Roches énergetiques

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Roches énergetiques (Français) / Energetic rocks (Anglais) / الصخور الطاقية (Arabe) / Rocas energéticas (Espagnol)

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Science de la terre / Cycle des roches / Métamorphisme / Sédimentologie / Stratigraphie / Pétrographie / Fossilisation / Combustion /

Justification

Définition écrite

• Les roches énergétiques se situent dans les énergies non renouvelables, se sont des ressources issues de la fossilisation de matière organique, c'est à dire les ressources énergétiques fossiles

Les intêrets des ressources énergétiques fossiles se sont déclarés essentiellement durant la révolution industrielle au XIXème siècle avec le recours à l'utilisation du charbon pour faire fonctionner les machines à vapeur. En quoi ces énergies fossiles consistent-elles?

• Les roches énergétiques sont issues de l'enfouissement et de la transformation de la matière organique. Etant donné leur caractère fossile elles sont d'une part non renouvelable et d'autre part, la différence de temps entre leur formation et leur exploitation est considérable. Par ailleurs, l'augmentation de la demande des pays émergents en énergie diminuent fortement les projections des ressources énergétiques et conduira certainement à l'exploitation des ressources non-conventionnelles beaucoup plus polluante.

Trois pistes sont envisageables :

1. Une amélioration des techniques de récupération, d'exploitation et de prospection : cela tient essentiellement a un travail des laboratoires de recherches et développement.

2. Un passage à des énergies renouvelables : géothermie, centrale solaire, éolienne, maréemotrice ou bien encore fusion nucléaire.

