Géologie et géodynamique des hydrocarburesencyclopedie- .1 Article : 009 Géologie et géodynamique

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    Article : 009

    Gologie et godynamique des hydrocarbures

    MATHIEU Yves et PERRODON Alain

    2014 Mai

    Niveau de lecture : Assez difficile

    Rubrique : Sources fossiles

    Mots cls :

    Gologie Hydrocarbures Rserves Ressources

    Chapeau de larticle

    [Tapez ici une trs courte prsentation de larticle. Ce texte ne devra pas excder les 300 caractres, soit environs 3 lignes.]

    Rsum de larticle en Anglais :

    [Tapez ici le rsum de larticle en anglais. Court texte de 1000 2000 caractres, soit entre 10 ou 20 lignes.]

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    Figure de couverture

    Sommaire

    1. Des conditions gologiques et conomiques ncessaires ................................................................. 3

    2. Origine et formation des roches sdimentaires ............................................................................... 3

    3. Formation des hydrocarbures ......................................................................................................... 3

    4. Migration des hydrocarbures .......................................................................................................... 4

    5. Formation des gisements dhydrocarbure ....................................................................................... 5

    6. La notion de systme ptrolier ....................................................................................................... 5

    7. La notion de province ptrolire ..................................................................................................... 5

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    En 2014, la place dominante quoccupent les hydrocarbures dans la consommation nergtique mondiale (60%) justifie les interrogations qui entourent leurs ressources encore accessibles. Leurs explorations et leurs exploitations exigent une connaissance optimale de lhistoire gologique et godynamique qui ont donn naissances aux hydrocarbures.

    1. Des conditions gologiques et conomiques ncessaires

    Des ingrdients indispensables au dpart : une ou des roches mres ayant gnr des hydrocarbures, une ou des roches rservoirs ayant pu les drainer, un ou des piges les ayant retenus. Des quantits retenues suffisantes pour rendre ces accumulations conomiques en volume et en production journalire pour amortir les investissements et les cots de production.

    2. Origine et formation des roches sdimentaires

    Tout commence par le dpt de micro-organismes ou plancton sur le fond de lacs, de lagunes, de mers ou encore de ctes ocaniques abrites. Ces matires organiques, aux structures chimiques plus ou moins complexes, mles aux fines particules minrales arraches par les rivires et les fleuves rodant les reliefs immergs, constituent ainsi des vases. En milieu priv doxygne, milieu dit euxinique, ces vases riches en matire organique, protges par laccumulation rpte de nouveaux sdiments, sont progressivement enfouies et conscutivement portes des pressions et des tempratures de plus en plus leves. Cet enfouissement entraine une transformation progressive des vases et boues de surface en roches sdimentaires par compaction, dshydratation, dissolution et recristallisation selon des processus complexes connus sous le terme de diagnse. Cest ainsi que se forment les roches sdimentaires qui sont qualifies de roche mres quand elles possdent des dbris de matire organique, de roches rservoirs quand elles possdent un rseau poreux permable (grs et carbonates) et de roches couvertures quand elles sont impermables (argiles-sels).

    3. Formation des hydrocarbures

    Les matires organiques contenues dans ces roches nchappent pas ces transformations en prenant alors des structures plus rsistantes aux contraintes du milieu. Elles donnent ainsi naissance des chaines molculaires constitues principalement dun assemblage de carbone et dhydrogne ltat liquide et / ou gazeux selon la nature de la matire organique initiale et/ou selon les tempratures subies.

    Vers 80Celsius environ, les matires organiques dorigine principalement animales se transforment en hydrocarbures essentiellement liquide ou ptrole (tempratures atteintes entre 2 et 3 000 mtres de profondeur selon les gradients gothermiques locaux). La roche mre est alors dite mature et se situe dans ce que lon appelle la fentre huile . Lenfouissement des roches se prolongeant, la fentre gaz est alors

    Fig. 1: Eutrophisation source: Wikimedia Commons

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    atteinte vers 140C, les liquides ptroliers sont transforms en gaz (gaz thermognique secondaire ou gaz mtagnique) et en bitumes rsiduels (pyrobitumes). Cette temprature est atteinte entre 4 500 et 6 000 mtres de profondeur toujours selon les gradients gothermiques locaux. Si ces transformations nont pas t atteintes on parle alors de roches ou de schistes bitumineux et de ptrole non conventionnel.

