Tectonique des plaques et recherches de ressources

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1 Tectonique des plaques et recherches de ressources Les conditions nécessaires à la formation des hydrocarbures sont très rares, d'où la rareté actuelle du pétrole. Le modèle de la tectonique des plaques permet de prévoir les zones possibles où se sont produites les conditions de formation des hydrocarbures, et ainsi d'orienter la recherche pétrolière. Comment ce modèle permet-il la recherche et l'exploitation d'hydrocarbures? 1. Définition d'hydrocarbures Hydrocarbures Les hydrocarbures sont des molécules chimiques d'origine organique. Il en existe trois types: Les hydrocarbures liquides, comme le pétrole Les hydrocarbures gazeux, comme le méthane Les hydrocarbures solides, comme le charbon La formule de base d'un hydrocarbure est : CnHm+3n2O2. Lors de sa combustion, qui est la base de l'utilisation humaine d'un hydrocarbure, il libère : Du nh2o De l'énergie Du nco2, d'où la pollution due aux énergies fossiles 2. Epoque, lieu et conditions de formation des hydrocarbures La formation des hydrocarbures est complexe, et la réunion des conditions rares, d'où l'épuisement actuel des ressources. a) Epoque de formation des hydrocarbures Les hydrocarbures se sont formés pendant le Jurassique ( 200 à 145 millions d'années), qui est une époque interglaciaire avec des continents majoritairement placés sur la zone équatoriale. b) Lieu de formation des hydrocarbures Pour que les hydrocarbures se forment, il doit y avoir une grande quantité de matière organique déposée. C'est ce qui se produit au niveau des bassins sédimentaires des marges passives. Marge passive Une marge passive, à la différence d'une marge active qui est une frontière de plaques, est le passage de l'océan au continent au sein d'une même plaque. Donc une marge passive ne présente pas d activité de tectonique. Les côtes atlantiques européenne et africaine sont des marges passives. Les marges passives sont issues de la formation de rifts.

2 Rift Un rift est une zone où la croûte continentale s'amincit sur plusieurs centaines de kilomètres de long et plusieurs dizaines de kilomètres de large. Il aboutit à terme à la formation d'un océan. Le processus de formation d'un rift se nomme le rifting. La mer Rouge a été créée par un phénomène de rifting. Au cœur d'un rift, plusieurs phénomènes tectoniques sont propices à la formation des hydrocarbures. La phase de fracturation de la croûte forme un bassin dans lequel les sédiments s'accumulent (=> Bassin sédimentaire). L'amincissement permet un enfoncement rapide de ces sédiments. Caractéristiques d'un rift c) Conditions de formation des hydrocarbures Trois conditions sont indispensables à la formation des hydrocarbures : Il faut une forte productivité de matière organique, ce qui a été le cas pendant le jurassique grâce aux conditions climatiques propices. Il faut une faible teneur en dioxygène, ce qui permet d'éviter la dégradation de la matière organique par les organismes unicellulaires (seuls environ 0,1% de la matière organique échappe à la dégradation). Il faut un fort taux de sédimentation pour que la matière organique soit rapidement enfouie et peu de temps en contact avec l'air chargé en dioxygène. Ces conditions se retrouvent réunies dans un petit nombre de bassins sédimentaires de marges passives. Les marges passives type Golfe du Mexique constituent des lieux de dépôt privilégié de la matière organique.

3 La matière déposée évolue lentement par «crackage» (de l anglais to crack = fragmenter, fissurer) des molécules organiques pour former un composé visqueux, sorte de «soupe» contenant des molécules d hydrocarbures déjà formées et des molécules organiques pas encore dégradées : c est le kérogène. Au fur et à mesure de son enfouissement, la pression et la température augmente, le kérogène se transforme en hydrocarbures au sens strict. (nb : penser kérogène => kérosène) En résumé, la matière organique se retrouve piégée dans les sédiments et peut y subir un processus de maturation qui la transforme en hydrocarbures. Inversement, ce n est pas parce qu on a un bassin sédimentaire qu on va pouvoir y trouver du pétrole : il faut que les conditions nécessaires à l enfouissement et à la préservation soient réunies. 3. Etapes de formation des hydrocarbures a) La migration primaire des hydrocarbures Si les conditions initiales sont réunies, un reste de matière organique issu de restes d'êtres vivants, mêlé avec des sédiments minéraux, va former une roche-mère lors de son enfouissement à grande profondeur dans le bassin. Cet enfouissement est appelé la subsidence. La matière organique se transforme alors en kérogène. Roche-mère Une roche-mère est une roche sédimentaire riche en matière organique. Certains schistes sont des roches-mères. Kérogène Le kérogène est le composé issu de la matière organique qui se forme lors de l'enfouissement de la roche-mère. Subsidence La subsidence est l'enfoncement du fond du bassin sédimentaire. Au cours de la subsidence, la pression et la température augmentent. Le kérogène se transforme en hydrocarbures (gaz et pétrole), qui vont migrer en remontant vers la surface. Au cours de leur migration, ils vont quitter la roche-mère et se loger dans une roche-réservoir : c'est la migration primaire. Roche-réservoir La roche-réservoir est la roche qui va accueillir les hydrocarbures à la sortie de la rochemère. Les principales roches-réservoirs sont essentiellement des sables plus ou moins compactés en grès. Ils sont formés de petits grains siliceux de type quartz ou feldspaths. En général, ces roches proviennent de la dégradation de granites continentaux. Le grès peut être une roche-réservoir. Migration primaire La migration primaire des hydrocarbures est le passage de la roche-mère à la rocheréservoir.

