GEOLOGIE DE LA MATIERE ORGANIQUE
1. Variété des matières organiques naturelles a la surface du globe: origine, composition et répartition. 1.1 Le cycle du carbone.
1.2 La production de la matière organique.
1.3 La matière organique marine.
La répartition de la production primaire de la MO (idem que carte chlorophylle dans les eaux de surface) est très hétérogène. Forte productivité au niveau des cotes grâce a la proximité des fleuves et de l existence d up-weeling. La zone équatoriale est caractérisée par une forte production du fait de l action des alizes qui soufflent vers l ouest et repoussent les eaux de surface, déterminant ainsi une remontée d eaux profondes enrichies en nutriments. Actuellement : cotes Sénégal, golfe persique, oman, mer rouge, angola, gabon, nord australie, st laurent, nord japon. Les up weeling sont des écosystèmes très importants vis-à-vis du transfert de MO vers les sédiments de l océan profond. La répartition des Up-Weeling est associée aux grandes gyres cycloniques de la circulation atmosphérique et océanique. Ils sont tous associes a des courant superficiels froids et correspondes a des remontées d eaux intermédiaires (300m) riches en nutriments qui permettent le bloom phytoplanctoniques et l installation de toute une chaine alimentaire. A partir de ces producteurs primaires, une chaine trophique Diatomees-CopepodesPoisson se met en place. Le temps que les prédateurs arrivent, la population algale décroit a partir d une dizaine de jour, aussi a cause de l épuisement des réserves. 1.4 le cas particulier des lacs. La surface des lacs représente 1% des océans, mais ils sont en moyenne plus favorables aux dépôts de couches riches en MO. Dans les lacs, outre le phytoplancton, il y a aussi les diatomées, les bactéries, des cyanobactéries, les macro-algues, les algues vertes (botryococcus), les charophytes qui peuvent représenter des producteurs primaires de MO. On parle de lac hypereutrophe lorsque la production dépasse les 1 kg C.m2.an, a l inverse des lacs oligotrophes
2 - Mécanismes et milieux de dégradation et de préservation. 2.1 Le milieu marin En milieu marin, le phytoplancton constitue l essentiel de la biomasse. Il comprend les cyanobactéries et les algues unicellulaires du microplancton. Ce phyto est consomme par le zooplancton et les pluricellulaires comme les radiolaires, les baleines…
Dans les environnements sédimentaires, le plus souvent le front redox est situe a qq centimètres sous l interface eau/sed. En milieu marin l étape de sulfato-reduction est prépondérante car les eaux de mer sont riches en ions sulfate. En milieux marécageux ou lacustres, cette étape est raccourcie et remplacée par la dénitrification ou la fermentation donnant naissance aux gaz des marais… On se rend compte que toutes les conditions sont réunies pour que la MO soit intégralement consommé dans les sed. Et on comprend mieux pourquoi tant de sed. ou roches sed. en sont dépourvus. Pourtant, il existe des roches contenant de la MO ayant échappé a une reminéralisation presque complète. La MO peut être partiellement préservée si elle échappe a un séjour prolonge en condition oxygénée et si elle arrive sous le front redox dans un état chimique qui n est pas aisément dégradable par les bactéries anaérobies. 2.2 Les environnements favorables. Une part importante de la dégradation de la MO se produit en conditions aérobies ou oxiques. Les envi. de dépôt faiblement oxygénés, voire anoxiques sont donc favorable a la préservation de la MO. Un environnement peut développer des conditions faiblement oxygénées chaque fois que la conso. d oxygène par dégradation de la MO l emporte sur le renouvellement de l oxygène dissous dans des masses d eaux. 2 cas possibles : -forte productivité dans les masses d eaux. L afflux de MO est telle que la dégradation consomme toute l Oxygène disponible. Le renouvellement de la masse eaux étant insuffisant en oxygène, les conditions deviennent anoxiques et les sed. baignent dans des conditions réduites avec l afflux de MO qui continue de tomber. -eaux non renouvelles. Le cas de la mer noire ou les eaux douce ne se mélangent pas en profondeur a cause de l évaporation qui est insuffisante et donc il n y pas de déficit d eau comme en méditerranée. Il y a une stratification des eaux et une SR bactérienne qui se produit en prof. Avec dégagement de H2S et diminution d’O2. En Med, les eaux sur-salées plongent ce qui renouvellent les eaux et empêchent une SR. Plus généralement, les eaux profondes dans les bassins océaniques sont renouvelées aux pôles par la plongée d eau froide emmagasinant bcp d O2. La circulation thermo haline ventile les fonds océaniques. Cette circulation à mal fonctionne au Crétacé, d ou bcp de roche mère crée à cette époque ?