    Quand la matire organique est dorigine vgtale elle ne forme gure que du gaz. Ce gaz peut se former ds les premiers mtres denfouissement par biodgradation, comme cest le cas par exemple dans certains marcages, on parle alors de biogaz. Il reprsente environ 20 % des rserves actuelles en gaz conventionnel, et se distingue du gaz thermognique gnr en plus grande profondeur en ne contenant gure que du mthane associ une part non ngligeable de dioxyde de carbone. Par llvation des tempratures lors de lenfouissement, le gaz thermognique dit primaire est gnr par la roche mre en opposition au gaz thermognique secondaire li la pyrolyse du ptrole au-del des 140 C. Le gaz thermognique primaire reprsente plus de 30 % des rserves actuelles en gaz conventionnel et le gaz thermognique secondaire prs de 50%.

    4. Migration des hydrocarbures

    Une partie des hydrocarbures liquides ou gazeux gnrs par la roche mre sont expulss de celle-ci, par la pression due leur enfouissement et leur tassement, vers des formations poreuses et permables o la pression est plus faible car moindre profondeur. Les hydrocarbures, plus lgers que les eaux sales contenues dans ces roches, cheminent alors dans ces roches rservoirs constituant des aquifres en qute permanente de zones plus faible pression. Si aucun obstacle ne soppose cette migration, ils peuvent arriver la surface loccasion de fractures ou tout simplement par laffleurement de la couche aquifre. Les hydrocarbures les plus lgers se perdent alors dans latmosphre, les fractions les plus lourdes sont altres par les agents atmosphriques et ou par les activits bactriologiques et donnent des huiles trs lourdes, trs visqueuses qui imprgnent les sables et calcaires : elles forment les sables et calcaires bitumineux bien connus au Canada o ils sont exploits. Ces arrives en surface ont t exploites ds lantiquit (Msopotamie, Chine, Caucase) et constituent encore une source importante de ptrole dit non conventionnel mais aussi des indices prcieux pour la recherche des hydrocarbures dans les zones inexplores.

    Fig. 2: Migration primaire source : Pinterest

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    5. Formation des gisements dhydrocarbure

    Dans le cas o les hydrocarbures sont arrts par une barrire au cours de leur migration, ils saccumulent en amont de celle-ci pour former un gisement. La combinaison dune telle barrire au couple rservoir-couverture constitue un pige. Il existe toute une srie de piges. Ils peuvent tre le rsultat de la prsence de lcran dune faille, dun repli de la couche en dme ou anticlinal, dun biseau sdimentaire marquant la terminaison des qualits rservoirs de la couche drainant les hydrocarbures (piges simples) voire dune

    combinaison de plusieurs facteurs de pigeage (piges mixtes). Ces types de piges, structuraux ou sdimentaires constituent les objectifs classiques de lexploration.

    6. La notion de systme ptrolier

    Lenchainement des diffrents processus gologiques et ptroliers, schelonnant de la gense des hydrocarbures leur pigeage , constitue un systme ptrolier, une entit dynamique o les variations de temprature et de pression rsultant de lhistoire du bassin sdimentaire et de ses dformations au cours des temps gologiques, contribuent la gense, aux prgrinations, la concentration et la dissipation du ptrole et du gaz.

    7. La notion de province ptrolire

    Un ensemble de gisements rsultant dun ou de plusieurs systmes ptroliers constitue une province ptrolire. En troite relation avec le droulement historique et dynamique du bassin sdimentaire qui lui sert de cadre, la province ptrolire traduit chaque dformation structurale et chaque rajustement des processus ptroliers, tout approfondissement pouvant entrainer une nouvelle gnration de ptrole ou de gaz, toute surrection remettant en cause les accumulations existantes. Les hydrocarbures sont bien vivants lchelle gologique.

    Fig. 3: Systme ptrolier source: Ifpenergiesnouvelles.fr

    Fig. 4 : Provinces ptrolires source : Y. Mathieu. Le dernier sicle du ptrole. Technip, 2014.