LES RESSOURCES FOSSILES
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# Le charbon Hydrocarbures (HC - CH 4 ) # Le pétrole PowerPoint PPT Presentation


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LES RESSOURCES FOSSILES. # Le charbon Hydrocarbures (HC - CH 4 ) # Le pétrole # Le gaz naturel les molécules deviennent de plus en plus complexes avec l’enfouissement # L’uranium. Aspects importants des activités de recherche et développement en géologie appliquée

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# Le charbon Hydrocarbures (HC - CH 4 ) # Le pétrole

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Presentation Transcript


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

LES RESSOURCES FOSSILES

# Le charbonHydrocarbures

(HC - CH4)

# Le pétrole

# Le gaz naturel les molécules deviennent de plus en plus complexes avec l’enfouissement

# L’uranium


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Aspects importants des activités de recherche et

développement en géologie appliquée

Plusieurs questions:

-Comment se forment ces ressources?

-Où se forment -elles?

-Comment sont elles contrôlées?

-Combien de temps vont elles perdurer?

-Comment peut on les remplacer?


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Introduction

Utilisation de ces ressources = usines, bâtiments, maisons, transports

Les réserves : dépôts connus et exploités

Les ressources : ensemble des réserves plus les dépôts

non encore découverts ou exploités

Les ressources fossiles = matériaux non renouvelables

(lenteur des processus de formation et de mise en place

/ à l’activité humaine)

Nécessité de trouver des énergies renouvelables ( énergie solaire,

énergie nucléaire, combustion de bioalcool, éolienne) pour ne

pas être tributaire des énergies fossiles


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Variation des différents types d’énergies utilisés

depuis 1850 aux USA

Actuellement 90% = Charbon, pétrole et gaz

En France le pourcentage du nucléaire est relativement plus important

76% de l’électricité produite vient de l’industrie du nucléaire


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Historique

Evolution de la Société = changement des besoins énergétiques et des

types d’énergies utilisés.

Industrie des 18ème et 19ème siècles = Charbon- en France,

au Royaume-Uni (Angleterre, Pays de Galles), en Allemagne de l’Ouest et

dans les Appalaches aux USA

En 1859 = premier puit de

pétrole aux USA - Gaz-Pétrole

= énergies de remplacement du

charbon.

Premiers puits de pétrole

en Californie

Meilleure préservation

De l’environnement - Pas de production de poussières et fumées toxiques - Transport par pipelines


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Dernier quart du 20ème siècle = introduction de l’énergie nucléaire

Energie prometteuse = coût moindre et plus sûre pour l’environnement.

Des problèmes seront très vite soulevés notamment au niveau

de la gestion des déchets nucléaires et le coût de plus en plus

important de la sécurité du Nucléaire (Three mile island, Tchernobyl..).


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

SEDIMENTS

1) Charge terrigène provenant de l'érosion des continents

qui se dépose sur les deltas qui est dispersée sur le plateau continental

puis apportée au pied du talus continental

2) Charge allochimique provenant du bassin principalement

de la couche de plancton

Dans les sédiments = 10 à 20%MATIERE ORGANIQUE

Matière organique = hydrates de carbones/molécules organiques

Matière organique donne CO2 par oxydation

Une petite fraction seulement échappe au processus et est préservée,

enfouie et transformée en matériaux utilisables comme combustible

fossile (pétrole, charbon, gaz)


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Cycle du Carbone

Gto = gigatonnes

Millliards de tonnes


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

LE CHARBON


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Différents types de « charbon » en fonction de l’enfouissement

Soit augmentation de P et T


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

TOURBE

Pour éviter la décomposition à l’air = milieu très pauvre en oxygène

très peu oxydant = grands marécages

Les plantes sont attaquées par des bactéries = libération oxygène et H2O

augmentation relative du % de carbone

Faible profondeur = tourbe(matériau brun, fibreux à 50% de carbone)

Formation = sol gorgé d'eau - climat frais et humide.

végétaux hydrophiles (mousses, sphaignes, hypnacces, carex, roseaux,

joncs...)