2.3
Mécanismes de préservation à l échelle moléculaire.
1-dégradation-recondensation : lors de la dégradation de la MO, des melanoides se forment. Ils sont peu biodégradables et peuvent se conserver dans les sédiments. 2-Interaction molécules Org/ions sulfures : Lors de la réaction de sulfato-red, le soufre est incorporé aux molécules org pour créer des ponts intramoleculaire, non reconnue par les exo-enzymes et donc non dégradable. 3-adsorption : les MO de petites tailles s incorporent dans des microcavités de grains minéraux électriquement chargés. Les enzymes ne peuvent s y attaquer. Ces 3 processus expliquent pourquoi des roches sed. Peuvent emmagasiner plus de 10% de Carb Org. Une roche est dite riche en MO si le CO est sup. à 1%. 2.4 La genèse de minéraux biogéniques. La réaction emblématique de l activité bactérienne dans les sed. marins est la sulfatoReduction (SR). Elle se produit tant que des ions sulfates et de la MO sont dispo et consommables par les bactéries sulfato-reductrices. Des ions sulfures HS-/H2S sont libérés et leur forte affinité avec les ions ferreux aboutissent a la formation rapide de sulfures de fer métastables ; la pyrite. Donc plus la MO est abondante dans les sed., plus les réactions de SR seront intenses et plus il se formera de pyrites. Les sédiments riches en MO sont souvent sombre car teintes par les sulfures de fer (et la MO). Les réactions bactériennes en condition anaérobie peuvent également conduire a la précipitation de carbonates, voir de particules micritiques…
3- COMPORTEMENT DES ELEMENTS CHIMIQUES AUTRES QUE LE CARBONE DANS LES CYCLES BIOGEOCHIMIQUES. 3.1 Les nutriments Globalement, la MO marine (biomasse phytoplanctonique et bactérienne) contient 106 C/ 16 N/ 1 P. le rapport de redfield indique donc que le nutriment limitant est le phosphore. 3.2 Relations entre C org, S et Fe. En générale C/S=2,7. Mais + il y a de MO dans une roche, + l activité bactérienne a du être soutenue, + la quantité de sulfure a du être importante. Une roche présentant un excès relatif de soufre et donc un C/S<2,7, reflète des conditions de dépôt propices a la formation de pyrite et le résultat de condition euxinique comme en mer noire. A l inverse, des conditions pauvres en sulfates comme des milieux d eaux douces ou saumatres. Le DOP= Fe pyritique/(Fe pyritique+Fe solubilise par HCL). Si DOP<0,75=situation diagenetique dans laquelle tout le fer réactif présent n a pas été transforme en pyrite ; il reste du fer disponible. Si DOP>0,75=peu ou pas de fer réactif dans les sed. Si tout le fer a été consommé, un excès de sulfures a pu être produit par SR sans fixation par le fer. Le soufre réagit alors avec la MO et peuvent se développer des conditions euxiniques (absence de renouvellement des eaux de fond qui conduit a l anoxie et a l accu d H2S dans la colonne d eau).
4- SEDIMENTATION DE LA MO 4.1 Répartition de la MO dans les sed. marins récents. Les marges continentales sont les endroits ou l essentiel de la MO est piégé de part l épaisseur accumules et leur richesse en CO. De façon générale, les zones de forte productivité correspondent aux zones d enrichissement en MO dans les sed. Mais des mécanismes d oxygénations de la colonne d eau comme les upweeling peuvent faciliter (labardor/mauritanie) ou pas la dégradation de la MO ou leur préservation dans les sed. par faible oxygénation des eaux de fond (mer noire).
