TECTONIQUE DES PLAQUES APPLIQUEE : PROSPECTION DES RESSOURCES PETROLIFERES

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Sylvie Gamache
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$v=dkjohqzx8zs Un océan peut naître (Mer Rouge actuelle par exemple : ) de la fracturation d un continent : l Océan Atlantique Sud est ainsi né de la fracturation il y a -140 Ma d un continent$

1 2A Chapitre 7 TECTONIQUE DES PLAQUES APPLIQUEE : PROSPECTION DES RESSOURCES PETROLIFERES formation d un gisement : (rappel 2nde) : Un océan peut naître (Mer Rouge actuelle par exemple : ) de la fracturation d un continent : l Océan Atlantique Sud est ainsi né de la fracturation il y a -140 Ma d un continent regroupant l Amérique du Sud et l Afrique : cette fracturation est complète quand se met en place une dorsale dont l activité engendrera l expansion océanique : les 2 bordures du continent fracturé, zones de transition océan / continent, sont appelées marges passives. Dans certains cas, les conditions de sédimentation dans ces marges permettent la genèse du pétrole. I / NAISSANCE D UN OCEAN ET DE SES MARGES PASSIVES A/ Caractères généraux d une marge passive B/ la phase continentale : le rifting Il existe des régions où la fracturation d un continent est visible : ce sont les rifts ou fossés d effondrement. Ils peuvent être avortés (fossé rhénan, en Alsace) ou en activité comme dans la région des Grands Lacs, à l Est de l Afrique, où un océan est en formation. rift = bassin long, étroit, limité par un système de failles normales qui témoignent d une tectonique en extension, de mouvements divergents, résultant d un étirement lithosphérique crustal continental où l extension se traduit par l apparition de failles normales délimitant des blocs basculés/ Conséquence : un amincissement de la croûte s opère, ce qui entraîne un affaissement (subsidence) du rift dont le fond est souvent avec lacs ou bras de mer et des sédiments se déposent dans les fossés entre les blocs basculés. Cela entraîne aussi une montée asthénosphérique avec activité volcanique plus ou moins intense au niveau du rift et des dépôts volcaniques. Le rifting s achève quand la montée de cette asthénosphère entraîne la naissance de la dorsale à l origine d une formation et de la mise en place de la lithosphère océanique. Le rifting est la période pendant laquelle les phénomènes tectoniques sont continentaux seulement et se termine quand la dorsale se met en place et que débute l expansion océanique. 1

C/ Genèse et évolution de la lithosphère océanique A l axe de la dorsale, 10 à 20 km de lithosphère océanique se créent, essentiellement de la

solide dont le point de fusion est atteint par décompression adiabatique (remontée à température fixe de 1300 C accompagnée d une baisse de

dans une chambre magmatique : une partie refroidit lentement, cristallise en gabbros à gros minéraux alors que le reste parvient en surface et

2 C/ Genèse et évolution de la lithosphère océanique A l axe de la dorsale, 10 à 20 km de lithosphère océanique se créent, essentiellement de la croûte, à basaltes et gabbros issus du refroidissement d un magma dont la genèse à l axe de la dorsale se fait à partir d un manteau supérieur solide dont le point de fusion est atteint par décompression adiabatique (remontée à température fixe de 1300 C accompagnée d une baisse de pression) : avec un taux de 10-20% de fusion, le magma péridotitique asthénosphérique conduit à un magma basaltique en surface et s accumule dans une chambre magmatique : une partie refroidit lentement, cristallise en gabbros à gros minéraux alors que le reste parvient en surface et se refroidit au contact de l eau en pillow lavas (basaltes en coussins). La partie non fondue devient du manteau lithosphérique par refroidissement. 2

En s éloignant de la dorsale, toute la lithosphère océanique s épaissit par contraction thermique liée au refroidissement et sa densité augmente : elle s enfonce alors peu à peu de -2500 m à plus de

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3 En s éloignant de la dorsale, toute la lithosphère océanique s épaissit par contraction thermique liée au refroidissement et sa densité augmente : elle s enfonce alors peu à peu de m à plus de m de profondeur dans les plaines abyssales. D/ Marges passives et expansion océanique Pendant l expansion, la marge continentale active (sismicité et volcanisme lors du rifting) devient passive. Son évolution est surtout liée à son enfoncement (subsidence) : le socle fracturé s enfonce mais la profondeur de la marge passive immergée n augmente pas car l enfoncement du socle est compensé par le dépôt de sédiments parfois très abondant venant de l érosion intense des continents proches et de dépôts marins de faible profondeur : ils sont post-rift. Pour certaines marges (Niger, Gabon Angola ), l épaisseur sédimentaire peut atteindre 10 km! II / TECTONIQUE DES PLAQUES ET RECHERCHE D HYDROCARBURES tectonique des plaques : modèle explicatif des séismes, du volcanisme intra et inter-plaque, de l orogenèse (formation des chaînes de montagnes, des océans, la cinématique des plaques, la sédimentation sur les marges et les fonds), elle peut également orienter la recherche des ressources énergétiques et en particulier des hydrocarbures. A/ Conditions de formation du pétrole 1/ des restes d organismes morts (matière organique) se déposent avec d autres sédiments (souvent des argiles) en milieu lacustre ou marin peu profond. 2/ cette matière échappe, au moins en partie, à la dégradation par les bactéries aérobies et par les organismes des fonds 3/ en conditions anaérobies (pénurie ou absence d O2), cette matière est dégradée par des bactéries anaérobies qui la transforment en kérogène, ensemble complexe de molécules enrichies en C + H, imbibant le sédiment minéral qui deviendra la roche-mère des hydrocarbures. Le kérogène ne peut devenir hydrocarbures qu à des températures supérieures à 60 C, à une profondeur suffisante (pression particulière) : à - 2 à - 5 km, entre 60 C et 150 C, les grosses molécules organiques du kérogène deviennent des hydrocarbures liquides (pétrole brut) et gazeux, à densité faible, tendant donc à quitter la roche mère et à monter vers la surface, d autant plus vite qu il existe un réseau de failles facilitant ce mouvement ascensionnel : la rencontre d un piège au cours du parcours interrompt la migration et l accumulation dans ce piège s effectue alors. Un piège est constitué : - d une roche réservoir, poreuse type calcaire ou grès dans les pores de laquelle s insinue le pétrole - une roche de couverture, à roche imperméable type saline, argile - une structure géologique piégeant le pétrole dans la roche réservoir (faille, anticlinal par exemple) 3

