Thème 5 : Le pétrole, un choix énergétique rationnel pour la Belgique?

Transcription

1 Thème 5 : Le pétrole, un choix énergétique rationnel pour la Belgique? 1

2 Dossier 1 : Aspects géologiques Document 1 : définitions - Combustible fossile : substance pouvant produire de l'énergie par combustion dont l'existence est due à des processus géologiques lents - Charbon : combustible fossile solide - Hydrocarbure : combustible fossile liquide ou gazeux (pétrole, gaz naturel...) - Gisement : site géologique possédant une ressource exploitable - Roche-mère : formation rocheuse riche en matières organiques à l'origine des hydrocarbures - Roche réservoir : formation rocheuse poreuse pouvant contenir des hydrocarbures - Piège géologique : structure géologique capable de piéger des hydrocarbures - Réserves prouvées : ensembles des gisements d'une ressource dont la capacité totale est connue - Réserves probables : ensemble des gisements d'une ressources dont la capacité totale est mal connue ou estimée de manière théorique Document 2 : dépôts sédimentaires 2

3 Document 3 : la formation des hydrocarbures Les hydrocarbures Les hydrocarbures viennent de la matière organique. On a vu précédemment, qu'il y a deux sources principales de sédiments dans un bassin océanique: la charge terrigène provenant de l'érosion des continents, qui se dépose d'abord sur les deltas et est ensuite dispersée sur le plateau continental où elle dépose préférentiellement dans la partie offshore du plateau, puis finalement apportée au pied du talus sur le glacis continental; la charge allochimique provenant du bassin même, principalement de la couche de plancton. Dans les deux cas, les sédiments contiennent une certaine quantité de matière organique qui, dans le cas des terrigènes, a été transportée avec les particules minérales et enfouie rapidement, se trouvant ainsi protégée de l'oxydation. Dans le cas des allochimiques, cette quantité est représentée par la fraction de la biomasse du plancton qui n'a pas été oxydée durant la sédimentation. Ces quantités de matière organique peuvent atteindre les 10, 15 et même 20% du volume du sédiment. Compte tenu du grand volume de sédiments déposé, le volume de matière organique est donc aussi très important. Qu'arrive-t-il à cette matière organique piégée dans le sédiment? L'eau au-dessus du sédiment peut contenir une certaine quantité d'oxygène libre (O2); c'est selon la circulation au fond du bassin. Par contre, dans le sédiment, le peu d'oxygène libre qu'il peut y avoir est rapidement consommé par l'oxydation d'une partie de la matière organique, ce qui fait que les conditions dans le sédiment deviennent rapidement des conditions anoxiques, c'est-à-dire sans O2; on dit qu'il s'agit d'un milieu anaérobie. La matière organique, composée de carbone, hydrogène, oxygène et azote (CHON) est, dans ce milieu, protégée de l'oxydation, mais non de l'action des bactéries anaérobies. Ces bactéries sont celles qui n'ont pas besoin d'oxygène libre, mais qui viennent chercher, dans les molécules organiques, l'oxygène et l'azote dont elles ont besoin pour leur métabolisme; en simplifiant, elles soustraient donc des CHON, les O et les N, laissant les carbones (C) et les hydrogènes (H): c'est la dégradation biochimique de la matière organique. Les carbones et les hydrogènes s'unissent alors pour former de nouvelles molécules composées principalement de ces deux éléments et qu'on appelle des hydrocarbures (HC). Une des premières molécules à se former est le CH4, le méthane (gaz naturel). Ce méthane se forme dans les couches supérieures du sédiment; on dit qu'il s'agit d'un gaz biogénique, parce qu'il est le produit de la dégradation biochimique. A mesure de l'empilement des sédiments sur le plancher océanique (ce qui se mesure en milliers de mètres), les molécules d'hc sont amenées à des températures et pressions de plus en plus élevées; c'est l'enfouissement. A partir d'ici, les molécules d'hydrocarbures vont devenir de plus en plus complexes. La dégradation passera de biochimique (régie par les bactéries) à thermique (régie par l'augmentation de température). Le schéma qui suit résume ce qui se passe à mesure de l'enfouissement et comment se forme l'huile et le gaz. 3

