Les combustibles fossiles
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Introduction. Les combustibles fossiles (ptrole, gaz naturel et charbon) sont la matire premire de l'industrie chimique et la source d'nergie la plus utilise dans le monde : ils fournissent plus de 80% de l'nergie utilise, loin devant l'nergie nuclaire et les autres formes d'nergie (hydrau

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Presentation Transcript


Les combustibles fossiles l.jpg
Les combustibles fossiles

Formation, composition et rserves


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Introduction

Les combustibles fossiles (ptrole, gaz naturel et charbon) sont la matire premire de l'industrie chimique et la source d'nergie la plus utilise dans le monde : ils fournissent plus de 80% de l'nergie utilise, loin devant l'nergie nuclaire et les autres formes d'nergie (hydraulique, olienne, solaire...). Les besoins mondiaux en nergie ont augment de faon considrable au cours du vingtime sicle et le dveloppement des pays mergents comme la Chine permet de prvoir une augmentation encore plus rapide dans les prochaines dcennies. L'AgenceInternationale de l'nergie prvoit que la demande des vingt-cinq prochaines annes ncessitera une production gale celle des cent cinquante annes d'exploitation des combustibles fossiles. Mais les ressources ne sont pas inpuisables : ces produits sont forms par une succession de mcanismes biologiques et gologiques qui mettent des millions d'annes s'accomplir, ces ressources ne sont donc pas renouvelables une chelle de temps humaine.


Formation du p trole l.jpg
Formation du ptrole

Dcomposition de la biomasse

Les tres vivants sont constitus principalement de carbone, d'hydrogne, d'azote et d'oxygne. Lorsqu'un tre vivant meurt, sa matire organique est dcompose par l'activit microbiologique. Dans un milieu arobie (o le dioxygne circule librement), tout le carbone est transform en dioxyde de carbone. On parle alors de minralisation totale . En revanche, si la matire sdimente dans un milieu anarobie (comme certains fonds marins par exemple), la minralisation s'arrte ds que tout le dioxygne initialement prsent a t consomm. La plus grande partie de la biomasse subit une minralisation totale et seule une trs faible partie, environ 1%, sdimente (voir la figure suivante). C'est cette fraction qui est l'origine du ptrole, du gaz naturel et du charbon.


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Formation et pyrolyse du krogne

En l'absence de dioxygne dans la couche sdimentaire, seule l'activit des bactries anarobie est possible. Ces bactries extraient de la matire l'oxygne et l'azote dont elles ont besoin. Le rsidu est appel krogne, c'est un mlange de composs de masse molculaire trs leve principalement constitu de carbone et d'hydrogne. Cette activit est observe sur une profondeur de l'ordre du millier de mtre au sein de la couche terrestre (voir la figure suivante). Elle constitue la dernire partie biologique du cycle de transformation.


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La tectonique des plaques provoque l'enfoncement de la roche mre , la couche sdimentaire qui contient le krogne, une vitesse de quelques mtres quelques dizaines de mtres par million d'annes. mesure qu'il s'enfonce, le krogne est soumis des pressions et des tempratures de plus en plus leves. partir de quelques milliers de mtres de profondeur, lorsque la temprature a atteint une valeur suffisamment leve (entre 50 et 120C) et en l'absence d'oxygne, le krogne commence se dcomposer sous l'effet de la chaleur. Cette pyrolyse produit principalement du ptrole, du gaz naturel, du dioxyde de carbone et de l'eau. La figure suivante montre l'allure de l'volution du krogne avec la profondeur d'enfouissement. Dans un premier temps, la formation de ptrole et de gaz est simultane, puis celle de ptrole passe par un maximum et devient ngligeable par rapport la production de gaz.


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Migration et accumulation en gisements des combustibles fossiles

Les produits de la pyrolyse du krogne sont initialement prisonniers de la roche mre mais ils peuvent en tre expulss. Le mcanisme d'expulsion est encore inconnu, ce pourrait tre par exemple l'apparition de microfissures au sein de la roche suite l'augmentation de pression interne due l'apparition des produits. Une fois expulss, les produits progressent vers la surface. S'ils rencontrent sur leur trajet des roches poreuses ( roches rservoirs ), ils sont pigs dans les pores et forment un gisement en profondeur. Dans le cas contraire, ils parviendront la surface. Les premiers gisements de ptrole connus de l'homme, en Msopotamie durant l'antiquit, taient de tels affleurements. Ils sont aujourd'hui puiss et l'exploitation ncessite des forages en profondeur.