Par affinité granulométrique et perméabilité, la MO est 4 fois + importante dans les argiles que dans les sables.
4.2
Facteurs influençant le dépôt de charbon. 3 grands types de bassins sed sont favorables au dépôt de charbon : les rifts, les bassins décrochant de type pull-appart et les bassins d avant pays. Les 2 premiers conduisent a des dépôts charbonneux en environnement marécageux a lacustres dit charbons limniques, a l inverse du troisième ou l influence marine peut être prononcée et qui donne des Ch.paraliques. En milieu exclusivement terrigène, les env. organogènes est rarement tenue a l abris des apports terrigène. Pour cela 3 types de pièges existent. -
Piège tectonique : découlement des zones marécageuses face aux zones a forte accumulation minérale. Les deltas : comme les mangroves ou la limite entre érosion et accumulation est difficile a déterminer. Les lacs : les ch. Sont le résultat de la décantation de particules organiques apportées par ruissellement. Ces couches alternent avec des intercalaires stériles calcaires ou marnocalcaires à faune et flore lacustres (lamellibranche, ostracodes, gastéropodes). C est le cas de Gardanne ou les couches sont interstratifiees avec les calcaires lacustres du fuvelien (crétacé sup). L extension des bancs ligniteux peut être importante (40x15 km sur 3m d épaisseurs).
4.3 Les roches carbonées. -
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Les charbons : sont le produit de l évolution physico-chimique appelée houillification, de débris végétaux supérieurs au cours de l enfouissement. Les différents rangs de la lignée des charbons d origine continentale sont tourbe, lignite, houille et anthracite. Il existe aussi des charbons d algues ou sapropelites. Les laminites organiques ou schistes bitumineux. Ce terme est inadéquat car les roches sont ni schisteuses ni bitumineuses. Seulement laminées et suffisamment enrichies en MO pour produire de l huile par distillation. Elles sont constituées d une succession de lits inframillimetriques de nature alternativement org. et min. de façon +/-périodique. Même constituants que les sapropelites mais en proportion moindre, d ou des teneurs comprises entre 15 et 50 % de Corg. Les black shales : souvent des roches mères pétrolières comme des argiles noires du kimméridgien de la mer du nord ou du Crétacé inf en atlantique. Se sont des roches riche en MO et laminées/feuilletées.
4.4 Distribution stratigraphique et paléogéographique des roches carbonées. En 530 Ma, les roches mères et les charbons se sont déposes dans des intervalles strati bien distinct. Notamment au Permien 30% charbons et le Crétacé 29% pétrole. Les périodes de bas niveau marin sont favorables aux charbons, a l inverse des pétroles.
-Au silurien 420 ma, pétrole type I (lacustre) et II (marine) car pas encore les plantes sup. a l origine des charbons. Pétrole aujourd hui localise dans le golfe persique et Algérie. -Devonien-Carbonifere inf (350 ma): type II en Sibérie occi, Oural et mer caspienne. Blackshales en Amérique du nord, Appalaches, Amazonie et Sahara. -Carbo sup-permien inf (285 ma) : type III + charbons grâce a la Pangée. Amerique, afrique du sud, australie, europe du nord, siberie orientale. Mais aussi type II mer caspienne, chine du sud, etats-unies avec formation phosphoria dans les rocheuses. -Jurassique sup. : arabie, golfe Mexique, mer du nord (kimmeridge clay), siberie occi.
-Crétacé moyen : période black shales en milieu pélagique. MO riche sur le pourtour atlantique grâce à son ouverture. Type III en haute latitude HN. -oligo-miocene : type III en équateur et type II aux bassins de la parathetys (mer caspienne, mer noire et upweeling Californie formation monterey. La géodynamique contrôle fortement la distribution spatiale des couches riches en MO sur des échelles de temps de 20 a 30 Ma grâce a la latitude des bassins (climat, chaleur et production primaire), la tectonique (morpho des bassins, période distension=type II, période orogenèse=type III), l activité volcanique (co2), circulation des courants océaniques (lies a la morpho des continents).