3. Une diminution forte de la demande énergétique mondiale

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Les formes d'énergie non renouvelables a. Les roches fossiles Les roches fossiles (charbon, pétrole, gaz) sont principalement utilisées lors de réactions de combustion qui conduisent à la libération de dioxyde de carbone dans l’atmosphère (doc. 1). Les roches fossiles ont été formées par enfouissement rapide puis fossilisation de matière organique végétale. Elles permettent le stockage à long terme de l’énergie solaire captée par les végétaux lors du processus de photosynthèse (doc. 1). Leur exploitation intensive depuis l’ère industrielle a épuisé les stocks disponibles. On estime la durée des réservesmondiales à 47 ans pour le pétrole, 64 ans pour le gaz et 156 ans pour le charbon. Sachant qu’il faut plusieurs dizaines de millions d’années pour produire ce type de roches, il est difficile d’envisager le renouvellement des stocks. De plus, l’utilisation de ce type de ressources conduit à une augmentation de la température de surface de la planète par libération de gaz à effet de serre tel que le dioxyde de carbone. La formation et l’exploitation des roches fossiles Le pétrole: Le pétrole (en latin petroleum, du grec petra, « roche », et du latin oleum, « huile »), dit aussi naphte dans l'antiquité, est une huile minérale d’origine naturelle composée d'une multitude de composés organiques, essentiellement des hydrocarbures, piégée dans des formations géologiques particulières. La découverte du pétrole remonte à l’Antiquité Partout où affleuraient les roches pétrolifères, on se servait du bitume comme isolant. Les Egyptiens utilisaient aussi le pétrole pour la momification, les Mésopotamiens comme produit cosmétique et combustible d’éclairage. L’industrie pétrolifère est officiellement née un jour de l’été 1859 où l’ingénieur Edwin Drake, un ex-employé de chemin de fer qui prétendait être colonel, vit surgir du pétrole de son forage de Titus-ville, en Pennsylvanie. L’histoire du pétrole : des momies de l’antiquité … La Bible est la première à faire mention de cette roche fossile, qui aurait été utilisée pour recouvrir l’arche de Noé. Il y a plus de 3000 ans en Mésopotamie, le pétrole qui remontait à la surface sous forme de suintement de bitume, était utilisé comme mortier dans la construction des remparts, pour le calfatage des coques des navires et pour assurer l’étanchéité des citernes et conduites d’eau, comme source d’énergie et même comme médicament. En Egypte, il était un ingrédient essentiel au long et complexe processus de momification. Au Moyen Âge, le pétrole devient une arme redoutable : le «feux grégeois » des byzantins. Il s’agissait de grenades en terre cuite remplies de pétrole et de salpêtre qui étaient lancées d’un navire et explosaient en laissant échapper le pétrole. Enflammé, ce dernier se répandait sur l’eau et propageait le feu aux autres navires. En 1264, lorsqu’il visita Bakou (Azerbaïdjan), Marco Polo décrivit l’exploitation du pétrole de surface, « recueilli en quantités qui pourraient remplir des centaines de navires ». Dès 1594, on creusait dans cette région des puits profonds de 35 mètres. En 1830, on comptait 116 forages, qui produisaient 720 barils par jour. Drake n’est pas non plus le premier à forer en adaptant la technique utilisée dans les mines de sel (un trépan suspendu au bout d’un câble qui lui transmet, depuis la surface, un mouvement alternatif créé par un balancier) : l’ingénieur russe Semyonov utilisa cette technique dès 1854, toujours à Bskou. … aux grandes majors de l’ère industrielle La révolution industielle entraîna la recherche de nouveaux combustibles; les bouleversements sociaux qu'elle occasionna créèrent le besoin d'un pétrole peu onéreux et de bonne qualité pour les lampes. Toutefois, l'huile de baleine n'était accessible qu'aux riches, les bougies de suif avaient une odeur désagréable et les becs de gaz n'existaient que dans les maisons et appartements modernes des zones urbaines. La recherche d'un meilleur combustible de lampe entraîna une forte demande d'"huile de roche" - c'est-à-dire de pétrole brut - et, vers le milieu du XIXe siècle, de nombreux scientifiques mirent au point des procédés permettant d'en faire un usage commercial. C'est ainsi que débuta la recherche de plus importantes sources d'approvisionnement en pétrole brut. On savait que les puits creusés pour l'eau et le sel présentent parfois des infiltrations de pétrole. L'idée de forages pétroliers fit donc naturellement son chemin. Les premiers puits furent forés en Allemagne, en 1875. L'initiative qui rencontra le plus grand retentissemnt fut cepandant delle d'Edwin L. Drake, le 27 août 1859, à Titus-ville, en Pennsylvanie. Drake procéda à des forages pour trouver la "nappe mère", origine des affleurements de pétrole. Les philosophes et le pétrole Petra Oleum, soumis à la question des scientifiques, a été vu par certains comme un fluide d’origine minérale, ayant donc une origine abiotique… Pourtant les indices de son origine biologique, c’est-à-dire de sa filiation avec ce qui a été vivant, même si c’était il y a des millions d’années, sont multiples. Le pétrole lui-même passe aux aveux en laissant partout des empreintes qui le rattachent à la vie. Si le pétrole ou ses dérivés ont été utilisés par l’Homme depuis le Néolithique, son origine est restée longtemps mystérieuse. Dans son traité Opus Tertium, paru en 1268, Roger Bacon commente l’absence de discussion sur l’origine des huiles et des bitumes par Aristote et les autres philosophes de l’Antiquité. C’est à la Renaissance qu’émergent deux hypothèses contradictoires sur l’origine du pétrole. En 1546, Georgius Agricola publie De Natura eorum quae Efflunnt ex Terra, ouvrage dans lequel apparait la première mention du mot pétrole, du latin petra oleum (huile de pierre). Agricola élargit le concept d’Aristote d’exhalations depuis les profondeurs de la Terre et propose que les bitumes soient la condensation de vapeurs soufrées. De son côté, Andreas Libavius théorise en 1597 dans son ouvrage Alchemia que le bitume se forme à partir de la résine d’anciens arbres. Depuis, un long débat scientifique s’est poursuivi entre les tenants d’une origine abiotique du pétrole et ceux qui y voient un produit dérivant de la transformation de matières organiques fossilisées. Il est intéressant de souligner que l’origine biologique des charbons n’a jamais été contestée parce que les restes de plantes