4 L'axe horizontal du diagramme exprime le pourcentage d'hydrocarbures générés; l'axe vertical, la profondeur d'enfouissement. Dans le premier 1000 mètres, ce sont toujours les bactéries qui agissent. Le processus dominant dans cette zone est la dégradation biochimique qui transforme les matières organiques en un hydrocarbure qu'on appelle kérogène, une sorte de pétrole embryonnaire. Sous les 1000 mètres, la dégradation biochimique est remplacée par une transformation contrôlée par l'augmentation de la température; c'est la dégradation thermique. L'enfouissement conduit, d'une part à une transformation progressive du sédiment en roche et, d'autre part, à cette dégradation thermique des kérogènes. A 2000 mètres par exemple, une partie des kérogènes se transforme en huile, un peu plus de 10% ici, une plus petite partie en gaz, et la plus grande partie poursuit sa transformation. Entre 2000 et 3000 mètres, c'est là que le kérogène produit le plus d'huile. Sous les 3000 mètres, la production d'huile devient insignifiante. Par contre, à partir de 2500 mètres, la production de gaz s'accélère et devient importante. Il s'agit d'un gaz qu'on qualifie de thermogénique, puisqu'il est le produit de la dégradation thermique des kérogènes. A 3500 mètres, on ne produit plus d'huile, mais beaucoup de gaz. La dégradation thermique conduit progressivement à des phénomènes de carbonatisation qui transforment les kérogènes non transformés en huile ou en gaz en résidus de carbone. Si l'enfouissement dépasse les 4000 mètres, tout est cuit et les pétroles, huile et gaz, sont détruits. On voit donc qu'il y a des conditions spécifiques d'enfouissement pour former huile ou gaz. En langage pétrolier, on appelle "fenêtre à l'huile" cette fourchette de profondeurs ou se forme l'huile, et "fenêtre à gaz" là où se forme le gaz. Ce qui explique aussi que dans un champ de pétrole il y a pratiquement toujours de l'huile et du gaz. Ces valeurs de profondeurs ne sont pas absolues; elles sont indicatives, car le gradient géothermique peut varier d'une région à l'autre. En effet, ce qui importe, c'est la température à laquelle ont été portés les kérogènes. On sait que le gradient géothermique, défini par le flux de chaleur qui traverse la croûte terrestre, peut varier d'une région à l'autre. Une région qui a connu du magmatisme récent aura un gradient géothermique plus élevé qu'une région où le magmatisme a cessé depuis longtemps et, par conséquent, les pétroles s'y formeront à de plus faibles profondeurs. A ce stade-ci, on est encore bien loin d'un champ de pétrole. Il faut satisfaire encore à plusieurs conditions; seules les deux premières conditions ont été remplies: accumuler de la matière organique dans les sédiments protégés de l'oxygénation, et avoir atteint les conditions d'enfouissement spécifiques à sa transformation en pétrole. Tout ce que l'on a, c'est une certaine quantité d'hydrocarbures liquides et gazeux, sous forme de gouttelettes disséminées dans la roche. En volume, ces gouttelettes représentent peu. Rappelons qu'au départ on avait quelque chose comme 10 ou 15% de matière organique et qu'une partie seulement de cette matière a été transformée en pétrole. La roche dans laquelle se forment les gouttelettes d'hydrocarbures est appelée roche-mère. Il faut en arriver à ce que les gouttelettes se concentrent, en se déplaçant par exemple. C'est le processus de la migration. Il faut que les conditions géologiques soient 4

