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Les combustibles fossiles.
Extraction de pétrole

Formation du pétrole

Formation du pétrole

Le pétrole est un combustible fossile utilisé dans de nombreuses applications en raison de son pouvoir calorifique. Comme il s'agit d'une ressource limitée, elle est considérée comme une source d'énergie non renouvelable.

Le pétrole est un dérivé d'anciennes matières organiques fossilisées, comme le zooplancton et les algues. De grandes quantités de ces restes ont été déposées au fond de la mer ou du lac où ils étaient recouverts d'eau stagnante (eau sans oxygène dissous) ou de sédiments tels que la boue et le limon plus rapidement qu'ils ne pouvaient se décomposer en aérobie. Environ 1 m au-dessous de ce sédiment ou la concentration d'oxygène dans l'eau était faible, inférieure à 0,1 mg / l et il y avait des conditions anoxiques. Les températures sont également restées constantes.

Lorsque d'autres couches se sont installées dans le fond marin ou le lac, une chaleur et une pression intenses se sont accumulées dans les régions inférieures. Ce processus a modifié la matière organique générée par des processus tels que la photosynthèse et l'énergie solaire. Initialement, il a été transformé en un matériau cireux appelé quérogène. Le quérogène se trouve dans plusieurs schistes bitumineux à travers le monde. Par la suite, il a été transformé, avec plus de chaleur, en hydrocarbures liquides et gazeux grâce à un processus appelé catagenèse.

La formation de pétrole résulte de la pyrolyse d'hydrocarbures dans diverses réactions thermodynamiques, principalement endothermiques, à haute température ou pression, ou les deux. Ces phases de formation de pétrole sont décrites en détail ci-dessous.

Première phase de diagenèse: décomposition anaérobie

En l'absence d'oxygène abondant, les bactéries aérobies n'ont pas pu pourrir la matière organique après avoir été enfouies sous une couche de sédiments ou d'eau. Cependant, certaines bactéries anaérobies ont pu réduire les sulfates et les nitrates entre la matière en H 2 S et N 2, respectivement, en utilisant la matière comme source pour d'autres réactifs.

En raison de ces bactéries anaérobies, au début, ce problème a commencé à être séparé principalement par hydrolyse: les polysaccharides et les protéines ont été hydrolysés respectivement en sucres simples et en acides aminés. Ceux-ci ont été oxydés par voie anaérobie à un rythme accéléré par les enzymes des bactéries: par exemple, les acides aminés ont subi une désamination oxydative des acides aminés, qui à leur tour ont réagi encore plus à l'ammoniac et aux acides céto.

Les monosaccharides se décomposent à leur tour en CO 2 et en méthane. Produits de décomposition anaérobie des acides aminés, des monosaccharides, des phénols et des aldéhydes combinés avec des acides fulviques. Les graisses et les cires ne s'hydrolysaient pas largement dans ces conditions douces.

Deuxième phase de la diagenèse: formation de quérogène

Certains composés phénoliques produits à partir de réactions antérieures fonctionnaient comme des bactéricides et l'ordre des bactéries actinomycétales produisait des composés antibiotiques (par exemple, la streptomycine). Ainsi, l'action des bactéries anaérobies a cessé à environ 10 m sous l'eau ou les sédiments. Le mélange à cette profondeur contenait des acides fulviques, des graisses et des cires n'ayant pas réagi et ayant partiellement réagi, de la lignine légèrement modifiée, des résines et d'autres hydrocarbures. À mesure que davantage de couches de matière organique se déposaient dans le fond marin ou le lac, une chaleur et une pression intenses s'accumulaient dans les régions inférieures.

En conséquence, les composés de ce mélange ont commencé à se combiner de manière peu connue pour former du quérogène. La combinaison s'est produite de manière similaire à la façon dont les molécules de phénol et de formaldéhyde réagissent aux résines urée-formaldéhyde, mais la formation de quérogène s'est produite d'une manière anaérobie plus complexe en raison d'une plus grande variété de réactifs. Le processus total de formation du quérogène depuis le début de la décomposition anaérobie est appelé diagenèse, un mot qui signifie une transformation des matériaux par dissolution et recombinaison de ses constituants.