Tourbières acides à sphaignes au pH = 3,5 = climats pluvieux (Irlande)

Tourbières alcalines à carex au pH > 6 = fonds de vallées.

Milieux fragiles : édification = 2 000 à 12 000 ans


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

En France = Tourbières non asséchées = superficie : 60 000 ha

Etude des pollens "fossiles "

des tourbières= évolution

végétation et climats depuis

12 000 ans.

D’un point de vue

hydrologique : tourbières =

réserves d’eau

Rôle important dans

l’alimentation des nappes

phréatiques

Bon pouvoir épurateur


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

LIGNITE

Enfouissement plus important

Charbon souple à 70% de Carbone

Enfouissement = élévation T et P

forte température = réactions chimiques

Libération des gaz (méthane, etc..) et de l’eau sous forme vapeur.


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

HOUILLE

P augmente, gaz s’échappent = résidus carbonés solides

Gisements de gaz associés au charbon = non exploitables

La lignite est transformée en houille = Charbon d’usage courant

à 75% carbone

La pyrogénation (portée à haute T) de la houille

donne des hydrocarbures, du goudron, de

L’ammoniac et un résidu :LE COKE

A partir de la houille on fabrique des matières

plastiques, des engrais et des carburants


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

ANTHRACITE

Niveaux soumis aux déformations du métamorphisme

T et P favorisent encore la perte en eau et en volatiles.

L’anthracite est formée.

Elle contient 90% de carbone.

Elle brule sans flamme et dégage une

chaleur importante


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Où et quand s’est formé le charbon?

  • 95% des ressources en combustible solide se trouvent dans

  • l’hémisphère Nord et en particulier en ex-URSS (50%),

  • en Amérique du Nord (15%), en Australie et en Chine (20%).

  • Deux grandes périodes géologiques sont liées à ces formations:

  • - Carbonifère Inférieur au Permien (360 à 245 MA)

  • Crétacé 144 MA et durant le tertiaire jusqu’à 1.6MA

  • Les tourbes datent du quaternaire


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Prospection du charbon


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

A partir de l’examen au microscope on distingue:

Le fusain (résidu de débris ligneux)

Le durain dur et mat (débris végétaux encore identifiables)

Le clairain dur et brillant (mélange de feuilles et spores dans

un ciment amorphe)

Le vitrain (macéral - VITRINITE, EXINITE,INERTITE)

qui provient de la pulvérisation des débris ligneux,

des feuilles et des spores)


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

PROSPECTION = utilisation de deux indices :

la cristallinité de l’illite et le pouvoir réflecteur de la vitrinite

La cristallinité de l’Illite

Enfouissement des sédiments dans les bassins = diagènese

Modification de la minéralogie des argiles en fonction de la température

Passage progressif de la smectite à l’illite = f(T, enfouissement)

En corrélation avec la maturation des

hydrates de carbones = f(T, enfouissement)

Analyse du matériau par diffraction des rayons X


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Rappel sur les argiles

Kaolinite ( T-O,  d=7A°)

Pas de substitution dans les couches. Le feuillet est neutre.

La kaolinite se forme dans les sols bien drainés, par pH acide, surtout en

climat subtropical et tropical.

Ses cristaux sont souvent grand (jusqu'à 15 µm).


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Illite (T-O-T,  d=10Å)

 Association d'une couche octa (alumineuse) et deux couche

tétra (siliceuses).

Il peut y avoir des substitutions (remplacement de Si par Al).

Des cations (K+) sont adsorbés dans l'espace interfoliaire afin de

compenser le déséquilibre des charges.

Sa structure est proche de la muscovite (plus d'eau, moins de K+).


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Smectite (T-O-T, d= 14 A°)

Empilement des feuillets désordonné; Substitution d'atomes importantes.

Désordre et faible charge des feuillets facilitent adsorption de molécules

variées = eau, cations, molécules organiques

L'espace interfoliaire s'écarte (d = 17 Å).

Les smectites sont calciques, plus rarement sodiques

Elles sont formées dans les sols mal drainés plutôt alcalins.

Les feuillets de smectites peuvent s'intercalés avec d'autres feuillets

argileux, souvent illitiques. L'ensemble forme les argiles interstratifiés.


