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back to basicLe pétroleback to basic - 01/04/2000 par Mathieu Nowak dans mensuel n°330 à la page 68 (2960 mots) | Gratuit
Flambée des prix du baril, naufrage de l' Erika , pollution atmosphérique, il est régulièrement accusé de tous les maux. Production et exploitation du pétrole devraient pourtant encore augmenter au cours des trente ans à venir. Portrait d'un incompris bien utile. Depuis quand utilise-t-on du pétrole ?
« Allons ! Faisons des briques, cuisons-les au feu, et ils eurent des briques au lieu des pierres et le bitume leur servit de mortier. » Extraite de la Bible Genèse, IX, cette phrase relate la construction de la tour de Babel. Le bitume, le gaz naturel et le pétrole font partie de la même famille de substances naturelles. Pétrole vient du latin médiéval petroleum , qui signifie « huile de pierre ». Il est connu depuis l'Antiquité : plusieurs civilisations du Moyen-Orient l'ont utilisé, ainsi que le gaz naturel, dans les cérémonies religieuses et en médecine pour soigner les maladies de la peau, la lèpre, les hémorragies, les maux de dents, les rhumatismes, les maladies respiratoires, etc. Il a également été utilisé dans l'art militaire. Les Chinois, les Birmans, puis les Romains ont fait appel au pétrole pour l'éclairage. Les Romains ont été les premiers à lubrifier les roues de leurs chars avec du pétrole. Quant au bitume, comme en témoigne l'extrait de la Bible, il sert depuis longtemps dans la fabrication des briques et pour assurer l'étanchéité des constructions et des bateaux. Il y a plus de 2 000 ans, les Chinois creusaient déjà, à l'aide de bambous, des puits de mille mètres de profondeur dans le Chan Si pour y chercher « l'eau qui peut brûler » , le pétrole, et « l'air qui sent mauvais » , le gaz. Le forage du colonel Drake, qui, en 1859, a fait jaillir le pétrole en Pennsylvanie, a été retenu pour marquer l'entrée du pétrole dans l'ère industrielle. Comment le pétrole se forme-t-il ?
Depuis le milieu du XIXe siècle et jusque peu après la Seconde Guerre mondiale, du pétrole artificiel a été fabriqué industriellement. Le principe était de faire cuire des schistes bitumineux des roches sédimentaires à une température de 500 °C, en l'absence d'oxygène. Les réactions physico-chimiques provoquées par ces hautes températures transforment la matière organique qui abonde dans ces roches en pétrole. Ce processus était semblable à la genèse naturelle du pétrole, dont le mécanisme était pourtant alors inconnu. Plusieurs théories coexistaient : Mendeleïev avait prêché pour une origine minérale, le pétrole se formant à partir d'oxyde de carbone et d'hydrogène, et Pasteur soutenait que le pétrole était un produit d'un métabolisme bactérien. Ce n'est qu'en 1937 que le chercheur russe Verdnasky émit l'hypothèse que le pétrole provient de la transformation de sédiments organiques sous l'action de la température et de la pression. L'observation, l'expérimentation et la modélisation semblent aujourd'hui confirmer cette théorie.
Dans la nature, le processus se déroule sur plusieurs dizaines de millions d'années. L'écorce terrestre constitue le « four » naturel : à des profondeurs de deux à dix kilomètres règnent des températures comprises entre 50 et 300 °C. La transformation s'opère sur une substance organique nommée kérogène, qui résulte d'une lente dégradation, par des bactéries anaérobies*, de débris organiques. Les débris organiques proviennent de phytoplancton, de bactéries et parfois de plantes supérieures terrestres le zooplancton et les animaux supérieurs ne jouent qu'un rôle mineur qui se sont accumulés dans les sédiments argileux des fonds lacustres ou des mers fermées, puis qui ont été enfouis.
Dans le « four », le kérogène subit un craquage thermique : les grandes molécules organiques sont rompues en molécules plus petites d'hydrocarbures* et, dans une moindre proportion, en diverses molécules complexes, dont le mélange est appelé pétrole. Il est plus juste de parler de pétroles au pluriel, dans la mesure où un pétrole est défini par sa composition, et que celle-ci est différente dans chaque gisement. Elle dépend de la nature du kérogène et des conditions de température qui ont accompagné sa formation : plus celles-ci sont sévères, plus les molécules formées sont petites. Lorsqu'il reste moins de cinq atomes de carbone sur une molécule, on obtient du gaz naturel. Ainsi ce sont très souvent des mélanges de gaz et d'huile que l'on trouve dans les gisements de pétrole.
Comment trouve-t-on le pétrole ?
La répartition du pétrole à la surface du Globe est très irrégulière. Les bassins sédimentaires dans lesquels il a pu se former sont recensés, mais il est impossible de savoir a priori où les gisements se trouvent. Les régions abritant le plus de pétrole sont la province arabo-persique, le Venezuela, la Sibérie occidentale, le golfe du Mexique, la mer du Nord, le bassin nord de la mer Caspienne et le golfe de Guinée. Les principales méthodes de prospection sont des méthodes géophysiques. Elles doivent tout particulièrement leur essor, au cours des années 1920 et 1930, à deux frères français : Conrad et Marcel Schlumberger. Leurs travaux sur la mesure des propriétés électriques des roches sont à la base de la démarche scientifique de prospection pétrolière.
