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la planète. L’effet de serre, d’origine anthropique, modifie cet albédo. Suite à la
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Aromatique
Hydrocarbure de formule CnH2n-6 dont les molécules sont cycliques ou
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Dépression ovale à circulaire, à fond plat ou concave, et largement évasée, de
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combustibles fossiles : en Europe ils ne seront réellement compétitifs qu’avec un
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Les bruts lourds et le bitume résultent de la transformation par des bactéries qui
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supérieurs et les charbons sapropéliques, pratiquement non lités, peu ou pas
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Production simultanée d’électricité et de chaleur permettant d’obtenir un
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2004 marquent certainement un tournant dans cette évolution et la
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Type de contrat pétrolier assurant la propriété et l’entière disponibilité des
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Dysmigration
Lorsque les hydrocarbures ne rencontrent pas de piège au cours de leur remonté...
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solaire, l’éolien ne produisent pas de CO2 en fonctionnement, les gaz à effet de
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Forage
Tous les forages pétroliers sont actuellement réalisés par forage rotatif (ou
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augmentée progressivement jusqu’à 90 ° si nécessaire. En 2005 le forage dévié
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Ensemble des mesures de l’interaction entre le sous-sol et certains phénomènes
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réchauffement climatique planétaire est très probablement dû aux activités
humaines (gaz à ...
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derniers millénaires, ce niveau n’a pas fluctué de plus de 30 centimètres grâce à
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confusion classique entre pic de production et fin du pétrole. Rappelons que le
phénomène d...
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autres espèces chimiques. Ils évoluent en fonction des caractéristiques du milieu
dans lequ...
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atomes de carbone (en moyenne) dans les molécules, température d’ébullition
entre -5 et +2 ...
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composition moléculaire (rapports atomiques H/C en fonction des rapports
atomiques O/C) il ...
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M
Marché de Rotterdam
Souvent confondu avec le marché du Brent, il est réduit aux ventes de...
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préservation.
MDP...
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calculs, fort complexes, des spécialistes à l’origine de cette découverte,
suggèrent que le...
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NYMEX
New York Market Exchange, place financière des Etats-Unis où sont réalisées
les trans...
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de méthane (=clathrates). L’inertie thermique, propre aux océans, est réduite sur
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aussi ancienne que l’industrie du pétrole. En 1886 un chimiste de la Standard
Oil (aujourd’...
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entre 22 et 45 $/bbl) ; sables bitumineux et bitume naturel (39 %, Alberta au
Canada, coût ...
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fonds de placement). Les transactions papier sont devenues plus nombreuses que
les transact...
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réservoir pourra contenir d’huile ou de gaz. Une formation réservoir est
rarement homogène ...
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des bruts de référence correspondent à des pétroles pour lesquels ont été payés
les impôts ...
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Pyrobitume
Fraction résiduelle du kérogène arrivée au stade ultime de la métagenèse.
R
Raff...