B/ Pétrole et contexte géologique associé Les principales provinces pétrolifères connues (30% de la surface du globe) sont liées à la tectonique des plaques : rifts, marges passives, zones de

exemple : certaines régions, comme le Golfe Persique ont des ressources pétrolières associées à une histoire géologique complexe avec rift, marges actives, collision C/ pétrole et marges passives

4 B/ Pétrole et contexte géologique associé Les principales provinces pétrolifères connues (30% de la surface du globe) sont liées à la tectonique des plaques : rifts, marges passives, zones de collisions continentales Les marges passives (30%) et les rifts (31%) représentent 2/3 des grands champs pétrolifères : ce sont donc les sites les plus favorables à la recherche d hydrocarbures. exemple : certaines régions, comme le Golfe Persique ont des ressources pétrolières associées à une histoire géologique complexe avec rift, marges actives, collision C/ pétrole et marges passives Aujourd hui, au niveau des marges passives de l Est du Brésil et de l ouest Africain (Niger, Gabon, Angola ), toutes issues de l ouverture de l Atlantique Sud, il y a des gisements pétrolifères découverts ou non. exemple : marge passive brésilienne : à 300 km au Sud de Rio de Janeiro et à 300 km au large des côtes brésiliennes, des champs pétrolifères aux réserves considérables (huiles + gaz) ont été découverts depuis 7 ans. A m, les forages ont atteint la roche réservoir après 5000 m de sédiments La roche mère correspond à des sédiments lacustres syn-rift (déposés pendant l épisode de rifting = accrétion, à l origine de la séparation Amérique du Sud / Afrique de l Ouest ) 1/ Les conditions anoxiques (sans 02) au sein du rift ont favorisé la conservation de la matière organique abondante (kérogène) 2/ après la subsidence (enfoncement selon la gravité) de la marge passive alourdie de ses couches sédimentaires épaisses, cette roche mère est aujourd hui enfouie sous 5 km de sédiments et l élévation de température et de pression pendant cet enfoncement a transformé le kérogène en pétrole et gaz 4

3/ les épisodes de sédimentation syn-rift et post-rift de la marge passive forment les roches réservoir (calcaires poreux ici) 4/ la couche de sel recouvrant le réservoir joue le rôle de couverture

Donc, tout, là-bas, dans l histoire de cette marge passive brésilienne, a été réuni pour en faire une région à pétrole.

5 3/ les épisodes de sédimentation syn-rift et post-rift de la marge passive forment les roches réservoir (calcaires poreux ici) 4/ la couche de sel recouvrant le réservoir joue le rôle de couverture pour le piège à pétrole, liée à l histoire de la marge dont les eaux, isolées ou liées à l océan ont subi des évaporations intenses entraînant une concertation et des dépôts salins. Donc, tout, là-bas, dans l histoire de cette marge passive brésilienne, a été réuni pour en faire une région à pétrole. D autres gisements sont donc présents dans la marge africaine : c est pourquoi des compagnies off-shore explorent encore le sous-sol africain. Prospecter coûte cher et forer aussi (fastidieux et long) : cela ne se fait donc que pendant plusieurs années après avoir réuni l ensemble des indices nécessaires pour s assurer de la présence d un nouveau gisement, salutaire en période de début de prise de conscience de la pénurie prochaine de ressources fossiles mondiales. 5

Dans certaines de ces zones, les conditions nécessaires à la genèse de pétrole sont réunies : 1/ accumulation de sédiments riches en matière organique (MO) 2/ enfouissement

6 BILAN Bientôt épuisés car exploités beaucoup vite que le temps mis à se former (ordre de grandeur : 10^2 contre 10^7 ans!), les gisements pétroliers sont très souvent dans des zones liées à la tectonique des plaques, en particulier les rifts et marges passives. Dans certaines de ces zones, les conditions nécessaires à la genèse de pétrole sont réunies : 1/ accumulation de sédiments riches en matière organique (MO) 2/ enfouissement indispensable à la formation d hydrocarbures 3/ existence de pièges permettant l accumulation de la ressource fossile Tectonique des plaques et recherche d hydrocarbures : Les hydrocarbures : 6

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