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 /

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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 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. Le charbon Le charbon est une roche sédimentaire combustible, riche en carbone, de couleur noire ou marron foncé, formée à partir de la dégradation partielle de la matière organique des végétaux. Il est exploité dans des mines appelées charbonnages en tant que combustible. Couvrant 26,9 % des besoins énergétiques mondiaux en 2018, le charbon est la seconde ressource énergétique de l'humanité, derrière le pétrole (31,6 %), et la première source d'électricité avec 38,2 % de la production d'électricité en 2018, part estimée par BP à 36 % en 2019. Plus de 70 % de la consommation mondiale en 2019 sont concentrés sur trois pays : Chine 51,7 %, Inde 11,8 % et États-Unis 7,2 %. Souvent appelé houille, il était autrefois appelé charbon de terre en opposition au charbon de bois. Au cours de plusieurs millions d'années, l'accumulation et la sédimentation de débris végétaux dans un environnement de type tourbière provoque une modification graduelle des conditions de température, de pression et d'oxydo-réduction dans la couche de charbon qui conduit, par carbonisation, à la formation de composés de plus en plus riches en carbone : la tourbe (moins de 50 %), le lignite (50 à 60 %), la houille (60 à 90 %) et l'anthracite (93 à 97 %). La formation des plus importants gisements de charbon commence au Carbonifère, environ de -360 à -295 Ma. Les réserves mondiales de charbon sont estimées à 1 070 Gt (milliards de tonnes) fin 2019, dont 23,3 % aux États-Unis, 15,2 % en Russie, 13,9 % en Australie et 13,2 % en Chine, soit 132 ans de production au rythme de 2019 ; cette production est à près de 80 % située dans cinq pays : la Chine (47,3 %), l'Inde (9,3 %), les États-Unis (7,9 %), l'Indonésie (7,5 %) et l'Australie (6,2 %) ; elle a progressé de 158 % en 46 ans (1973-2019) malgré une baisse de 2,5 % en 2015 et de 6 % en 2016, suivie d'une remontée de 3,3 % en 2017, de 3,3 % en 2018 et de 1,5 % en 2019. L'AIE prévoit que la production mondiale devrait être stable entre 2018 et 2023, la baisse de la consommation en Europe et Amérique du nord étant compensée par son augmentation en Inde et en Asie du Sud-Est. Son extraction dans les mines a rendu possible la révolution industrielle au xixe siècle. Sa combustion engendre 44,0 % des émissions de CO2 dues à l'énergie en 2018, contre 34,1 % pour le pétrole et 21,2 % pour le gaz naturel. Pour atteindre l'objectif des négociations internationales sur le climat de maintenir la hausse des températures en deçà de 2 °C par rapport à l'ère préindustrielle, il faudrait globalement s'abstenir d'extraire plus de 80 % du charbon disponible dans le sous-sol mondial, d'ici à 2050. Historique Depuis très longtemps le charbon de terre a été exploité en Belgique, dans le Hainaut Impérial, où la découverte et l'exploitation datent de la fin du XIIè siècle, début du XIIIè siècle. Le charbon couramment exploité dans le Bassin de MONS n'a été recherché dans la région de VALENCIENNES qu'au début du XVIIIè siècle. Cela tient probablement à ce que les veines de charbon, affleurant dans la région de MONS, allaient en s'approfondissant vers l'ouest. Elles étaient rapidement recouvertes par les "morts terrains", le plus souvent gorgés d'eau, ce qui rendait la prospection aléatoire et difficile. Voilà bientôt trois siècles, le 3 février 1720, près d’un bois de Fresnes-sur-Escaut, après 18 mois de travaux, les premiers mineurs de la région découvraient le charbon de terre. En ce début du XVIIIe siècle, quelques aristocrates, prêts à la conquête industrielle, mettaient leur esprit d’entreprise au service de notre région, faisant brusquement passer Fresnes de l’activité essentiellement agricole à l’ère industrielle. C’est le traité d’Utrecht signé le 11 avril 1713 qui, en coupant la province du Hainaut en deux parties, l’une française, l’autre impériale, qui rompit l’équilibre économique. Les conseillers du roi cherchaient à réduire les dépenses occasionnées par l’achat de charbon dans le Borinage. Ils aidèrent financièrement les premières recherches charbonnières sur notre territoire. Dès 1716, Nicolas Desaubois, trésorier de la ville de Condé, constitua une société avec le vicomte Jacques Desandrouin, son frère Pierre Desandrouin et Pierre Taffin audiencier à la chancellerie du Parlement de Flandre. Le roi de France lui octroya un privilège exclusif pour 15 années entre Escaut et Scarpe. La concession prit le nom de Desaubois mais la responsabilité technique fut confiée à Jacques Desandrouin. Le vicomte, qui possédait des charbonnages dans la région de Charleroi, fit venir un expert, Jacques Mathieu, pour diriger les travaux de prospection. Celui-ci quitta Lodelinsart, près de Charleroi, dont il était le bailli, emmenant avec lui sa famille et vingt ouvriers qui s’installèrent à Fresnes. Dès le 1er juillet 1717, Jacques Mathieu ouvrit deux fosses le long de la route de Valenciennes. Ce fut un échec. Les difficultés financières et techniques devenant de plus en plus grandes, la société fut dissoute. Mais Jacques