Comment naissent les hydrocarbures ?
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Dans les profondeurs de la Terre, pétrole et gaz naturel naissent d'une transformation de la matière organique de plantes ou d'animaux morts. Leur genèse s'étale sur des millions d'années et nécessite des conditions de pression et de température particulières.
© THINKSTOCK - Des millions d'années sont nécessaires à la formation des hydrocarbures, au coeur des grands plissements géologiques.
Quand un organisme vivant meurt, la matière qui le compose est généralement recyclée de deux manières différentes :
- des charognards ou des bactéries s'en nourrissent…
- exposée à l'air ambiant ou à des eaux chargées en oxygène, la matière résiduelle s'oxyde : les atomes d' , de carbone, d'azote, de soufre et de phosphore qu'elle contient se combinent avec les atomes d'oxygène et se changent en eau (H2O), en gaz carbonique (CO2), en nitrates, en sulfates et en phosphates qui peuvent alimenter la croissance de nouvelles plantes.
La lente formation d’une roche mère
Une infime partie de cette masse organique, de l'ordre de 0,1 %, échappe à ce destin. Transportée par les cours d'eau, cette matière se dépose parfois au fond des mers ou au fond de grands lacs continentaux. Dans ces milieux peu oxygénés, peu agités par les courants, elle est en partie préservée. Elle se mêle à des matières minérales (particules d'argile ou sables très fins), mais aussi au plancton marin mort (animaux et végétaux microscopiques). Sous l'action de bactéries anaérobies, ce mélange se transforme en boues sombres et malodorantes.
Au fil du temps, ces boues s'accumulent et durcissent. Si elles contiennent au moins 1 à 2 % de matière organique, elles pourront jouer le rôle de
qui, à terme, conduira à des gisements de pétrole et gisements de gaz. Ce pourcentage semble faible. Toutefois, pour qu'il soit atteint, le site concerné doit présenter des caractéristiques exceptionnelles :
- un climat chaud favorisant le développement d'importantes quantités de plancton ;
- la proximité de l'embouchure d'un grand fleuve charriant beaucoup de débris végétaux ;
- pas de montagne à proximité pour limiter les volumes de minéraux.
L’enfoncement de la roche mère
Très lentement, la roche mère s'enfonce dans la croûte terrestre sous le poids des sédiments : elle parcourt quelques mètres ou quelques centaines de mètres par million d'années. Cet affaissement progressif porte le nom de subsidence et débouche sur la formation d'un .
En s'enfouissant dans le sol, la roche mère est soumise à des températures de plus en plus fortes et la matière organique qui la compose se retrouve écrasée par le poids des sédiments, la pression augmentant en moyenne de 25 bars par 100 mètres. À un kilomètre sous terre, il fait 50 °C pour une pression de 250 bars !
Dans ces conditions physiques, les atomes d'azote, de soufre et de phosphore finissent par disparaître et la matière organique se transforme en , un matériau intermédiaire composé d'eau, de CO2, de carbone et d'hydrogène, qui se changera ensuite en pétrole ou en gaz.
La formation du gaz et du pétrole
À 2 000 mètres de profondeur, lorsque la température du sous-sol atteint 100 °C, le kérogène commence à générer des hydrocarbures :
- entre 2 000 et 3 800 mètres, il se change en pétrole. Cet intervalle de profondeur est appelé « fenêtre à huile » (huile étant ici l'autre nom du pétrole) ;
- quand l'enfouissement de la roche mère se poursuit entre 3 800 et 5 000 mètres, la production d'hydrocarbures liquides atteint un pic. Les liquides produits deviennent de plus en plus légers et passent à l'état gazeux : ils donnent du gaz méthane, le plus léger des hydrocarbures. Cet intervalle de profondeur se nomme « fenêtre à gaz ».
Au-delà de 8 à 10 kilomètres, on ne peut plus trouver d'hydrocarbures : ils sont détruits à cause de l'élévation de la température. La proportion de liquides et de gaz dépend de la nature de la roche mère. Si les débris organiques qui la composent sont principalement d'origine animale, elle donnera plus de pétrole que de gaz. Si elle est constituée essentiellement de débris végétaux, la roche mère produira surtout du gaz.
Ainsi, avec une sédimentation moyenne de 50 mètres par million d'années, il faut 60 millions d'années pour que des animaux morts se transforment en hydrocarbures liquides. Dès lors, on comprend mieux pourquoi le pétrole est classé parmi les énergies non renouvelables.
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