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Le ptrole fossiles

La composition de chaque gisement est unique et dpend de son pass biologique et gologique. On y trouve plusieurs milliers de molcules diffrentes, essentiellement des hydrocarbures. Les ptroles sont classs en trois catgories principales en fonction de leur constituant majoritaire :


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Le ptrole brut, c'est dire avant raffinage, contient galement des lments autres que le carbone et l'hydrogne : le soufre est le plus abondant ( hauteur de 0,2 5%), viennent ensuite l'azote et l'oxygne (de 0 1%). On trouve galement des cations mtalliques complexs (vanadium, nickel).


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Rserves mondiales galement des lments autres que le carbone et l'hydrogne : le soufre est le plus abondant ( hauteur de 0,2 5%), viennent ensuite l'azote et l'oxygne (de 0 1%). On trouve galement des cations mtalliques complexs (vanadium, nickel).

L'valuation des rserves en combustible fossile est dlicate. Il existe d'une part des facteurs politiques qui peuvent, pour des raisons stratgiques, amener les tats ou les entreprises majorer ou minorer les chiffres donns. D'autre part la notion mme de rserve est complexe et volue en fonction des progrs dans la connaissance gologique des bassins et des techniques d'exploitation. On classe les rserves en diffrents types :

Rserves prouves : ce sont les quantits de combustibles fossiles rcuprables dans les conditions conomiques et techniques du moment. Elles sont values avec une probabilit d'existence de l'ordre de 90%.

Rserves probables : ce sont les quantits de combustibles fossiles rcuprables dans les conditions conomiques et techniques du futur proche (techniques connues mais non-utilises). Elles sont values avec une probabilit d'existence de l'ordre de 50%.

Rserves possibles : ce sont les quantits de combustibles fossiles rcuprables dans les conditions conomiques et techniques du futur (techniques encore inconnues).

La somme de ces rserves constitue ce qu'il est convenu d'appeler la rserve ultime.


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La synthse des diverses estimations permet de proposer le tableau et la figure suivants pour les rserves prouves (source : WEA). La consommation mondiale pour l'anne 1998 ainsi que la consommation cumule de 1860 1998 sont donnes titre de comparaison.


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Lorsque l'on prend en compte les rserves possibles, la quantit de ptrole disponible est double, celle de gaz naturel triple et celle de charbon multiplie par dix. Mais mme si on se place dans ce cadre, qui est le plus optimiste, on constate que les rserves de combustibles fossiles sont loin d'tre inpuisables l'chelle humaine. Dans l'ensemble, les prvisions s'accordent sur un dbut de dcroissance de la production mondiale de combustibles fossiles entre 2010 et 2050 et un puisement des rserves ultimes au cours du prochain sicle.


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Conclusion quantit de ptrole disponible est double, celle de gaz naturel triple et celle de charbon multiplie par dix. Mais mme si on se place dans ce cadre, qui est le plus optimiste, on constate que les rserves de combustibles fossiles sont loin d'tre inpuisables l'chelle humaine. Dans l'ensemble, les prvisions s'accordent sur un dbut de dcroissance de la production mondiale de combustibles fossiles entre 2010 et 2050 et un puisement des rserves ultimes au cours du prochain sicle.

L'tude de la composition chimique des combustibles fossiles a montr que ce sont des rsidus de matire organique ayant subi des transformations chimiques tales sur plusieurs millions d'annes. Les prvisions s'accordent sur le fait que l'activit humaine aura en quelques centaines d'annes puis les rserves constitues en des temps gologiques. Des scnarios plus ou moins optimistes sont envisags : l'heure actuelle, pour des raisons techniques, seul 35% du ptrole contenu d'un gisement peut en tre extrait. Il reste donc des quantits considrables de matire non-exploites dans les gisements connus et les progrs techniques permettront sans doute d'en tirer profit. Malgr cela, il est clair que le dveloppement de l'humanit ne saurait tre durable en ayant comme principale source d'nergie les combustibles fossiles. Il existe d'autres sources d'nergie, certaines sont inpuisables l'chelle humaine (nergie solaire, nergie gothermique, fusion nuclaire), d'autres sont rapidement renouvelables (biomasse), mais leur exploitation est pour l'instant marginale par rapport celle des combustibles fossiles. Le dveloppement des nergies alternatives est un des principaux dfis du futur proche.


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