5 telles que les gouttelettes en viennent à être expulsées de la roche-mère, puis transportées dans une roche perméable pour venir se concentrer dans ce qu'on appelle une roche-réservoir où le pétrole se trouve dans les pores de la roche; une sorte de roche éponge. La migration des gouttelettes de pétrole se fait grâce au déplacement de l'eau dans les formations rocheuses. En effet, les eaux souterraines se trouvent non seulement dans les couches superficielles, mais aussi en grande profondeur où elles circulent très lentement. Ce sont elles qui, en migrant, entraînent les gouttelettes de pétrole. Et puis, ce n'est pas tout d'avoir roche-mère, migration et roche-réservoir, mais encore faut-il que les hydrocarbures soient piégés, c'est-à-dire qu'il faut que le réservoir soit scellé pour empêcher la migration de se poursuivre. Il y a plusieurs situations géologiques qui fourniront ce piège. Une situation commune et recherchée, c'est le piège au sommet de plis anticlinaux où alternent roches perméables et roches imperméables (piège structural A). Les fluides se déplacent, des points de plus forte pression aux points de plus faible pression, c'est-à-dire de bas en haut (flèches rouges). Ces fluides sont un mélange d'eau et de gouttelettes d'huile et de gaz. A cause de la barrière à la migration que forme la couche imperméable, les fluides s'accumulent dans la partie haute du pli. Il se fait une séparation des phases selon leurs densités respectives (comme dans un pot de vinaigrette). Le gaz occupera la partie la plus haute, suivi de l'huile puis de l'eau. Une autre situation propice à la formation d'un piège est offerte lorsque les fluides circulant dans une couche perméable sont coincés sous des couches imperméables dans un biseau formé par le déplacement des couches à la faveur d'une faille (piège structural B). Des lentilles de roches ou de sédiments très perméables contenus dans des couches imperméables peuvent aussi servir de pièges (partie inférieure droite du piège structural C). Par exemple, c'est la situation sur le delta du Mississippi où les sédiments imperméables boueux, riches en matières organiques à l'origine, servent de roche-mère et les lentilles de sable, de réservoirs. Les discordances angulaires, lorsque recouvertes par des couches imperméables, offrent aussi une situation intéressante (partie supérieure droite du piège stratigraphique C). Il y a aussi des pièges qui sont associés aux dômes de sel (pièges mixtes D). Lorsque les diapirs de sel se sont mis en place (un peu à la manière d'un intrusif), ils ont retroussé les couches et créé des biseaux qui sont scellés par les couches imperméables et par le sel lui-même qui est imperméable. 5

6 Document 4 : processus de dégradations des matières organiques Document 5 : migration Document 6 : pièges géologiques 6

7 Consignes 1) Sur base des documents fournis réalise un structurogramme décrivant le processus de formation du pétrole. 7

8 Synthèse des savoirs Tu dois connaître les définitions du document 1, ainsi que le processus de formation du pétrole. La formation du pétrole est un processus complexe qui se déroule sur des échelles de temps longues. Il ne se forme pas à l'échelle de la vie humaine mais à l'échelle des temps géologiques. 8

9 Dossier 2 : Réserves, producteurs et exportateurs Document 1 : les producteurs de pétrole 9

10 Document 2 : l'opep Document 3 : les réserves de pétrole 10

11 Document 4 : les réserves de gaz Document 5 : Les réserves de charbon 11

12 Consignes 1) Sur base des documents fournis, réalise une carte de synthèse sur les réserves et la production de pétrole dans le monde 2) Utilise les informations contenues dans les documents pour critiquer la phrase suivante : Les gisements de charbon sont bien distribués à la surface du globe. 12

13 Synthèse des savoirs Tu dois pouvoir localiser les principaux pays producteurs des trois ressources étudiées dans le dossier. Il existe une différence notable entre pays producteur et pays exportateur. Un pays producteur est un pays qui produit une ressource, sans autre précision sur ce qu'il en fait. Un pays exportateur est un pays qui produit et exporte une ressource. Ainsi, tous les pays exportateurs sont des pays producteurs, mais l'inverse n'est pas vrai! Le meilleur exemple est celui des Etats-Unis, pays qui produit du pétrole mais ne l'exporte pas car il le réserve à sa consommation intérieure. Les principaux pays exportateurs de pétrole sont réunis au sein de l'opep. Cette organisation a pour but d'unir les exportateurs et de protéger leurs intérêts face aux pays clients. L'OPEP régule la production via des quota afin de maintenir les prix en vertu de la loi de l'offre et de la demande. Les ressources mondiales de gaz et de pétrole sont souvent situées au même endroits. Cette corrélation géographique est due au processus de formation de ces ressources. Ces deux ressources sont concentrées dans des zones géographiques précises, là où les conditions de formation et de piégeage étaient réunies. Le charbon, par contre, a une répartition géographique très différente, plus équitablement répartie sur l'ensemble du globe. 13