fossiles qu’ils contiennent en apportent une preuve indéniable (figure1). Faisant un lien entre ces deux types de combustibles fossiles carbonés, et reprenant l’idée de Libavius, le savant russe Mikhaïl Lomonossov formule en 1757 l’hypothèse selon laquelle le pétrole liquide et le bitume solide tireraient leur origine de détritus végétaux transformés dans le sous-sol sous l’effet de la température et de la pression. Cette hypothèse est rejetée au début du 19e siècle par le géologue et chimiste allemand Alexander von Humboldt et le thermodynamicien français Louis Joseph Gay-Lussac qui tous deux font du pétrole un composé primordial de la Terre remontant des grandes profondeurs à la faveur d’éruption à froid. Cette hypothèse purement chimique n’est pas sans argument et une école de pensée russe a largement diffusé cette théorie d’une origine abiotique du pétrole à partir du milieu du 20e siècle ; idée qui refait régulièrement surface pour laisser entendre qu’il y aurait beaucoup plus de pétrole que nous le pensons dans les profondeurs de la Terre. Les grandes périodes géologiques productrices de roches carbonées • Ere Primaire : carbonifère et permien. C'est le cas de l'essentiel de gisements de houille en France • Ere Tertiaire : Trias et début du Jurassique. C'est le cas du pétrole du moyen orient. De l'exploration à l'exploitation - Avec 31,6 % de l'énergie primaire consommée en 2018, le pétrole est la source d'énergie la plus utilisée dans le monde devant le charbon (26,9 %) et le gaz naturel (22,8 %), mais sa part a fortement reculé : elle atteignait 46,2 % en 1973. Pour une compagnie pétrolière, l'exploration et surtout l'exploitation sont sous-tendu par une notion de rentabilité. Ainsi, une compagnie pétrolière doit trouver le meilleur compromis entre coût engagé et profit tiré. A La prospection • Dans le cas du charbon, lorsqu'un filon est trouvé, l'exploration et l'exploitation sont souvent plus aisés que dans le cas des hydrocarbures. • Dans le cas du pétrole, différentes aproches se succèdent, de la moins coûteuse à la plus coûteuse : - il faut d'abord trouver une région susceptible de recèler du pétrole ou du gaz : soit il y a dejà des champs pétroliers à proximité, soit il y a eu des dysmigrations c'est à dire des fuites du reservoir pétrolier vers la surface. Ce choix de région peut aussi passer par des études de terrain montrant des traits géologiques communs avec des régions à hydrocarbures dejà connue. - Une fois la région trouvée, on effectue une prospection géologique : c'est la première étape, qui permet de repérer les zones sédimentaires méritant d'être étudiées (plissements, failles. . . ). Les géologues utilisent des photographies aériennes et des images satellites puis vont sur le terrain examiner les afleurements. Ces derniers peuvent en effet renseigner sur la structure en profondeur. Ensuite l'analyse en laboratoire d'échantillons de roche prélevés permet de déterminer l'âge et la nature des sédiments afin de cerner les zones les plus prometteuses. Cette étape représente 5 % du budget consacré à la prospection. - Puis, on utilise la prospection géophysique comme la sismique reflexion ou la gravimétrie. Son objectif : donner le maximum d'informations pour que les forages soient entrepris ensuite avec le maximum de chance de succès. Il s'agit essentiellement d'accumuler des données sismiques riches en informations par sismique réflexion. Les pièges possibles mis en évidence sont classés selon leur probabilité d'existence et leur volume prévisionnel. Cette étape représente 15% du budget consacré à la prospection. - Enfin, on réalise un forage d'exploration qui seul permet de certifer la présence de pétrole. On perce la roche à l'aide d'un trépan. À terre, l'ensemble du matériel est manipulé à partir d'un mât de forage. En mer, l'appareil de forage doit être supporté au-dessus de l'eau par une plateforme métallique spécialement conçue. Le coût du forage d'exploration varie de 500 000 euros à terre, à 15 millions d'euros pour les puits en mer. Cette étape qui dure de 2 à 6 mois est la plus lourde dans le budget d'exploration : 60 % en moyenne. • Enfin, après un plan d'exploitatin et des études de rentabilité, l'exploitation peutêtre en lancée. En moyenne, sur 5 forage d'exploration, un seul amène à la mise en place d'une exploitation L'exploitation • L'exploitation du charbon se fait essentiellement en mines à ciel ouvert ou sous-terre • Pour le pétrole on met en place une installation pétrolière. L'extraction du pétrole ou du gaz se passe en plusieurs étapes - l'extraction primaire (40% des gisements) : c'est la plus simple, le fluide jaillit de lui-même expulsé par la pression présente dans le réservoir. On peut récupérer de 5 à 40% du pétrole selon cette technique - l'extraction secondaire (58% des gisements) : la pression de lfuide diminuant au fur et à mesure, lorsque les hydrocarbures ne sortent pas/plus d'eux mêmes, on réalise des injections soit d'eau (c'est souvent le cas en mer), soit du gaz coproduit lorsque sa quantité est trop faible pour être revendu, soit de CO2. On atteint ainsi une extraction de l'ordre de 25 à 35% - l'extraction tertiaire (2% des gisements) : on diminue la viscosité du fluide par diverses techniques Les conséquences environnementales et l'avenir économique • Les déchets des plates-formes en mer : mis en évidence par Greepeace lors de la volonté en 1995 par Shell de faire couler son installation oof-shore de Mer du nord pesant 45 000 tonnes. Certains structures sont en partie recyclable (en hotel de luxe par exemple dans le Golfe du Mexique ou en récifs à coraux) mais ce n'est pas possible pour l'ensemble des plates-formes. Outre l'aspect environnemental, l'abandon total comme partiel de ces structures constitue un obstacle dangereux à la navigation des navires et des sous-marins, ainsi qu'à la pêche notamment par chalutage. • Protection de l'environnement, combustion provoquant la formation de gaz à effet de serre, destabilisation des clathrates de méthane, exploitation non conventionnelle (sables bitumineux et schistes bitumnineux par exemple) • Systèmes économique des pays essentiellement basés sur le pétrole • L'Agence internationale de l'énergie évalue les émissions mondiales de CO2 dues au pétrole à 11 377 Mt (millions de tonnes) en 2017, en progression de 33,8 % depuis 1990 ; ces émissions représentent 34,1 % des émissions dues à l'énergie en 2018, contre 44,0 % pour le charbon et 21,2 % pour le gaz naturel.

