Les conditions nécessaires à la formation des hydrocarbures sont très rares, d'où la rareté actuelle du pétrole. Le modèle de la tectonique des plaques permet de prévoir les zones possibles où se sont produites les conditions de formation des hydrocarbures, et ainsi d'orienter la recherche pétrolière.
Définition
Hydrocarbures
Les hydrocarbures sont des molécules chimiques d'origine organique composées d'atomes de carbone et d'hydrogène.
Il existe trois types d'hydrocarbures :
- Les hydrocarbures liquides, comme le pétrole
- Les hydrocarbures gazeux, comme le méthane
- Les hydrocarbures solides, comme le charbon
La formule de base d'un hydrocarbure est :
\ce{CnHm}
Où \text{n} et \text{m} sont deux entiers naturels
Lors de sa combustion, qui est la base de l'utilisation humaine d'un hydrocarbure, il libère :
- De l'eau (\ce{H2O})
- De l'énergie
- Du dioxyde de carbone (\ce{CO2}), d'où la pollution due aux énergies fossiles, favorisant l'effet de serre
Époque, lieu et conditions de formation des hydrocarbures
La formation des hydrocarbures est complexe et la réunion des conditions est rare, d'où la recherche actuelle de nouvelles ressources comme les sables bitumineux au Canada.
Époque de formation des hydrocarbures
Les hydrocarbures se sont formés au mésozoïque et plus principalement pendant le jurassique (-200 à -145 millions d'années), qui est une époque interglaciaire avec des continents majoritairement placés sur la zone équatoriale.
Carte de la répartition des continents au jurassique
Lieu de formation des hydrocarbures
Pour que les hydrocarbures se forment, il doit y avoir une grande quantité de matière organique déposée. Cette matière organique est surtout végétale. C'est ce qui se produit au niveau des bassins sédimentaires des marges passives, c'est-à-dire en bordure des continents où la photosynthèse très active permet un bon développement du phytoplancton.
Marge passive
Une marge passive, à la différence d'une marge active qui est une frontière de plaques, est le passage de l'océan au continent au sein d'une même plaque.
Les côtes atlantiques européenne et africaine sont des marges passives.
Les marges passives sont issues de la formation de rifts.
Rift
Un rift est une zone où la croûte continentale s'amincit sur plusieurs centaines de kilomètres de long et plusieurs dizaines de kilomètres de large. Il aboutit à terme à la formation d'un océan. Le processus de formation d'un rift se nomme le rifting.
La mer Rouge a été créée par un phénomène de rifting.
Au cœur d'un rift, plusieurs phénomènes tectoniques sont propices à la formation des hydrocarbures :
- La phase de fracturation de la croûte forme un bassin dans lequel les sédiments s'accumulent.
- L'amincissement et le basculement des blocs basculés permettent un enfoncement rapide de ces sédiments en les protégeant de l'oxygène.
Caractéristiques d'un rift
Conditions de formation des hydrocarbures
Trois conditions sont nécessaires à la formation des hydrocarbures. Ce processus nécessite :
- Une forte productivité de matière organique, ce qui a été le cas pendant le jurassique grâce aux conditions climatiques propices : fort taux de CO2, température importante, montée des eaux (transgression), mais aussi grâce au phénomène d'upwelling, c'est-à-dire une remontée des eaux froides riches en minéraux.
- Une faible teneur en dioxygène qui permet d'éviter la dégradation de la matière organique par les organismes unicellulaires (seul environ 0,1% de la matière organique échappe à la dégradation).
- Un fort taux de sédimentation pour que la matière organique soit rapidement enfouie et reste peu de temps en contact avec l'air chargé en dioxygène, ainsi qu'au contact des décomposeurs. Les sédiments se retrouvent alors dans des conditions anaérobies (absence de dioxygène), ce qui permet de protéger la matière organique de sa décomposition.
La dilatation thermique des dorsales en fonctionnement permet une montée des eaux (transgression), mais aussi un accroissement de la concentration en CO2 atmosphérique.
La transgression marine
Étapes de formation des hydrocarbures
La migration primaire des hydrocarbures
Si les conditions initiales sont réunies, un reste de matière organique issu de restes d'êtres vivants, mêlé avec des sédiments minéraux, va former une roche-mère lors de son enfouissement. Cet enfouissement progressif est appelé la subsidence. La matière organique se transforme alors en kérogène.
Roche-mère
Une roche-mère est une roche sédimentaire riche en matière organique.
Certains schistes sont des roches-mères.
Kérogène
Le kérogène est un composé intermédiaire issu de la matière organique qui se forme lors de l'enfouissement de la roche-mère, il permettra de former un combustible fossile.
Subsidence
La subsidence est l'enfoncement du fond du bassin sédimentaire, qui entraîne les couches sédimentaires en profondeur.
Au cours de la subsidence, la pression et la température augmentent. Le kérogène se transforme en hydrocarbures (gaz et pétrole) qui vont migrer en remontant vers la surface. Au cours de leur migration, ils vont quitter la roche-mère et se loger dans une roche-réservoir : c'est la migration primaire.
Roche-réservoir
La roche-réservoir est la roche qui va accueillir les hydrocarbures à la sortie de la roche-mère.
Le grès peut être une roche-réservoir.
Migration primaire
La migration primaire des hydrocarbures est le passage de la roche-mère à la roche-réservoir.
La migration primaire
La migration secondaire des hydrocarbures
La migration primaire ne s'arrête que si la roche-réservoir est coiffée d'une roche-couverture, sinon les hydrocarbures remontent à la surface où ils sont dégradés. Les hydrocarbures glissent le long de la roche-couverture, soit pour remonter à la surface, soit pour former une poche dans un pli ou une faille où ils seront "coincés".
Roche-couverture
Une roche-couverture est une roche imperméable qui empêche les hydrocarbures de remonter à la surface dans certaines conditions tectoniques.
Les argiles peuvent servir de roches-couvertures.
Migration secondaire
La migration secondaire est la remontée des hydrocarbures au sein de la roche-réservoir jusqu'à la formation d'une poche en cas de roche-couverture avec contexte tectonique favorable, ou jusqu'à remontée à l'air libre et dégradation.