4.5. Les événements anoxiques océaniques. OAE=événement anoxiques océaniques=dépôt de black shales. 6 événements a OAE majeure : kellwasser (374 Ma), toarcien inf (185 Ma), Val-Hauterivien, aptien inf., albien inf., albien sup, albien terminal, cenomanien-Turonien qui est le plus répandu sur le globe. On y observe des couches laminées d argiles avec intercalation calcaire et siliceuse ou d argiles versicolores. Lorsque le taux de sed. est important=excellente roche mère comme dans le golfe de guinée, Venezuela (la Luna0 ou en Tunisie (bahloul). Entre l Albien 120 Ma et le campanien (83 ma), période d expansion rapide des fonds océaniques. Les conséquences sont multiples : élévation du niveau marin, apport massif de co2 par volcanisme, augmentation de la T par effet de serre, plus de calotte glacière et moins bonne reoxygenation des eaux de fond, production primaire x 6 par aug. du CO2 et par apport nutriment plus important du fait du doublement des précipitations + pluie plus acide=lessivage des sols plus important. Conséquence, prod primaire forte et diminution du stock d oxygène dispo pour la dégradation de la MO=OAE pour la période moyenne du Crétacé.
5 -
METHODE D ETUDE DE LA MO.
5.1 Les analyses physico-chimiques sur la MO totale. La MO est constituée d une fraction soluble dans les solvants organiques LE BITUME et insoluble, LE KEROGENE. Dans la plupart des roches sed., le kérogène est le constituants majoritaire face au bitume qui ne représente au mieux que qq % de la MO totale. Le kérogène est isole de la fraction minérale du sed par des attaques acides : HCL détruit les carbonates et l acide fluorhydrique les silicates. La structure du kérogène étant complexe, on se contente de faire une analyse globale : compo élémentaire, rapport isotopique, pyrolyse globale rock-eval, spectroscopie IR, thermolyse couplée avec l analyse spectroscopique, moléculaire ou fonctionnelle de produits libérés.
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Les rapports H/C et O/C.
Les éléments maj. Dans le kerogene sont par ordre : C>O>H>S>N. L analyse des K revient a caractériser l origine et le degré d évolution de la MO sed. Il existe 3 types de K que l on peut distinguer a partir du diagramme de van krevelen en fct des rapports H/C et O/C. TYPE I : K formes en environnement lacustre par accumulation de restes de certaines microalgues et de biomasse procaryotiques (ex : green river shales de l éocène dans le bassin de uinta, USA). TYPEII : phytoplancton marin comme ceux contenue dans les schistes cartons du Toarcien inf. du bassin de Paris. TYPE III : débris de vegetaux sup. défini dans la formation de Logbaba Cretace sup du cameroun, puis dans le delta de la Mahakam en Indonésie. TYPE IV : MO remobilises par érosion des autres types ou très altéré de diff biomasse. Aucun intérêt pétrolier.
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Le rapport S/C.
Il permet d avoir une idée sur l intensité du processus de sulfato-red naturelle intervenus au cours de la formation des K. si ce rapport >à 0.04 ; on ajoute le suffixe S a son type. Ainsi, les K de type II-S sont plus fréquent que ceux du type I-S ou III-S car le processus est plus intenses en domaine marin car plus de sulfate disponible… -
Le rapport C/N.
C est un indicateur d origine de la MO, largement utilise dans les sed récents. Son intérêt réside dans le fait que les plantes vasculaires et marines ont des rapports différents en raison de la plus grande richesse des 1ere en cellulose et des secondes en protéines. Ainsi, C/N est compris entre 4 et 10 en milieu marin alors qu’en milieu conti.>20. -
C12/C13 et delta 13C.