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Concepts ou notions associés

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Roches énergetiques - Glossaire / (+)

Exemples, applications, utilisations

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Erreurs ou confusions éventuelles

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Questions possibles

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• Comment se forment-elles?
• Où sont elles localisées et comment sont-elles exploitées?
• Pourquoi appelle t-on les roches énergétiques roches fossiles?
• pourquoi sont considérés comme énergie non renouvelable?
• Qu'est ce qu'un combustible?
• Qu'est ce qu'un hydrocarbure?
• Qu'est ce qu'une roche réservoir?
• Qu'est ce qu'une roche couverture?
• Quelles sont les conditions nécessaires à la transformation de la matière organique en pétrole?
• Quel est l'origine du Pétrole?
• Quel est l'effet de la pollution causée par l'utilisation du pétrole et des produits toxiques du pétrole sur la santé de l'homme?
• Quel est l'intérêt économique du pétrole?
• Où trouve-t-on du pétrole en Tunisie?
• Quelles sont les propriétés du pétrole?
• Comment le pétrole s'est-il formé dans le sous-sol? ?
• Quelles sont les conséquences de l'utilisation du pétrole sur l'environnement?
• Quels sont les domaines d'utilisation du pétrole?
• les produits dérivés du pétrole?
• Quel est l'intérêt pratique des produits dérivés du pétrole?
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Liaisons enseignements et programmes

Idées ou Réflexions liées à son enseignement

Les roches énergétiques sont mentionnées dans l’éveille scientifique comme producteur d’énergie thermique et la mention du gaz naturel comme ressource non renouvelable (au niveau de troisième et quatrième année de base).