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  1. 1. PREAT A -ULB 1 /46 GEOL-F_103 UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES, FACULTE DES SCIENCES COURS GEOL-F-103 : PROBLEMES ACTUELS DE LA GESTION DE L’ENERGIE LEXIQUE GEOLOGIE HYDROCARBURES – EFFET DE SERRE et LISTE BIBLIOGRAPHIQUE – SITES INTERNET (A. PREAT, mise à jour : mars 2007) En guise d’introduction : un seul chiffre 2007 : environ 1000 milliards de bbl ont été consommés par l’Humanité en l’espace d’un siècle… A ADEME Agence de l’environnement et de la maîtrise d’énergie. Organisme chargé en France, entre autres, de la promotion des économies d’énergie et des énergies renouvelables. Aérosols Fines particules solides ou liquides en suspension dans l’air. Naturels ou d’origine anthropique, les aérosols agissent sur le climat en absorbant et dispersant le rayonnement ou, de façon indirecte, en servant de noyaux de condensation pour la formation de nuages. Ils semblent constituer le deuxième facteur de perturbation du climat par l’homme. Leurs effets sont plus complexes et moins connus. Certains aérosols, dits blancs, par exemple les sulfates issus des combustibles fossiles, réfléchissent le rayonnement solaire et réduisent l’échauffement de la Terre. Au contraire, d’autres, le noir de carbone (ou la suie) issu de la combustion incomplète des combustibles fossiles, des biocarburants et de la biomasse, absorbent le rayonnement solaire et échauffent l’atmosphère. AIE Agence Internationale de l’Energie. Créée à l’issue de la Conférence de Washington (1974), l’AIE a trois objectifs fondateurs : développer la coopération entre ses membres pour réduire leur dépendance énergétique, élaborer un système d’informations relatives aux marchés de l’énergie et établir des plans de sécurité en matière d’approvisionnements énergétiques et de stocks. Albédo Fraction du rayonnement solaire incident qui est réfléchi vers l’espace (par les nuages ou par la surface des continents ou des océans), et ne réchauffe donc pas
  2. 2. PREAT A -ULB 2 /46 GEOL-F_103 la planète. L’effet de serre, d’origine anthropique, modifie cet albédo. Suite à la fonte des glaciers, la Terre réfléchit de moins en moins la lumière du Soleil et la température ira en croissant encore. D’autres effets, tantôt positifs, tantôt négatifs, liés à l’augmentation de la température induit par l’effet de serre affectent l’albédo à travers de complexes boucles rétroactives. Alcanes-Alcènes-Alcynes Hydrocarbures aliphatiques à chaînes carbonées rectilignes ou concaténées (alcanes, dont le plus simple est l’éthane CH3-CH3), à liaison carbone-carbone insaturée (alcènes, dont le plus simple est l’éthène CH2=CH2), ou présentant deux liaisons carbone-carbone insaturées (alcynes, dont le plus simple est l’éthyne). Les alcanes ont pour formule générale CnH2n+2 où n est un entier. Anoxie Absence d’oxygène libre (sous forme O2, gazeux ou dissous) dans le milieu. Dans ces conditions la matière organique est préservée dans les sédiments et peut devenir source d’hydrocarbures à condition d’une bonne maturation thermique lors de l’enfouissement des sédiments. Anticlinal Structure géologique représentant le principal type de piège à hydrocarbures, liée au plissement de terrain en forme de voûte à concavité tournée vers le bas. Les anticlinaux sont présents dans 75 et 80 % des pièges pétroliers, les autres pièges sont stratigraphiques et liés aux changements latéraux de faciès dans les formations géologiques. Les anticlinaux se répèrent assez facilement en sismique. API (degré) La densité API est une classification des pétroles selon leur densité, définie par l’American Petroleum Institute. Pour calculer sa valeur, on applique la formule suivante : (141,5/d à 16°C) – 131,5, dans laquelle d est la densité exprimée en grammes par centimètre cube. Le degré de densité API varie de 0 à 101. Plus il est élevé et plus le pétrole est léger . Argilocinèse Terme désignant les manifestations tectoniques ou déformations particulières liées aux formations argileuses surpressurisées et sous-compactées (par exemple dans les deltas). Les dômes d’argiles forment des diapirs qui peuvent déformer la série surincombante et contribuent à structurer le piège pétrolier. Les intumescences argileuses qui résultent de ces déformations et plissements peuvent crever en surface pour donner des volcans de boue. Les argiles sous compactées sont souvent riches en matière organique et peuvent ainsi constituer des roches mères d’hydrocarbures.