14 Dossier 3 : L'Ecosse : un cas géopolitique Document 1 : Le Monde, juillet 2007 l'écosse vers l'indépendance? L an prochain, l Écosse va fêter le tricentenaire de l Acte d Union, à sa façon Le 1er mai dernier se sont déroulées, à Edimbourg, les commémorations du tricentenaire de l Acte d Union anglo-écossais de 1707 : acte juridique fondateur du Royaume-Uni de Grande Bretagne supprimant le Parlement d Écosse. Or, cet anniversaire n est finalement pas si festif que ça En effet, on se rappellera que le Parlement écossais a été restauré il y a quelques années : en 1998 («Scotland Act»), suite à la tenue d un référendum s étant déroulé l année précédente, en L Écosse ayant alors accédé à un statut d autonomie sur un certain nombre de compétences (comme la santé, l éducation ou les questions sociales) pour lesquels les députés «britanniques» de Westminster n ont désormais plus leur mot à dire. Or, le surlendemain des commémorations du tricentenaire de l Acte d Union auront justement précisément lieu des élections législatives pour renouveler les membres du Parlement d Écosse, élu en mai Des élections lourdes de menaces pour l avenir d un Royaume-Uni fondé il y a à peine trois cent ans En effet, pour ces prochaines élections, un parti politique est d ors et déjà très clairement donné vainqueur par les instituts de sondage (avec aujourd hui plus de 25% des intentions de vote et environ cinq points d avance sur leurs principaux concurrents ) : c est le SNP (Scottish National Party), parti nationaliste et séparatiste écossais qui, avec le soutien appuyé de personnalités comme l acteur Sean Connery, milite ouvertement pour l indépendance de l Écosse et pour sa sortie du Royaume-uni. Un parti dont la victoire annoncée pourrait alors ouvrir la voie à une éventuelle scission du Royaume-Uni. En effet, leur leader Alex Salmond l a très clairement promis : si jamais le SNP remporte effectivement les élections et s il est désigné premier ministre, il soumettra alors dans les cent jours au Parlement d Écosse un projet de loi prévoyant l organisation d un référendum sur l indépendance de l Écosse. Lequel référendum d autodétermination pourrait donc être organisé autour de la question suivante : «Êtes-vous d accord pour que le Parlement écossais négocie un nouvel accord avec le gouvernement britannique afin que l Écosse devienne un État souverain et indépendant?». 14

15 Document 2 : définitions Ligne de base : ligne des plus basses marées faisant la limite entre le territoire terrestre et les eaux territoriales Eaux intérieures : portion de mer intégrées au territoires terrestre par rectification de la ligne de base Mer territoriale : zone située entre 0 et 12 miles de la ligne de base, considérée comme partie intégrante du territoire du pays Zone contigüe : zone située entre 12 et 24 miles de la ligne de base, le pays peut y mener des actions de police afin de protéger sa mer territoriale Zone économique exclusive : zone située en 0 et 200 miles de la ligne de base, le pays y a le monopole d'exploitation des ressources naturelles Plateau continental : zone de profondeur limitée, de même nature géologique que le continent, où le pays peut demander une extension de sa ZEE au-delà des 200 miles Eaux internationales : zone située en-dehors de toute ZEE, échappant au contrôle des états Détroit international : détroit situé en mer territoriale mais où les navires ont le droit de circuler sans entraves (ex : Bosphore, Gibraltar, Pas-de-Calais...) Document 3 : le Droit de la Mer 15

16 Consignes 1) Sur base des documents fourni et de l'atlas, réalise une analyse géopolitique du cas Ecossais. 16

17 Synthèse des savoirs Tu dois pouvoir localiser les gisements de pétrole et de gaz de la Mer du Nord sur une carte d'europe et identifier les principaux pays détenteurs de ces ressources. Les principaux gisements de gaz et de pétrole d'europe sont situés sous la Mer du Nord. Ces gisements sont répartis entre la Norvège, le Royaume-Uni, le Danemark, l'allemagne et les Pays-Bas. Chaque pays exploite les ressources situées sur la partie du plateau continental qui lui appartient, en accord avec le Droit de la Mer. L'exploitation de ces gisements se fait via des plate-formes pétrolières et un réseau d'oléoduc et gazoducs. 17

18 Dossier 4 : et la Belgique dans tout ça? Document 1 : le Charbon en Belgique Document 2 : le réseau de pipe-lines en Belgique 18

