Thème 2 Enjeux planétaires contemporains 1 er partie Tectonique des plaques et géologie appliquée Le modèle de la tectonique des plaques présente un intérêt appliqué. Ce modèle permet (parfois) de comprendre les conditions d existence d une ressource exploitable. L exemple sera choisi de façon à introduire quelques idées concernant une histoire sédimentaire compréhensible dans le cadre du modèle de la tectonique des plaques (par une approche locale ou globale). 01/03/2016 1
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Problème : comment trouver des gisements de pétrole? Chapitre 1 La tectonique globale et la recherche d'hydrocarbures : Une ressource locale? 1 - La marge passive : aspect tectonique régional 1S-tp-p-2A-15 et 1S-tp-p2A-14-afar2010 Histoire d'un océan et de ses marges passives Activité 4 p. 222 1 Le principe d actualisme permet de reconstituer un paléoenvironnement. La surface d aspect irrégulier (doc 1b3) ressemble au modelé du plateau calcaire érodé par la pluie dans le Jura (doc 1b4). L'application du principe d actualisme permet donc de supposer que ces deux surfaces, de même nature (carbonatées) et de même modelé, ont été façonnées dans les mêmes conditions et par le même agent d érosion. Le calcaire rose renferme des fossiles d ammonites (doc 1b1). La coquille des ammonites est similaire à la coquille des nautiles. Or, les nautiles ont un mode de vie pélagique. On peut donc supposer que les ammonites vivaient dans un environnement similaire à celui des nautiles. Le calcaire rose correspond donc à une ancienne boue déposée en milieu océanique profond. 2 Le principe de superposition permet de dater une couche par rapport à une autre. Sur le doc 1a, le calcaire rose recouvre la surface irrégulière qui est donc plus ancienne. Au Jurassique, il y a donc eu succession de deux paléoenvironnements différents. Le milieu, continental au Jurassique inf et moy est devenu océanique au Jurassique sup. 3 Le doc 2 montre qu au Jurassique sup, la bordure continentale située à l ouest de l océan Alpin est subsidente. La subsidence permet d expliquer le passage d un milieu continental à océanique, cet enfoncement est lié à l expansion de l océan Alpin. 4 C est le déplacement vers le sud-est de la plaque africaine qui est responsable de l ouverture de l océan Alpin. La subsidence de la bordure continentale va permettre le dépôt d une vase carbonatée pélagique à l origine du calcaire rose. 2 - La sédimentation d'une marge passive, le bassin aquitain 1S-tp-p-2A-16 et 1S-tp-p-2A-19 (concours géoscience) Activité 1 p. 192 4. Le gisement est constitué de roches-mères argileuses à sa base, de roches-réservoirs gréseuses et de roches-couvertures argileuses au sommet. Des failles normales ont affecté ces roches déposées dans un contexte extensif. Ces failles ont pu ensuite fonctionner en failles inverses lors des mouvements de la couche de sel sous-jacente. On comprend donc mieux les déformations, les plissements, qui affectent les sédiments post-salifères et qui permettent la formation de pièges à pétrole (schéma p. 202). Activité 2 p. 194 2. Schéma d une faille normale et les enfouissements différents de part et d autre de la faille (doc 2 p. 202). 01/03/2016 4
4. Mettre en relation les docs a et b du doc 3 pour expliquer, par le principe de l actualisme, que le sel observé sur la coupe de l Angola s est déposé en continu dans un milieu peu profond. La couche de sel correspondant à plusieurs milliers de mètres, son dépôt a nécessité un enfoncement progressif et continu du fond du lac, c est-à-dire une subsidence qui continue lors du dépôt des sédiments sur le sel. 3 - De la matière organique au pétrole 1S-tp-p-2A-17 et 1S-tp-p-2A-19 (concours géoscience) Activité 3 p. 196 2. Depuis 100 Ma, les roches-mères d Algérie à Hassi Messaoud ont subi 30 Ma d enfouissement rapide qui les ont portés à une température de 3,5 x 25 = 87 C. Elles ont donc séjourné à une température égale ou supérieure à 87 C pendant 70 Ma. Ces conditions correspondent aux conditions de formation de l huile sur le graphique 2b. Activité 4 p. 198 1. La migration de l huile au-dessus de l eau est due à la différence de densité de ces liquides. L huile moins dense a un poids inférieur au même volume d eau. On trouvera donc, superposés dans les roches-réservoirs, l eau plus dense que l huile plus dense que le gaz, de bas en haut et dans cet ordre. 