Cum se formează petrolul, gazul și cărbunele; Jean-Marc Jancovici

NB: graficele sunt aproape toate preluate din articolul „De la kerogen la petrol și cărbune: căile și mecanismele transformărilor materiei organice sedimentare în timpul înmormântării”, Bernard Durand, Mem. Soc. Geol. Franța, N.S., 1987, pp. 77-95, cărora le mulțumesc cu căldură.

Petrolul „normal” sau, în jargonul petrolier, „convențional”, se referă la un lichid compus în principal din molecule de hidrocarburi (alcătuite doar din carbon și hidrogen). Acest ulei „normal” conține, de asemenea, în proporții destul de variabile (15% în medie), molecule grele mai complexe (inclusiv oxigen, azot și sulf) numite rășini sau asfaltene.

Acest ulei a fost format din organisme vii (alge, plancton, uneori plante continentale etc.) care au trăit cu mult timp în urmă. Fiecare rezervor de petrol din întreaga lume oferă un petrol cu propriile sale caracteristici: deoarece nici o ființă umană nu este exact asemănătoare, nici două câmpuri petroliere nu furnizează exact același lichid.

Formarea uleiului este rezultatul unui proces îndelungat de sedimentare care necesită o succesiune de faze foarte specifice:

Masa totală de kerogen la scară planetară

Deși, în general, este prezent doar în proporții mici în sedimente, kerogenul reprezintă, la scară planetară, o masă totală de 10.000.000 de trilioane de tone. Doar 0,1% din acest kerogen (adică o miime din toată materia organică sedimentată) formează cărbune (dar este încă 10.000 miliarde tone!), Iar gazul și petrolul reprezintă fiecare 0,003% kerogen total în ordinea mărimii (dar este încă câteva sute miliarde tone).

Datorită tectonicii plăcilor, adică a mișcărilor de convecție foarte lente sub scoarța terestră, sedimentele se scufundă încet în pământ. Temperatura ambiantă crește apoi, energia geotermală asigurând încălzirea (de altfel, energia geotermală este rezultatul radioactivității naturale a rocilor terestre). Viteza de înmormântare fiind variabilă, temperatura setului de sedimente crește cu 0,5 până la 20 ° C pe milion de ani.

De la 50 la 120 ° C temperatura ambiantă (nivelul minim depinde de vârsta rocii de bază, este complicat!), Kerogen suferă descompunere de origine termică, piroliză (cu condiția să nu intre în contact cu oxigenul liber, altfel se va oxida ). În primul rând, această descompunere expulzează apa și CO2 din kerogen (în cantitate mai mare sau mai mică, în funcție de proporția inițială de oxigen). Apoi, pe măsură ce temperaturile cresc în timp, kerogenul expulzează hidrocarburile lichide (acesta este faimosul petrol, care este încă numit „petrol”) și gazul „natural” (rețineți că petrolul și cărbunele sunt totul). în natură!).
Cu cât sedimentul a adâncit, cu atât este mai mare fracțiunea de gaz, deoarece este mai fierbinte și piroliza a durat mai mult, descompunând mai puternic kerogenul, precum și hidrocarburile lichide. Având în vedere viteza de „scufundare”, durează câteva milioane de ani până când kerogenul se transformă parțial, sub efectul căldurii, în petrol, gaz, CO2 și apă.

Fiecare firicel mic de kerogen din roca mamă se va transforma, prin urmare, într-un amestec de apă + hidrocarburi lichide + gaz + reziduu solid foarte carbonat (deoarece cea mai mare parte a hidrogenului a intrat în hidrocarburi lichide și gaz). Doar rocile sursă relativ impermeabile (deci cu granulație fină) pot reține kerogenul suficient timp pentru ca acesta să aibă timp să se transforme semnificativ, dar această impermeabilitate are consecința că rezultatul pirolizei este inițial reținut. Prizonier în rocă într-un mod foarte împrăștiat.

Etapa 1 a evoluției kerogenului, la începutul pirolizei.

Fiecare curent mic de kerogen produce apă care este uneori expulzată sub efectul presiunii straturilor de deasupra sedimentului.

Etapa 2 a evoluției kerogenului, în timpul pirolizei.

Fiecare mic fir de kerogen începe să producă hidrocarburi

Formarea hidrocarburilor este deci o consecință normală pe termen lung a sedimentării, atâta timp cât există o fracțiune organică în materia primă, dar fără un proces care să permită „concentrarea” uleiurilor și gazelor formate într-un mediu foarte difuz prin această descompunere, nu ar exista un depozit de petrol sau gaze.

Este aspectul gazului, deoarece kerogenul este adus la o temperatură în creștere (rezultată în urma înmormântării), ceea ce sfârșește prin încheierea procesului de piroliză. Presiunea gazului în buzunarele mici care conțineau kerogenul inițial crește într-adevăr cu adâncimea (pentru că devine din ce în ce mai fierbinte) și atunci când această presiune devine suficientă pentru a depăși „impermeabilitatea” rocii de bază (rezistențele legate de capilaritate sunt foarte puternice pentru porii mici), fracția lichidă și fracțiunea gazului sunt expulzate treptat din roca de bază.
Această expulzare se numește „migrație primară” în jargonul petrolier. Vârsta rocii de bază variază de la 1 milion de ani la 1 miliard de ani în momentul migrației, cea mai frecventă vârstă fiind de aproximativ 100 de milioane de ani: petrolul este, prin urmare, o energie regenerabilă ... Dacă putem aștepta câteva zeci de milioane de ani înainte să-l ardem !

Etapa 3 a evoluției kerogenului.

Fiecare firicel de kerogen a produs aproape toate hidrocarburile pe care le-ar putea produce (în sediment nu mai există hidrogen). Sub presiunea gazului, începe „migrația primară”.