19 Document 3 : le charbonnage de Cheratte (Liège) Document 4 : Production d'éléctricité en Belgique 19

20 Document 5 : Production de charbon en Belgique Document 6 : Production et consommation de charbon en Chine Document 7 : consommation de pétrole par an et par personne 20

21 Document 8 : Transformation du pétrole Document 9 : la raffinerie d'anvers 21

22 Document 10 : géopolitique et prix du baril 22

23 Consignes Sur base des documents qui te sont fournis : 1) Réalise un organigramme montrant les tenants et aboutissants du choix du pétrole pour la Belgique. 2) Utilise ton organigramme pour réaliser une carte schématique de synthèse de la Belgique montrant les conséquences du choix du pétrole aux dépends du charbon. 23

24 Synthèse des savoirs L'approvisionnement énergétique de la Belgique reposait essentiellement sur le charbon jusqu'à la seconde guerre mondiale. Cette ressource locale garantissait à la Belgique son indépendance énergétique tout en fournissant de l'emploi. Différents facteurs sociaux économique font que le charbon est progressivement abandonné au profit du gaz et du pétrole, mais aussi du nucléaire puis des énergies dites renouvelables. Cette mutation a plusieurs conséquences. Au niveau extérieure, la Belgique devient dépendante des pays producteurs ainsi que du marché qui fixe le cours de ces ressources, ce même marché tant lui-même soumis aux aléas de la géopolitique. Au niveau intérieur, la fermeture des charbonnage marque le début du déclin de l'économie wallonne, qui sera encore accentué par la crise de l'industrie métallurgique. Les investissements liés au gaz et au pétrole se font dans les ports, donc en Flandre. Cette dernière développe de nouvelles industries liées à la pétrochimie. A partir de 1965, et pour la première fois dans l'histoire de la Belgique, le PIB/hab de la Flandre dépasse celui de la Wallonie. Cette tendance ne cessera pas de s'accentuer jusqu'à aujourd'hui. Les conséquences paysagères de ce basculement sont encore visibles tout autour de nous. Le port d'anvers est florissant (il sera étudié en détail dans un autre thème) alors que la Wallonie peine à assainir et à reconvertir ses friches industrielles. 24

25 Dossier 5 : Quelles alternatives? Document 1 : «Le Monde» 11 mai 2011 Erreur fatale de l Union européenne La directrice de la politique générale des transports de la Commission européenne prévient que l Europe commet une «erreur fatale» en tardant à réduire sa dépendance au pétrole. Le Grenelle de l environnement a relancé les ventes de voitures. Marjeta Jager a déclaré, au cours d une conférence sur le pic pétrolier organisée le 3 mai par le groupe écologiste au Parlement européen de Bruxelles : «Si nous tardons à agir, dans un futur pas très lointain, nous pourrions être forcés de réduire drastiquement notre mobilité, et d importer des solutions technologiques d autres régions du monde.» Cette déclaration marque plus qu un hiatus avec le contenu du livre blanc sur les transports publié en février par la Commission de Bruxelles, d après lequel il n est pas envisageable de réduire la mobilité des Européens, souligne une dépêche du site EurActiv qui a rendu compte de la conférence. Le responsable du charbon et du pétrole au sein de la direction générale de l énergie de la Commission européenne, Jan Panek, a reconnu l existence d «incertitudes» concernant les «chiffres sur les réserves»et la «disponibilité» future du pétrole. M. Panek n a pas voulu dire jusqu à quel point l Union européenne fait confiance aux données officielles fournies par les pays du golfe Persique, et en particulier par l Arabie Saoudite, dans l élaboration de ses modèles prospectifs et de ses plans d urgence. On se demande bien ce qui peut justifier un tel refus Evoquant d éventuelles pénuries de pétrole, M. Panek s est contenté de mettre en garde : «Nous n en n avons pas eu beaucoup dans le passé, mais nous pourrions en connaître plus dans le futur.» En novembre, le commissaire européen à l énergie, Guenther Oettinger, avait déclaré : «La quantité globale de pétrole disponible a, je pense, dépassé son pic maximal.» C était au lendemain de la publication d un rapport de l Agence internationale de l énergie d après lequel la production mondiale de pétrole conventionnel a franchi son «pic historique» en 2006, et n augmentera plus «jamais». L Union européenne s est engagée à réduire de 20 % ses émissions de gaz à effet de serre d ici à 2020, par rapport au niveau atteint en 1990 (des émissions essentiellement dues à la consommation d énergies fossiles, et avant au pétrole). En 2009, la consommation de pétrole de l Union européenne était supérieure de 1,5 % à son niveau de Allemands et Français font figurent de bon élèves, puisque leurs consommations annuelles connaissent une baisse par rapport à On reste cependant loin d une diminution de 20 %. De plus, la France et l Allemagne sont les plus gros consomateurs de pétrole au sein de l Union. Il est improbable que l Europe connaisse une réduction sensible de sa dépendance à l égard du pétrole, tant que les véhicules à essence et au gazole demeurent le mode de transport ultra dominant. En France, les primes à la casse et les bonus écologiques, mesures phare du Grenelle de l environnement, ont conduit à une relance record des ventes d automobiles. Aux Etats-Unis, dans un registre connexe, un éditorial du New York Times fustige l offensive menée par de nombreux parlementaires républicains et démocrates en faveur d une relance des extractions off shore de pétrole. Même si ces extractions triplaient, elles n auraient guère d impact, ni sur le prix de l essence, ni sur la dépendance vis-à-vis des importations de brut, souligne le quotidien. 25