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Le passage de composés désorganisés et mal cristallisés (smectites)

vers l’illite = étapes de l’enfouissement = f(T)

Cette réaction est fortement contrôlée par la température mais dépend

également de la disponibilité en potassium, la proportion d’eau

dans la roche, la pression etc..

On réalise une corrélation entre le rapport illite/smectite, la

progressive mise en ordre des interstratifiés associés, et la température donc la profondeur d’enfouissement


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Comparaison des diagrammes DRX de l’ illite et des interstratifiés

Pic à 9.3Å


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Mesure de la

Largeur mi-

Hauteur de la

Raie à 9.3Å

De l’illite

Aussi appelé

Index de Kübler

Seule l’anchizone est

représentative

des gisements de charbon utiles pour le chauffage


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

II) le pouvoir réflecteur de la vitrinite

Plus la durée d'enfouissement est longue, plus T et P sont élevées,

plus le degré de fossilisation = le RANG est important (% C)

Ce rang est mésuré par le pouvoir réflecteur

Les macéraux (substances contenues dans toutes les formes de charbon)

Vitrinite = Tissus végétaux préservés de l'oxydation avant

Enfouissement (le plus important en masse)

Exinite = macéral provenant des cires, résines et spores préservés

de l'oxydation avant enfouissement

Inertinite = restes des végétaux partiellement oxydés par des bactéries

aérobies avant enfouissement.


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Macéraux visibles sous microscope optique

charbon broyé, enrobé dans résine polyester translucide et poli

Les vitrinites apparaissent en gris moyen

les exinites en noir, les inertinites en blancs.

 Largeur = 200µm


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

La réflectivité

La réflectivité de la vitrinite est liée à l’indice de réfraction de la

Vitrinite (ns), à l’indice de réfraction de l’huile dans lequel on

immerge la préparation polie (nm) et le coefficient d’absorption de

La vitrinite (ks)


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

On mesure Rv % sur une trentaine de grains de vitrinite

Cette réfléctivité permet de déterminer le rang du charbon

soit sa teneur en C

Rv max% = Ro% x 1.066

Ro % = 12 exp[-3.3 (H/C)] - (O/C)

Poids % C = 1200/[12 + (H/C) + 16 (O/C)]


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Classement des charbons en fonction du pouvoir réflecteur de la vitrinite

0.2-0.5%Charbon brun proche de la tourbe

Ro(%)0.6-2.0%charbon noir ou houille

2.0-5.0%Anthracite

NOTE: Le terme Coke est seulement utilisé pour décrire un charbon

dans lequel la vitrinite a été carbonisée à cause d’une élévation brutale

de la température(durant une intrusion granitique par ex.).


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Ressources en charbon aux USA

A la vitesse de consommation actuelle, il reste environ

400 ans de ressources en charbon pour les USA


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Contrôle de l’utilisation du charbon au niveau environnemental

Combustible fossile = problème de pollution / SO2 gaz

(pyrite micro-divisée présente dans les charbons)

qui lorsqu’il se combine à l’eau de pluie forment les pluies acides

(USA, Canada, Scandinavie et Europe de l’Est).

Destruction des monuments

Par les pluies acides

Zones des pluies acides USA


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

PETROLE ET GAZ NATUREL


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

pétrole et gaz naturel associé = décomposition sur les

fonds sous-marins côtiers de plantes aquatiques et organismes

marins (plancton)

Ils s’enfouissent progressivement dans les sédiments peu riches en

oxygène. Pas d’oxydation en CO2

Décomposition des molécules complexes (lipides, protéines et hydrates

de carbone) par les bactéries = soustraction de O et N

production d’huiles et de gaz (C et H)= hydrocarbures

La compaction des sédiments en « roche -mère »sédimentaire entraîne

la migration des fluides vers des « roches réservoirs »poreuses

comme les grès ou les calcaires.

Les fluides sont présents en général à la surface d’une eau saumâtre

associée.


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

porosité = volume de vides / volume total d'un matériau, roche ou

sédiment.