Les deux guerres mondiales ont elles aussi contribué à l'exploration sismique moderne. La première par le développement, en Allemagne, de méthodes acoustiques capables de détecter l'artillerie ennemie et la seconde, par celui de méthodes de traitement du signal et de calculateurs numériques.
Les progrès technologiques ont permis de trouver du pétrole à des profondeurs toujours plus importantes : les puits les plus profonds atteignaient 1 800 mètres en 1918 et 3 000 mètres en 1930. Mais l'on s'accorde à dire que le facteur déterminant à cette époque était la chance !
Aujourd'hui, la « sismique-réflexion » permet de dresser une carte des structures du sous-sol. Elle consiste à provoquer un ébranlement de surface qui engendre des ondes acoustiques, puis à analyser les ondes réfléchies au contact de changements de structure géologique. La gravimétrie, qui mesure les variations du champ de pesanteur, est utilisée en complément.
Ces méthodes ne sont pas suffisantes pour déterminer précisément l'endroit où le forage doit être effectué. Les géologues croisent les « images » du sous-sol obtenues par les géophysiciens avec leurs connaissances sur l'histoire des bassins sédimen-taires. En plus de leurs études d'affleurement, ils bénéficient, depuis la Première Guerre mondiale, durant laquelle sont apparues les techniques de surveillance aérienne, d'observations à grande échelle, rendues plus importantes encore depuis le début de l'observation satellitaire.
Les géochimistes évaluent quant à eux la quantité et la composition probables de pétrole dans la structure. Des modèles numériques de la formation du pétrole au cours de l'évolution des bassins sédimentaires ont été développés au fur et à mesure des progrès de l'informatique. Enfin, des modèles virtuels en trois dimensions des réservoirs sont aujourd'hui disponibles sur Internet.
Environ 30 000 gisements ont été répertoriés jusqu'à présent, mais 60 % des réserves se trouvent dans 1 % d'entre eux. En Arabie saoudite, Ghawar, le plus grand gisement du monde, contient quinze milliards de tonnes de pétrole.
Comment extrait-on le pétrole d'un gisement ?
Les gisements exploités se trouvent à des profondeurs variant entre 100 mètres et 7 000 mètres. La plupart demeurent « on-shore », c'est-à-dire dans des bassins dont la surface est désormais émergée. En 1897, la California Liquid Asphalt voyait s'épuiser le gisement qu'elle exploitait à Summerland, en Californie. Après avoir foré de plus en plus près du rivage pour suivre la nappe, c'est tout naturellement qu'elle a réalisé le premier forage sous-marin. Actuellement, on exploite des gisements « off-shore », c'est-à-dire dont la surface du bassin est à moins de 200 mètres de profondeur comme en mer du Nord ; des gisements « deep off-shore » comme au large de l'Angola ou au Brésil où la profondeur atteint 1 000 mètres ; et bientôt peut-être des gisements « ultra deep off-shore », dont la surface du bassin serait comprise entre 1 000 mètres et 2 000 mètres de profondeur d'eau.
Au début du XXe siècle, la technique de forage dite Rotary, où un trépan en rotation creuse les roches, a remplacé le forage traditionnel par percussion. Cette technique a connu un développement significatif en 1909 avec l'invention du trépan conique, puis en 1952 avec l'apparition d'un matériau ultrarésistant : le carbure de tungstène. Les forages en mer sont réalisés soit à partir d'installations fixes, les plates-formes, soit, depuis le développement du positionnement par satellite, à partir de bateaux à positionnement dynamique dans le cas des « deep off-shore ».
Si la pression dans le gisement est suffisante, le pétrole jaillit de lui-même à la surface. Autrement on procède à un pompage. Pour entretenir la pression du pétrole, on injecte dans le réservoir de l'eau ou du gaz. Pour les pétroles très denses et visqueux, on utilise des procédés de récupération dits « thermiques ». L'un d'eux consiste par exemple à injecter de la vapeur d'eau dans le gisement, ce qui a pour effet de réchauffer le pétrole, et donc d'en diminuer la viscosité.
A quoi le pétrole nous sert-il ?
Brut*, à quelques rares exceptions près, le pétrole ne sert à rien. En revanche, ses dérivés vont du gaz jusqu'au fioul lourd des centrales thermiques et des installations industrielles, en passant par l'essence automobile, le gazole et le fioul domestique. En poussant sa transformation encore plus loin, le pétrole sert à la fabrication de diverses matières plastiques ou de molécules d'intérêt pharmaceutique. Le point commun entre tous ces produits ? Ils sont constitués de molécules à squelette carboné. Le pétrole n'est finalement rien d'autre qu'une immense source d'hydrocarbures.
Selon sa provenance, il est composé en proportions diverses de molécules de différentes tailles. Pour chaque application, il est nécessaire d'isoler la fraction de molécules de taille adéquate.
La séparation des fractions s'opère dans les tours de distillation des raffineries. Au cours des dernières années, la demande en produits légers a considérablement augmenté pour satisfaire, entre autres, les besoins croissants en carburants automobiles. Aussi, pour adapter l'offre à la demande, il ne suffit pas de séparer les fractions : des étapes de craquage supplémentaires sont nécessaires pour « cass