Il distingue les sources marines et continentales de MO. Et des K a cause du fait que lors des processus de photosynthèse, la compo isotopique de la source du carbone change si il provient du CO2 atmos ou des bicarbonates dissous dans l eau de mer par exemple. Il existe des plages de valeur pour chaque espèce de plante. Mais souvent ces plages se croisent et il faut avoir recours en plus au rapport C/N pour distinguer la source principale de MO, puisque 4 populations peuvent être discriminées a partir de ces 2 marqueurs (alguaire marin, continentale C3 ou C4, etc…). -
Sur la même technique, on peut aussi utiliser le delta 15N.
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La pyrolyse rock-eval.
En conclusion de ce chapitre il faut garder en mémoire que dans la nature, il est fréquent que la MO qui se dépose dans les sed provienne de plusieurs sources. En domaine côtier il peut y avoir des végétaux sup mélanges aux MO algaires. En domaine lacustre, le phytoplancton et les plantes se mélangent et en domaine conti, des plantes c3 et c4 peuvent coexister…
5.6 Les analyses moléculaires. Le bitume est la fraction soluble de la MO sed. Elle contient des hydrocarbures=molécules exclusivement constituées d H et de C, mais aussi bcp d autres molécules non hydrocarbonées qui contiennent des fonctions alcool, aldéhydes, cétones, sulfurées. Pour étudier les bitumes il est nécessaire de fractionner par chromatographie liquide de manière à séparer ses constituants par famille chimique. Ensuite on les analyses par chromato gazeuse et/ou spectro de masse. -
Les alcanes : la MO est d origine marine si les n-C15 a n-C17 prédominent, et terrestre si les n-c19 a n-c31. Les sterones et steranes : selon la proportion de C27 a C29 on peut déterminer l origine de la MO dans un diagramme ternaire c27, c28, c29 sachant que C27=zooplancton et C29=plante sup.
6-L évolution thermique des MO sed : du K aux charbons et pétroles. La MO morte évolue d abord a des T d une dizaine de degrés au sein des sols et de lacs en milieu conti. ou dans des eaux marines en milieu océanique. Elle évolue ensuite dans des env. diagenetiques entre 10 et 80 C. Son évolution se poursuit et se terminera dans des conditions catagenetiques puis metagenetiques ou la T atteint environ 120 C en fin de catagenese et 200C en fin de metagenese par évolution du gradient géothermique. 6.1
Le diagramme de Van Krevelen
La diagenèse, la metanogenese et la catagenèse ont été reconnus à partir des variations des teneurs en C, H et O. Le K=MO sans constituants solubles dans des solvants organiques=fraction Org de la roche susceptible d engendrer des huiles a la T atteinte jusque la. L évolution de la composition élémentaire des K se traduit par une perte plus intense des H et des O que des C. Diagenese=époque de l oxygène avec production de Co2, H20, acides org, compose polaires.
Catagenese=époque de l hydrogène, formation d huiles lourdes au début, puis légère, puis de gaz. Metagenese=époque du carbone, plus d O et de H, formation de graphite à partir de 2Gpa.
6.2
Le comportement des constituants organiques au cours de la maturation thermique.
Au cours de la diagenèse, 10-80 C et 2000m, l O est soustrait aux humines résiduelles formes de molécules simples comme H20 ou c02, nh3, H2S, mais aussi sous forme de composes lourds appelés résines ou asphaltenes riche en O, N et S solubles dans des solvants organiques mais insolubles dans l eau. La MO contient donc une fraction extractible (par les solvants org) et une fraction insoluble dans ces solvants qui mérite le nom pleinement de K. Au cours de la Cata, 80-120 C, craquage intense du K, produisant des composes polaires (petits acides, résines, asphaltenes, épuisant les atomes de O et N), puis des Hydrocarbures d abord lourds et liquides, puis de +en+ légers et gazeux.
Au cours de la Meta, 120-200 C, craquage des derniers atomes de H conduisant a la genèse d hydrocarbures très légers, exemple le méthane, et d un résidu carbone=pregraphite.
6.3
Vue d ensemble sur la genèse des hydrocarbures.