Sédiments poreux = sables et les graviers

Sédiment peu ou non poreux = argiles

Si on empile des sphères (particules) de taille égale

leurs axes forment un réseau cubique, le pourcentage des

vides, soit l'espace disponible pour le fluide, est de 47,6%

C'est un empilement cubique.


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

empilement maximum des sphères (sans les déformer) =

Empilement rhomboédrique, avec un espace de vides de 25,9%


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Les porosités sont plus faibles si les particules du sédiments ne sont pas

de taille uniforme

Distinction de deux concepts : porosité et perméabilité.

Porosité = pourcentage de vides par unité de volume dans

un sédiment ou une roche.

Perméabilité = capacité du sédiment ou de la roche à transporter

les fluides qui se trouvent dans les pores =connexion des pores


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Formation des hydrocarbures - roche mère

Compaction des sédiments en roches et formation des huiles

Kérogène

T< 50°C

Action des bactéries

P < 1500 Bars

T< 150°C

Graphite

Kérogène = pétrole embryonnaire = maturation avec la T et P


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

argile

grès

Migration vers les roches réservoirs = « pièges à pétrole »

zones imperméables

qui empêchent la

remontée des fluides


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Extraction pétrolière


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Différentes méthodes de

Récupération du pétrole

Les trois premières figures montrent

des processus naturels d’extraction (eau,

pression du gaz et gaz dissous) - 30% extraits

4) injection d’eau et récupération

par pompage

5) Injection de vapeur très chaude

Abaissement de la viscosité

6) Injection de produits chimiques

qui vont se dissoudre dans le pétrole

et abaisser sa viscosité, il ne colle plus

À la roche réservoir


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Où et quand s’est formé

le pétrole?

C’est un processus continu de formation depuis le Précambrien

Cependant 4 périodes de temps marquent la production:

Le Dévonien

(360-340 MA)

2) Le Carbonifère-Permien

(310 -250 MA)

3) Le Jurassique-Crétacé

(150-70 MA)

4) L’Oligocène-Miocène

(35-12 MA)


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Total:

1265 Mds. Barrils


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Régions géologiques des réserves de pétrole


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Réserves mondiales estimées

de pétrole brut, 1995

Une centaine d’années de réserves

Avec la consommation actuelle

Ressources utilisables non

renouvelables


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Le pétrole , source de pollution

Comme le charbon, le pétrole est une importante source de pollution,

notamment en CO2 lors de la combustion.

Les accidents sur les sites d’exploitation ou lors de

« marées noires » sont autant de pollutions locales qui mettent du

temps à se résorber (environ 20 ans).


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Le gaz naturel (99% de méthane) est moins polluant et de nouvelles

sources sont actuellement découvertes.


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Le nucléaire et l’utilisation de l’uranium


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

1ère utilisation en 1944 :

la bombe atomique

Les physiciens préconisent

une application non

militaire de l’énergie

nucléaire : La fission

de noyaux d’235U


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Réserves d’Uranium

Faible concentration dans la croûte: 2ppm

En filons dans les granites et roches acides :quelques centaines de ppm

dans les minéraux tels les zircons, le sphène ou l’apatite

Minerai d’uranium = la pechblende (sous forme UO2)

Les plus grandes réserves sont associées aux roches magmatiques

On en trouve également dans les roches sédimentaires

U4+ comme dans UO2 se transforme facilement en U6+ qui va

donner (UO2)2+ soluble dans les carbonates, sulfates et fluorures


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Toutes ces mines

sont fermées

Cogema possédant

des mines plus

productives au

Canada à présent


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Principaux types

de dépôts d’U

aux USA

Dissolution en eaux

acides, puis

accumulation

dans des zones

plus réductrices


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Ressources mondiales

En Uranium


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Sources d’énergie alternatives


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Energie solaire

Conversion de l’énergie solaire en chaleur, chauffage de l’eau et production d’électricité


Le charbon hydrocarbures hc ch 4 le p trole

Conversion photovoltaïque directe en électricité


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Géothermie

Géothermie basse enthalpie

Banlieue Parisienne:

Eau à 80°C

Les geysers sont les plus grandes

sources de Géothermie haute enthalpie

vapeur d’eau chaude =Conversion en électricité (Islande)


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