la roche mère s’enfonce dans la croûte terrestre sous le poids des sédiments qui se déposent au-dessus d’elle : elle parcourt ainsi quelques mètres à quelques centaines de mètres par million d’années. Avec un taux de 50 mètres par million d’années, soit 5mm par siècle, il faut 40 millions d’années pour atteindre un enfouissement de 2 000 mètres.

2-Quand la roche mère devient kérogène

La température dans le sous-sol augmente d’environ 5°C tous les 100m. La pression dans le sous-sol augmente d’environ 25 bars tous les 100m. En s’enfouissant dans le sol, la roche mère est alors soumise à des températures et des pressions de plus en plus fortes.

Ainsi, à deux kilomètres sous terre, il fait déjà 100 °C pour une pression de 500 bars !

Dans ces conditions physiques, la matière organique évolue peu à peu  et se transforme en kérogène. Il s’agit d’un matériau intermédiaire composé d’eau, de gaz carbonique, de carbone et d’hydrogène, qui se changera ensuite en pétrole ou en gaz. A 2000m, le kérogène commence à générer des hydrocarbures. Entre 2 200 et 3 800 m, le kérogène génère du pétrole. Entre 3 800 et 5000 m, le kérogène génère un pic de pétrole, puis du gaz.

3-La migration

Le gaz et le pétrole ont tendance à monter vers la surface de la Terre en se glissant entre les particules minérales des roches. On appelle cela la migration. Lorsqu’elles rencontrent des roches poreuses et perméables laissant circuler les fluides, ces molécules de pétrole et de gaz peuvent se regrouper en vastes accumulations (les « poches » ou « les nappes »). Les molécules de pétrole et de gaz peuvent se regrouper au sein de vastes réservoirs,.

4-Les réservoirs

Les réservoirs sont des roches combinant porosité et perméabilité, telles que des grès ou de la craie.

5-Les roches couvertures

Pour former une accumulation d’hydrocarbures, il faut qu’une roche imperméable fasse office de barrière au-dessus de la roche réservoir : ce sera une roche couverture. Les argiles et les couches de sel sont d’excellentes couvertures.

6-Les pièges

Réservoirs   et   couvertures   ne   suffisent   pas   à   former   un   gisement d’hydrocarbures. Il faut aussi qu’une grande quantité d’hydrocarbures soit accumulée dans un vaste volume fermé que l’on appelle : le piège.

Il existe 2 types principaux de piège :

D’une part les pièges structuraux, engendrés par des déformations de terrain, comme les anticlinaux ou les pièges contre faille, et d’autre part les pièges stratigraphiques composés de couches sédimentaires qui n’ont pas subi de déformation tectonique, comme les récifs ou les pièges par discordance.

Les pièges à hydrocarbures peuvent contenir du pétrole et/ou du gaz. À l’intérieur des pièges, on trouve aussi de l’eau résiduelle.

Dans une accumulation d’hydrocarbures, on trouvera une succession de fluides organisée par densité croissante : du gaz dans la partie supérieure, puis de pétrole, puis de l’eau dans la partie inférieure.

La tectonique des plaques est le moteur de la déformation des sédiments conduisant à la formation de pièges structuraux. Les plaques lithosphériques, constituées de croûte continentale ou océanique et de manteau supérieur, « flottent » et se déplacent sur l’asthénosphère à la manière d’un vaste puzzle. Ces mouvements peuvent être extrêmement rapides comme le déplacement de la plaque « Inde » depuis son détachement de la plaque « Antarctique » il y a environ 130 millions d’années jusqu’à sa collision avec la plaque « Asie » il y a environ 50 millions d’années et qui a pu atteindre 15cm par an.

Les plaques entrant en collision génèrent des déformations dont la taille varie de méga déformations telles que les chaines de montagnes ou les grands bassins sédimentaires à des tailles métriques, voire millimétriques.

Mais que doit-on chercher et comment fait-on pour le trouver ?

On ne cherche pas du pétrole, on cherche un gisement de pétrole (Un gisement est un lieu ou un matériel géologique donné s’est accumulé et que l’on peut exploiter en totalité ou en partie)

L’exploration pétrolière est la première phase d’un très long processus qui passe successivement par la recherche de bassins sédimentaires, l’obtention de licence d’exploration, souvent très coûteuse, l’évaluation des « objets » à forer (les prospects) en passant en revue les paramètres décrits précédemment (présence de roche(s) mère, sa maturité, les qualités réservoir et couverture, la taille du piège, l’âge de sa formation par rapport à l’âge de la migration des hydrocarbures, etc.).

Diverses techniques comme la sismique réflexion, la gravimétrie et le magnétisme aident à ‘évaluer les paramètres et les volumes de l’éventuel gisement.

On   utilise   aussi   des   diagraphies qui sont l’enregistrement   de nombreux paramètres physiques et chimiques des roches et des fluides réalisés au cours à l’occasion de forages déjà réalisés dans le bassin sédimentaire. Puis vient le forage du prospect, … et sa sanction ! Cette première phase peut durer 5 ans. Un résultat positif amènera généralement une phase d’appréciation de la découverte avec le forage d’autres puits (de 2 à 4 ans), puis le forage de puits de développement (de 3 à 6 ans, puis une phase d’exploitation que l’on espère longue, suivie par le démantèlement de l’appareil de production et la remise en état du site.

En conclusion, on peut dire que la formation des hydrocarbures est une formation très lente et précise sur plusieurs millions d’années qui demande aussi la plus grande patience et le plus grand soin quand il s’agit de les découvrir.

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