A chaque étape de l évolution thermique, l huile et le gaz se séparent d un K de de +en+ pauvre en H et riche en C. L H devient l élément manquant pour fabriquer des Hydrocarbure a une certaine prof. MO>K>bitume visqueux ou pétrole lourd>huile>pyrobitume solide>gaz>graphite. Dans des conditions ou les Hydroc n ont pu migrer hors de leur roche mère. Un charbon est une roche contenant au moins 50% de carbone organique. Pour cela il faut que la MO soit pousse thermiquement a un stade ou le K ne contienne plus que du C (cata ou meta) et que le sed. initial soit assez riche en MO pour que le Corg final représente plus de 50% de C dans la roche (pour cela il faut que lors de l enfouissement, il y a des pertes de H et de 0 comme h2o ou co2 comme dans des carbonates ou des argiles).
6.4
Les constituants des huiles, des gaz et des charbons.
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Les alcanes : formule en CnH2n+2. Se sont des HC satures. Grande stabilité, donc faible réactivité avec les acides, bases, oxyred, etc….faible affinite=par/affines. Les cyclanes sont des HC satures cycliques de la famille des alcanes comme le cyclopentane. Les steranes sont tetracyclique et possède entre 19 et 30 atomes de C. Ils dérivent des streroides et du cholesterol des êtres vivants. Les hoptanes sont pentacycliques et possèdent entre 27 et 40 C. c est un rigidifiant des procaryotes. C est au cours de leur enfouissement qu ils perdent leur oxygène et conduisent à ce genre d alcane qui informe donc sur le degré de maturité thermique du K. Les alcènes sont des HC insaturés non aromatiques. Ils ont au moins une ou plusieurs liaisons (double ou triple) qui leur permettent une réactivité sup face aux alcanes. Ils sont aussi polymérisables comme le caoutchouc avec l isoprène. Les HC aromatiques sont cycliques et possèdent 3 doubles liaisons par cycle. Ils sont donc très stables mais peuvent également réagir et se substituer comme le phénol, le benzène, le quinone, les résines et asphaltenes. Les huiles et bitumes sont des composes lourds comprenant encore des heteroatomes comme O, N, S. Les gaz contiennent des HC satures légers de C1 a C4 a l état gazeux en condition normal P/T. Ils peuvent provenir d un processus microbio des bactéries pd la diagenèse ou d un processus thermique pd la catagenèse (on le voit à la diff de C13). Les charbons ont 2 variétés fondamentales : les humiques (provenant du type III) et les sapropeliques (provenant du type I et II). Selon leur maturation T, plusieurs stade pour le sapro (anthracite, houille, lignite, tourbe avec O/C qui augmente).
6.5 La variété des pétroles : origine et composition.
La composition de la MO des roches mères se rattache a celle de l un des 3 types. Or la compo des K issus de chacune de ces lignées diffère par la proportion des entités appelés à être libérées au sein d huiles ou de gaz sous forme de compose polaire (résines ou asphaltenes), de n-et iso-alcanes, de cyclanes, d alcenes et de composes aromatiques.
La composition des pétroles dépend de celle de la MO mais aussi de la litho de la roche mère. Exemple, les roches Carbo dans un envi. evaporitique et confine riche en sulfate. Le K incorpore du soufre en réagissant avec H2S (chap 2) et engendrera des huiles soufrées dit de type-S. se sont alors des huiles lourdes, riches en composes polaires et en soufre de 1 a 10%. La sulfuration du K et son craquage en huile soufres interviennent précocement autour de 60C, car l énergie d activation des KS est basses du fait que l energie de liaison C-S est plus faible que C-C.
6.6 La reconstitution de l histoire thermique de la MO. - La reflectance de la vitrinite : c est la méthode la plus souvent utilisé pour mesurer la Tmax atteinte par un échantillon organique. Le pouvoir reflecteur de la vitrinite va augmenter nettement au moment du craquage CAD ou les entités aromatique vont commencer a se paralléliser et ou le carbone s organise en plan perigraphitique.