Catagenèse: transformation du quérogène en combustibles fossiles

La formation de quérogène s'est poursuivie jusqu'à une profondeur d'environ 1 kilomètre de la surface de la Terre, où les températures peuvent atteindre environ 50 degrés Celsius. La formation de quérogène représente un point intermédiaire entre la matière organique et les combustibles fossiles: le quérogène peut être exposé à l'oxygène, oxydé et donc perdu ou pourrait être enfoui plus profondément à l'intérieur de la croûte terrestre et subir des conditions qui lui permettent de se transformer lentement en les combustibles fossiles comme le pétrole.

Ce dernier s'est produit par catagenèse dans laquelle les réactions étaient principalement des réarrangements radicaux de quérogène. Ces réactions ont pris des milliers à des millions d'années et aucun réactif externe n'a été impliqué. En raison de la nature radicale de ces réactions, le quérogène a réagi à deux types de produits: ceux à faible rapport H / C (anthracène ou produits similaires) et ceux à fort rapport H / C (méthane ou produits similaires); c'est-à-dire des produits riches en carbone ou en hydrogène.

La catagenèse étant fermée aux réactifs externes, la composition résultante du mélange de carburant dépendait de la composition du quérogène par stœchiométrie de réaction. Il existe 3 principaux types de quérogène: le type I (algues), II (lipide) et III (humique), qui ont été formés principalement à partir d'algues, de plancton et de plantes ligneuses. (Ce terme comprend les arbres, arbustes et lianes) respectivement.

La catagenèse était pyrolytique malgré le fait qu'elle se produisait à des températures relativement basses (par rapport aux usines de pyrolyse commerciales) de 60 à plusieurs centaines de degrés Kelvin. La pyrolyse était possible en raison des longs temps de réaction impliqués. La chaleur pour la catagenèse provenait de la décomposition des matières radioactives du cortex, en particulier 40 K, 232 Th, 235 U et 238 U. La chaleur variait avec le gradient géothermique et était généralement de 10 à 30 ° C par km de profondeur à partir de Surface de la Terre. Cependant, des intrusions de magma inhabituelles auraient pu créer un chauffage plus localisé.

Les géologues se réfèrent souvent à la plage de températures dans laquelle le pétrole se forme comme une «fenêtre pétrolière». En dessous de la température minimale, le pétrole reste piégée sous forme de quérogène. Au-dessus de la température maximale, le pétrole est converti en gaz naturel grâce au processus de craquage thermique. Parfois, le pétrole formé à des profondeurs extrêmes peut migrer et être piégé à un niveau beaucoup plus superficiel. Les sables bitumineux de l'Athabasca en sont un exemple.

Pétrole abiogénique

Les scientifiques russes ont proposé un mécanisme alternatif à celui décrit ci-dessus au milieu des années 1850, l'hypothèse de l'origine abiogénique du pétrole (pétrole formé par des moyens inorganiques), mais cela est en contradiction avec les preuves géologiques et géochimiques. Des sources de pétrole abiogéniques ont été trouvées, mais jamais en quantités commercialement rentables. "La controverse n'est pas de savoir s'il existe des réserves de pétrole abiogénique", a déclaré Larry Nation de l'American Association of Petroleum Geologists. "La controverse porte sur leur contribution aux réserves générales de la Terre et sur le temps et les efforts que les géologues devraient consacrer à leur recherche."

Qu'est-ce que le quérogène?

La chimie est un mélange de composés chimiques organiques qui constituent une partie de la matière organique des roches sédimentaires. Il est insoluble dans les solvants organiques normaux en raison de l'énorme masse moléculaire (plus de 1 000 daltons) des composés constitutifs. La partie soluble est connue sous le nom de bitume. Lorsqu'ils sont chauffés à la bonne température dans la croûte terrestre, certains types de chérogènes libèrent du pétrole ou du gaz naturel, qui sont des combustibles fossiles particuliers utilisés, entre autres, dans la production d' énergie non renouvelable. Lorsque de tels kérogènes sont présents en forte concentration dans des roches telles que les schistes, ils forment des roches mères possibles. Les schistes riches en quérogène qui n'ont pas été chauffés à des températures élevées pour libérer leurs hydrocarbures peuvent former des dépôts bitumineux de schiste.

Le nom "kérogène" a été introduit par le chimiste écossais organique Alexander Crum Brown en 1912.

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Date de publication : 14 janvier 2020
Dernier examen : 14 janvier 2020