Desandrouin s’obstinât et les travaux reprirent. Vers la fin de 1718, on ouvrit deux grandes fosses vers le couchant, à l’entrée d’un bois, en un lieu- dit « l’enclos de Collard ». cet enclos se situait approximativement au croisement des rues du Bois et Jacques Renard actuelles. Le 3 février 1720, à 70 mètres de profondeur, on trouva du charbon maigre. Cet événement fit grand bruit jusque Valenciennes et Douai. De nombreux autres fonçages furent entrepris. La compagnie Desandrouin-Taffin ne devait commencer à être rentable qu’en 1734. Depuis le premier sondage au Point du Jour en 1716, jusqu’à la cessation d’activité de la fosse Soult en 1947, quarante-six fonçages de puits avaient été effectués sur le territoire communal. Des théories a propos de la formation du charbon L'Abbé Boulay ayant publié une thèse sur la flore du Houiller, il y distingue quatre zones paléontologiques : Zone inférieure : charbons maigres, type VICOIGNE. Zone moyenne : charbons demi gras, type ANZTN. Zone supérieure : Charbons gras, la plus riche. Zone des charbons très gras, type LENS et VERMELLE. Gosselet pense que dans le grand Bassin du Mord, il existe des bassins restreints avec leurs florules particulières. La paléontologie permet détablir des analogies de proche en proche, mais sans dépasser 3 à 4 kilomètres. Pour Henri Douvillé, il n'y a que deux Houillers séparés par un grand phénomène géologique. Le Houiller Inférieur serait un dépôt de rivage, riche en houille, avec des schistes et des grès, en concordance sur les terrains plus anciens. Le Houiller Supérieur, représenté par les couches inférieures de SARREBRUCK passerait insensiblement aux terrains plus récents. Entre les deux s'est produit un grand phénomène qui a dû changer brusquement la forme des continents. Mais les faits ne sont pas conformes à cette théorie : la végétation du Nord-Pas de Calais est identique à celle de la SARRE inférieure. Cela entraîne comme conséquence que pendant que la région de la SARRE se soulève, le Bassin de NAMUR s'enfonce et qu'il est envahi par la mer. Après le dépôt du Calcaire Carbonifère, le mouvement s'inverse et le dépôt du Houiller s'est prolongé beaucoup plus longtemps dans la SARRE. Ce ne sont pas de grands cataclysmes, mais des oscillations lentes accompagnées de plissements qui ont créé les bassins. En 1878, Gosselet confirme cette dernière théorie. En ce qui concerne les plissements, Gosselet parle en 1860 de la Grande Faille. En 1873, Malherbe parle de Faille Eifélienne et Cornet préfère lui donner le nom de Faille du Midi. Cette faille est postérieure au dépôt du Houiller. La Crête du CONDROZ sépare au moment du dépôt les deux bassins qui, au moment du Dévonien devaient communiquer par le Bassin d'AIX la CHAPELLE. En 1879, Gosselet essaie d'interpréter le plissement du CONDROZ. De MONS à GRENAY, on a des houilles à gaz, avec des plantes abondantes. Un plissement relève le sol, la sédimentation devient impossible: c'est le CONDROZ, et l'affaissement du centre du bassin est la conséquence du retrait constant de l'écorce terrestre. C'est dans le Bassin de NAMUR que les couches sont les plus nombreuses, les plus épaisses et que l'affaissement est le plus considérable. En 1882, Grand'Eury publie dans les Annales des Mines un très important mémoire sur la formation de la houille, où il commence par rappeler les théories émises par ses prédécesseurs, tant Anglais qu'Allemands : Charles Lyell : les forêts houillères sont des forêts de deltas, et la pureté de la houille est due à la pureté de l'eau. Charles Dawson : les marécages houillers sont à comparer à ceux du Canada. L'affaissement y est contrebalancé par l'apport des limons. Lindell et James Hutton : la houille est le résultat de l'accumulation de végétaux tombés et pourris sur place. Geinitz: la houille est due à du gazon, des arbustes et de petits arbres plutôt qu'à de gros arbres. Ludwig : la houille est formée sur place dans des marais élevés et peuplés de stigmaria. Beere : la houille est le résultat d'un dépôt lent sous l'eau de matière charbonneuse, accidentellement limoneuse, et déposée en épaisseurs de 1/10 ème à 1/100 ème de pouce. Grand'Eury : La houille est essentiellement d'origine végétale. C'est un sédiment au même titre qu'un schiste. Il n'y a pas de végétaux en place dans la houille. Elle est formée dans une eau tranquille, mais profonde. Les empreintes dans la houille sont à plat, comme dans des schistes et non comme si elles étaient le résultat d'une formation sur place. Les forêts fossiles sont mortes par épaississement de la tranche d'eau. Les souches au mur sont dressées et tranchées, comme des "dessolardes" de St-ETIENNE. Il faut abandonner l'idée que la tourbe deviendra lignite et houille par suite du métamorphisme. La houille ne peut avoir à travers un bassin une régularité et une continuité qu'elle n'a jamais eues au moment du dépôt. La houille se forme avec une extrême lenteur, si lentement que le tassement se fait au fur et à mesure, la couche totale n'ayant éprouvé qu'une faible réduction d'épaisseur.

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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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