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La T max de pyrolyse : + la MO a déjà subit une maturation thermique élevée, + la T a laquelle craqueront des HC nouveaux sera elle-même élevée. IH et T max sont représentatifs de la maturation subie. S2 se décale vers la droite avec la profondeur qui augmente.
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Stéréochimie des biomarqueurs : les formes isomères des steranes et des hopanes apparaissent ainsi comme des marqueurs tout à la fois d origine de la MO du K (phyto, microalgues, procaryotes) et la maturité de celui-ci.
6.7 Le rôle du couple temps/température dans la formation des pétroles et la simulation de la maturation thermique de la MO. La genèse des H se développe sous l effet de la T. L énergie nécessaire a leur maturation est fournie par l action de la T et du temps pendant laquelle cette énergie s exprime. L énergies d activation des processus de craquage varie selon l âge + ou – élevé des réservoirs. Il tourne autour de 60C, mais atteint 115C pour des âges récents (10 Ma). Généralement, on a un effet exponentiel de la vitesse de craquage sous l effet de la T.
Des modèles de prédiction de la maturité d une roche mère vont prendre en compte plusieurs facteurs : -teneur en COT -variation d enfouissement d une couche -temps passer a une certaine profondeur -histoire du gradient géothermique. Le TTI= time temperature index, reflète l action de la T par tranche de profondeur et par le temps. Il permet de comparer avec des abaques de ref pour anticiper sur la maturité d une roche mère.
6.8 Migration des H et constitutions des gisements pétroliers Les roches réservoirs sont poreuses pour pv extraire les H et de nature généralement gréseuse ou carbonatée. Elles contiennent cependant trop peu de MO pour que le pétrole ait été génère sur place. A l inverse, les roches mères sont de nature imperméable (faible perméabilité tel que les argiles et carbonates) et donc interdit l exploitation du pétrole qui ne peut pas circuler. Il faut donc un processus de transfert depuis la RM vers la RR. Ce processus se fait en 2 étapes : -
Migration primaire : expulsion par des drains de petites sections Migration secondaire : expulsion par des drains de grandes sections
A une certaine prof, la pression hydrostatique (eau contenue dans les sédiments) devient supérieur à la pression lithostatique, ce qui déclenche l expulsion des fluides dans la zone de diagenèse (eau) puis de catagenèse (huile). La porosité et la libération de volume, va aussi venir du fait que le K est a la base une substance solide. Ce changement d état va ainsi intervenir dans les jeux de pressions et de migration des fluides. Aussi, une roche pauvre en K verra son expulsion retardée et l enfouissement se poursuivant, les H se transformeront plutôt en gaz. Les meilleurs roche réservoirs sont les grés et sables (62%), mais aussi les carbonates poreux tel que les calcaires oolithiques peu cimentes ou les calcaires récifaux partiellement dissous (32%). Les roches couvertures majoritaires sont le sel, le gypse et les argiles. Les pièges pétroliers doivent s être forme antérieurement a la migration des H sous peine que tout le pétrole généré ne puisse s accumuler et soit altéré lors de son arrivée en surface. Ils peuvent être de plusieurs types : faille, diapir de sel, biseau, lentille, sommet récifal, discordance…
Finalement, il faut réunir 5 conditions pour que se développe un système pétrolier dans un bassin sed : 1-existence d une RM arrivée a maturité 2-présence d une RR 3-existence d une RCouverture 4-piège pétrolier 5-remplissage du piège forme antérieurement ou synchrone.