26 Document 2 : La fin du pétrole? (1) 26

27 Document 3 : la fin du pétrole? (2) 27

28 Document 5 : L'énergie éolienne 28

29 Document 6 : énergies renouvelables et inégalités 29

30 Document 7 : l'or Blanc 30

31 Document 8 : Le nucléaire Document 9 : puissances comparées Energie totale fournie par le pétrole en Belgique en un an : 2,8x10e11 kwh 31 Energie Production annuelle (kwh/an) unité Nucléaire : 8x10e9 / réacteur Photovoltaïque : 100 / m² Eolienne : 3x10e6 / éolienne

32 Consignes Sur base des documents qui te sont fournis : 1) Calcule ce qui serait nécessaire pour se passer de pétrole en le remplaçant par une autre source d'énergie. Nucléaire : réacteurs Photovoltaïque : m² de panneau, soit m² par personne Eolien : éoliennes, soit une tous les km Belgique : superficie : km², population : habitants 2) Critique le calcul effectué ci-dessus, ainsi que les résultats obtenus. 3) Réalise un tableau mettant en évidence les avantages et les inconvénients de chaque source d'énergie. 32

33 Synthèse des savoirs Le pétrole et le gaz naturel étant des combustibles fossiles, la quantité totale disponible sur Terre est limitée. La consommation étant infiniment plus rapide que la production (qui se compte en millions d'années), les réserves sont vouées à l'épuisement. Les hypothèses sur la durée des réserves d'hydrocarbures varie fortement selon les estimations. En effet, on ne connaît pas actuellement la quantité totale de pétrole disponibles. L'échéance pourrait varier de 2040 à 2080 en fonction des réserves à découvrir mais aussi de l'évolution de la consommation. Une chose est sure : à un moment ou l'autre les ressources seront épuisées et l'humanité devra se passer de pétrole. Il existe des alternatives, qui ont toutes des qualités et des défauts. Le nucléaire est relativement bon marché en exploitation, mais il pose la question de la sécurité des centrales et de la dangerosité des déchets produits. Par ailleurs, des calculs intégrant le coût de démantèlement des centrales remettent en cause sa rentabilité. Et enfin, les combustibles nucléaires, tout comme le pétrole, sont en quantité limitée sur notre planète. Le photovoltaïque ne pollue pas du tout pendant la durée d'exploitation, et cette source d'énergie durera aussi longtemps que le soleil, soit encore plusieurs milliards d'années. Toutefois, la fabrication et le recyclage des panneaux impliquent d'utiliser des produits polluants. L'empreinte écologique n'est donc pas totalement nulle. L'énergie éolienne sera exploitable aussi longtemps que notre planète existera. Elle ne pollue pas pendant son exploitation, et très peu lors de la production des génératrices. Mais elle aussi a ses défauts, comme l'impact paysager et la répartition inégale des gisements éoliens. Par ailleurs, les énergies éolienne et photovoltaïque n'ont pas une production constante. Elle produisent quand les conditions sont favorables et ne sont pas toujours en mesure de répondre à la demande. 33