2. Le modèle analogique permet de comparer la migration des hydrocarbures quand les strates sont à l horizontal et quand les strates sont plissées. La géométrie du plissement est à l origine d un regroupement des hydrocarbures au point le plus haut et de la couverture par une roche imperméable qui scelle la structure. Activité 5 p. 200 1. La roche-réservoir est celle qui contient les hydrocarbures, ici le grès aptien. La rochecouverture recouvre directement la roche-réservoir, il s agit du sel aptien. Les roches mères sont plus ou moins éloignées sous le réservoir. Les argiles étant de bonnes roches-mères potentielles, les argiles néocomiennes sont donc de bonnes candidates pour ce gisement. 4. La porosité d un grès est apparente à l échelle microscopique. En revanche, l argile qui présente des pores plus petits, étant donné les échelles, mais bien présents, verra sa microstructure modifiée par l apport d eau. Les pores seront alors déconnectés voire bouchés, ce qui explique sa faible porosité efficace et son imperméabilité. 4 - Tectonique et localisation des gisements 1S-tp-p-2A-18 et 1S-tp-p-2A-19 (concours géoscience) Activité 1 p. 192 1. La complémentarité des côtes et des cortèges fossilifères entre Amérique du Sud et Afrique avait déjà suggéré à Wegener la possibilité de mouvements tectoniques. La disposition relative des champs pétrolifères est un élément de plus, explicable par la théorie de la tectonique des plaques. Soit ces champs se sont mis en place avant l ouverture océanique et ont ensuite été partagés, soit ils se sont mis en place indépendamment et symétriquement dans des environnements semblables de bordures océaniques. 01/03/2016 5
Activité 3 p. 196 1. Comparer les latitudes anciennes et actuelles du Gabon et constater que celles-ci ont peu évolué en 100 Ma et correspondent à une zone propice au dépôt de matière organique sédimentaire. 3. Par analogie avec le gisement d Hassi Messaoud, les roches-mères de Malongo s enfoncent sous l effet du fonctionnement des failles normales en même temps qu elles sont recouvertes de sédiments plus récents déposés sous forme de grands éventails sédimentaires. Compte tenu du gradient géothermique, les roches-mères, représentées à 2 000 mètres de profondeur, ont été portées à 40 x 2 = 80 C pendant 100 Ma, ce qui correspond à des conditions compatibles avec la formation d huile. Une marge passive est la limite croûte continentale, croûte océanique. Elle se forme dans un contexte de divergence et de rifting. Elle possède une sédimentation caractéristique, antè-, syn- et post- rift et des failles normales de type listrique (en cuillère). C'est une zone de sédimentation importante en particulier la phase syn-rift (max 10 km) avec des apports continentaux et marins (potentiellement riche en matière organique). La matière organique enfouie peut être partiellement transformée en pétrole ou gaz. Trouver une ancienne marge passive peut permettre de trouver les gisements de pétrole. Le bassin aquitain est une zone géographique où la tectonique est - favorable à la formation de matière organique - favorable au dépôt de matière organique abondante (subsidence) - où cette matière organique est conservée (enfouissement avant destruction) - où après l enfouissement il y a transformation de la matière organique puis la mise en place du gisement. Un gisement pétrolier est une (petite) histoire dans la tectonique des plaques. L'étude des gisements permet de comprendre les conditions tectoniques du bassin et de le situer dans le cadre général de la tectonique des plaques. La coïncidence, rare, de toutes ces conditions explique la rareté des gisements dans l espace et le temps. Le modèle de la tectonique des plaques permet de rechercher des gisements pétroliers. Mots clé : marge passive, bassin sédimentaire, sédiment, paléoenvironnement, roche sédimentaire, subsidence, roche-mère, roche-réservoir, roche-couverture, kérogène, porosité, perméabilité, migration, gisement pétrolier, hydrocarbures. Lire p. 204-205 et 225. L'idée du cours Le modèle de la tectonique des plaques (sciences fondatentale) présente un intérêt en géologie appliqué (sciences de l'ingénieur, technologie). Pour comprendre, le fonctionnement du globe et au final d'exploiter ses ressources. 01/03/2016 6