6.9 Transformations des huiles dans les gisements Un second craquage se produit si le bassin continu a subsider après le remplissage des réservoirs ou que le flux geoT augmente. Il se produit une dismutation, CAD une séparation de l huile en fraction légère et une fraction lourde appelé pyrobitume. Ex : si de l octane C8H8 subit un craquage en pentane et ethane, tous les H sont mobilises et va rester un C. Il va s associer a des composes polyaromatiques de très haut poids moléculaire. Ces pyrobitumes en quantité trop importante, peuvent obstruer une partie de la porosité et diminuer la perméabilité, empêchant parfois la prod du champ pétrolier. L injection naturelle d H gazeux dans une huile peut provoquer la précipitation des asphaltenes dans le réservoir. Ce processus appelé desasphaltage produit une huile avec des H de poids moléculaire faible à moyen, ce qui confère au pétrole des propriétés plus intéressantes. A l Athabasca au canada et a l Orenoque au venezuela, des accumulations considérables d huiles lourdes sont présentes a l affleurement et a faible prof sur la bordure du bassin, a l extrémité d un chemin de migration latérale de longue distance dans un bassin d avant pays. Les huiles sont biodégradées par des bactéries associes a une circulation météoritique (faible T, faible prof). Ce processus enrichit relativement l huile en ses fractions les plus aromatiques et les plus lourdes (passant de 15 a 25-70% de résines et asphaltenes dans l huile).
7 - PROBLEMES ENVIRONNEMENTAUX LIES A L EXPLOITATION DES COMBUSTIBLES FOSSILES.
7.1
Dommages causes par la combustion des H.
Les pluies acides : les oxydes de soufre SO2 et d azote NOx émis dans l atmosphère lors de la combustion, vont se transformer par oxydation en sulfate SO4 2- et nitrate NO3-, puis se solubiliser dans l eau des nuages pour être finalement transformes en acide sulfurique H2SO4 et nitrique HNO3.
7.2 Répartition des réserves mondiales en combustible fossile et avenir.
On estime que la place du pétrole devrait diminuer rapidement jusqu’ en 2040-2050. Le gaz devrait devenir la première source énergétique jusqu’ a épuisement des réserves en 2070. Le charbon devrait se stabiliser. L ère de l hydrogène devrait remplacer celle du pétrole. Mais il existe d autres formes d énergie en stock important qui sont les schistes et sables bitumineux.
7.3
-
Les schistes bitumineux.
Problème envi. et économique de l exploitation des sables : Combustion= pollution atmosphérique en soufre car sulfuration dans le milieu de dépôt. Procédé d extraction qui nécessite 2 barils d eau pour 1 baril d huile, donc pollution de l eau.
7.4
Les clathrates.
Se sont des solides ayant l aspect de la glace et constitues d une assoc de molécules d eau formant des cages cristallines dans le système cubique et piégeant des gaz dont le diamètre n excède pas 6,9A ; généralement du méthane. On les retrouve dans des env. a T et P limitée comme dans les permafrosts et les fonds marins océaniques. En théorie, il pourrait s agir de réserve supérieure a celle des combustibles fossiles (2 fois plus). La dissociation des hydrates lors d événement glaciaire-interglaciaire, pourrait avoir joué un rôle majeur dans les déstockages massifs de méthane biogénique et dans celle de la perturbation du climat actuel. Selon les variations du niveau marin et des latitudes, le permafrost continental ou les hydrates océaniques seraient mobilises entretenant + ou – la stabilité d un phénomène climatique…
CONCLUSION Une fois la MO déposée au fond des bassins, la sédimentation la recouvre. Pendant la diagenèse précoce, les protéines disparaissent ainsi que l azote en grande partie. Les fragments lipidiques et d hydrates de C qui survivent aux dégradations aérobies et anaérobies se recombinent et polymérisent pour constituer le K, forme relativement stable de la MO sed. Avec T qui augmente, la diagenèse tardive va éliminer les groupements fonctionnels, restituant ainsi de l oxygène. Pendant la catagenèse, c est l Hydrogène qui est arrache au K. Enfin au stade de la métagenèse, les derniers hétéroatomes sont éliminés pour ne laisser qu’un résidu carbone pur pouvant éventuellement se transformer plus tard en graphite… ABREVIATION -
T=température CAD=c est à dire C=carbone H=hydrogène O=oxygène Sed.=sédimentaire MO=Matière organique K=kérogène Phyto=phytoplancton
RM=roche mère HC=hydrocarbure envi.=environnement SR=sulfatoreduction Prod=production CO=carbone organique qq=quelques Aug=augmentation conti=continentaux
bcp=beaucoup atmo=atmospherique fct=fonction pd=pendant