4 La migration primaire b) La migration secondaire des hydrocarbures La migration primaire ne s'arrête que si la roche-réservoir est coiffée d'une rochecouverture, sinon les hydrocarbures remontent à la surface où ils sont dégradés. Les hydrocarbures glissent le long de la roche-couverture, soit pour remonter à la surface, soit pour former une poche dans un pli ou une faille où ils seront "coincés". Roche-couverture Une roche-couverture est une roche imperméable qui empêche les hydrocarbures de remonter à la surface dans certaines conditions tectoniques. Les roches couvertures sont souvent des argiles. Les argiles représentent les trois quarts des roches sédimentaires présentes à la surface du globe, ce sont des particules très fines organisées en feuillets. Les argiles présentent un comportement ductile (=malléable) lorsqu elles sont hydratées, et un comportement cassant lorsqu elles sont sèches. Elles se présentent souvent en bancs superposés parallèles : on parle alors de schistes. Migration secondaire La migration secondaire est la remontée des hydrocarbures au sein de la roche-réservoir jusqu'à la formation d'une poche en cas de roche-couverture avec contexte tectonique favorable, ou jusqu'à remontée à l'air libre et dégradation. La migration secondaire des hydrocarbures

5 Glossaire : Bassin sédimentaire: dépression de la croûte continentale ou océanique comblée par de grandes épaisseurs de sédiments. Gisement: lieu où l on peut extraire une ressource (pétrole, uranium, or, etc.) qui soit rentable d un point de vue économique. Hydrocarbure: molécule de formule brute CnH2n dont la combustion libère de grandes quantités d énergie. Les hydrocarbures peuvent être gazeux (méthane), huileux (pétrole) ou solides (charbon). Kérogène: composé visqueux intermédiaire contenant à la fois des molécules d hydrocarbures déjà formées et des molécules organiques pas encore dégradées. Marge passive: limite océan-continent ne présentant pas d activité tectonique, par opposition aux frontières en subduction. Pétrole: un liquide huileux formé d hydrocarbures (molécules de type alcane à longue chaîne). Productivité primaire: quantité de matière végétale produite par unité de temps et de surface, exprimée en GTc/an (gigatonnes de carbone par an). Rifting: déchirure d un continent ayant donné naissance à un domaine océanique. Le fossé continental précédant la déchirure est appelé rift. Roche sédimentaire: roche formée par l accumulation de débris organiques ou produite par l altération de roches préexistantes. Roche-mère du pétrole: roche sédimentaire riche en matière organique pouvant être le lieu de la formation d hydrocarbures. Roche réservoir: roche perméable et poreuse, de type sable, où le pétrole peut se retrouver bloqué. Roche couverture: roche imperméable bloquant la remontée des hydrocarbures sous l effet de la poussée d Archimède. Sismique-réflexion: méthode consistant à envoyer des ondes sismiques pour mettre en évidence des réflecteurs en profondeur. Subsidence: enfoncement progressif d un bassin sédimentaire sous l effet de contraintes en extension. Bilan Le modèle de la tectonique des plaques fournit des indices aidant à la recherche des gisements pétroliers. Ce modèle permet d expliquer : Le positionnement géographique du bassin favorable au dépôt d une matière organique abondante et à sa conservation. la subsidence du bassin, permettant l enfouissement et la transformation de la matière organique. le piégeage des hydrocarbures formés au sein d un gisement.