• Bilan du cours en deuxième année sciences (matière: SVT):"Une roche sédimentaire à intêret économique: Le Pétrole"

• 1. Intérêt économique du pétrole et conséquences de son exploitation sur l'environnement : Le pétrole constitue une source d'énergie utilisée dans l'industrie, les activités domestiques, le transport... Cette ressource n'étant pas renouvelable à l'échelle de la vie de l'Homme ; elle doit être gérée de manière rationnelle. On cherche actuellement à diversifier les sources d'énergie.

De plus, l'utilisation croissante du pétrole entraîne des problèmes de pollution de l'air et des mers et a des répercussions sur la santé de l'homme.

2. Propriétés physico-chimiques du pétrole : Le pétrole brut est une roche liquide d'odeur caractéristique. La couleur et la viscosité sont variables selon les gisements. Il est insoluble dans l'eau, sa densité est plus faible que celle de l'eau. C'est une roche combustible qui, en brûlant, libère de l'énergie. Le pétrole est riche en hydrogène et en carbone : c’est un hydrocarbure. Il est en fait formé par un mélange d'hydrocarbures. Il renferme également de l'azote, du soufre, de l'oxygène (composés NSO) et des métaux (fer, nickel...). On appelle également pétrole les hydrocarbures gazeux ou gaz naturels.

3. Localisation des gisements de pétrole en Tunisie : Les gisements de pétrole sont localisés aussi bien en mer : Ashtart que sur le continent : El Borma, Douleb ...

4. Formation d'un gisement de pétrole

a. Genèse du pétrole " L'observation microscopique montre la présence de fossiles planctoniques, essentiellement des algues. Le pétrole a une origine organique. " Des conditions particulières permettent la transformation lente de la matière organique en pétrole :

- La matière organique morte est enfouie rapidement dans un milieu pauvre en dioxygène (sédiment argileux). Elle est partiellement décomposée, sous l'action de bactéries anaérobies, en un composé intermédiaire appelé le kérogène : on parle de transformations biochimiques (bio = vie).

- Une augmentation de la température (due à l'enfoncement progressif du bassin ou subsidence) entraîne la transformation du kérogène en pétrole liquide (entre 1 et 3 Km de profondeur ) et en gaz ( entre 3 et 4,5 Km de profondeur) : on parle de transformations géochimiques (géo = terre).

" La formation du pétrole nécessite une matière organique abondante. Cette condition est réalisée, par exemple, dans des bassins marins peu profonds (50m), limités par de hauts fonds et alimentés par des courants ascendants. Le plancton, essentiellement les algues, se développent dans ces eaux superficielles éclairées et aérées.

b. Migration du pétrole: Le pétrole quitte la roche mère dans laquelle il s'est formé. Il migre jusqu'à ce qu'il soit arrêté par une structure géologique (anticlinal, faille...). Le pétrole est piégé dans une roche perméable appelée roche magasin recouverte par une roche imperméable ou roche couverture.

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Aides et astuces

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Education: Autres liens, sites ou portails

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Bibliographie

Pour citer cette page: (énergetiques)

ABROUGUI, M & al, 2021. Roches énergetiques. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/Roches_%C3%A9nergetiques>, consulté le 24, novembre, 2024

• https://www.maxicours.com/se/cours/ressources-energetiques-et-durees-caracteristiques/
• https://www.histoire-pour-tous.fr/inventions/703-la-decouverte-du-petrole1859.html#:~:text=La%20d%C3%A9couverte%20du%20p%C3%A9trole%20

remonte%20%C3%A0%20l'Antiquit%C3%A9.&text=L'industrie%20p%C3%A9troli%C3%A8re%20est%20officiellement,Titus%2Dville%2C%20en%20Pennsylvanie.

• https://www.encyclopedie-environnement.org/vivant/preuves-origine-biologique-petrole/
• http://www.annales.org/archives/cofrhigeo/houiller.html

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