  3. 3. PREAT A -ULB 3 /46 GEOL-F_103 Aromatique Hydrocarbure de formule CnH2n-6 dont les molécules sont cycliques ou polycycliques et où les atomes sont liés par des doubles liaisons et des simples liaisons en position de résonance. ASPO Association for the Study of Peak Oil and Gas (ou Association pour l’étude des pics de production de pétrole et de gaz) fournit gratuitement une partie des données obtenues par ses experts constitués d’un réseau de scientifiques qui synthétisent leurs informations pétrolières. Cette association compte parmi ses membres de nombreux géologues ayant travaillé pour des compagnies pétrolières. Vu l’imminence du pic, cette association estime que les informations ne doivent plus rester confidentielles. Sept scénarios de passage du pic (voir Hubbert dans le glossaire) sont proposés. Ils se regroupent en trois groupes, dans le premier, le prix est le principal régulateur entre offre et demande, le deuxième envisage une action directe sur la demande afin de la faire baisser, le troisième scénario consiste à employer la force pour s’emparer des ressources pétrolières. Finalement le passage du pic pourra s’accompagner d’un choc brutal, ou d’un choc progressif, ou d’une transition négociée ou enfin d’un ‘plateau ondulé’ avec dans ce cas un pic mal défini. Selon l’ASPO, le pic de production pétrolière surviendra à échéance de 2010, avec une marge d’erreur de l’ordre de 5 ans. Ce scénario est basé sur une demande mondiale en pétrole qui devrait croître de 2 % l’an au cours des prochaines années et la marge d’erreur est liée sur l’évolution de la production des puits actuels et sur le volume des nouvelles découvertes. B Baril Unité de volume anglo-saxonne, destinée à mesurer les quantités d’hydrocarbures liquides. Un baril (bbl) = 159 litres. Cette unité de mesure archaïque (bbl signifie ‘blue barrel’, couleur utilisé au XIXème siècle pour différencier les barils de pétrole des autres types de barils comme ceux des lubrifiants) et peu scientifique a été imposée à l’industrie pétrolière par les compagnies américaines au détriment des tonnes et des mètres cubes. Les productions d’un champ ou d’un pays sont couramment exprimées en milliers ou millions de barils/jour (bpd). 1000 b/j équivalent approximativement à 50000 t/an. Il y a environ 7,33 barils dans une tonne de pétrole (cela dépend de la densité du brut, exprimée en degré ‘API’). Un baril vaut 32 gallons américains ou environ 39 gallons anglais. Bassin sédimentaire
  4. 4. PREAT A -ULB 4 /46 GEOL-F_103 Dépression ovale à circulaire, à fond plat ou concave, et largement évasée, de dimension très variée, du km à plusieurs milliers de km) qui est ou a été un lieu de sédimentation. Le bassin sédimentaire est limité par un substratum ou socle (le plus souvent cristallin) et est rempli de séries sédimentaires pouvant atteindre plus de 10 km d’épaisseur. Les bassins sédimentaires sont connus depuis le Précambrien, et leur étude tridimensionnelle est surtout le fait de la géophysique (sismique principalement). Les énergies fossiles sont toutes contenues dans les bassins et la migration du pétrole à partir des roches-mères est conditionnée par la structuration syn- ou postsédimentaire du bassin. Les bassins sont présents à la fois sur la croûte océanique et continentale et l’épaisseur de leur remplissage est lié au taux d’enfoncement du substratum (= la subsidence) et à la production ou l’apport des matériaux. Les bassins pétroliers sont pour la plupart situés sur les marges ou bordures des plaques tectoniques, en dehors des zones de boucliers stables (peu subsidents) et en dehors des ensembles très tectonisés et profondément attaqués par l’érosion. BCF Billion cubic feet, en français milliards de pieds cubes. Unité de volume anglo- saxonne, servant à mesurer les quantités de gaz. 1 bcf est égal à 283 millions de mètres cubes. Biocarburants Carburants liquides ou gazeux issus de la transformation de déchets de plantes cultivées (maïs, colza, betterave, canne à sucre …). Pour faire une tonne de biocarburants, remplaçant une tonne de pétrole, il faut disposer d’environ un hectare de terre agricole, quelle que soit la filière utilisée (même si l’éthanol semble présenter un meilleur rendement). Pour remplacer la totalité du pétrole importé nécessaire pour les transports dans nos pays industrialisés il faudrait planter du colza, des betteraves, du tournesol sur toute la surface des pays concernés, ce qui est bien sûr non envisageable. De plus toute plantation massive se fera au détriment de l’agriculture. La plupart des études récentes estiment que remplacer 10 % des carburants que nous consommons par des biocarburants sera déjà un exploit. L’Union européenne s’est cependant fixé des échéances précises (et ambitieuses) visant à atteindre avec les biocarburants, à l’horizon 2030 un taux de couverture de 30 % de la consommation d’hydrocarbures. Les recherches sont aujourd’hui (2007) basées sur la production d’éthanol à partir de la cellulose du bois. Cette voie prometteuse est cependant beaucoup plus complexe que les processus déjà à l’œuvre. Le développement des carburants fut initié au début des années 70 par les brésiliens, et ensuite par les américains. En 2003, 19 millions de tonnes ont été produites et consommées à l’échelle mondiale dont 52 % au Brésil, 43 % aux Etats-Unis et le reste du monde se partageant les 5 % restants. Le coût des biocarburants reste aujourd’hui (2007) encore très élevé comparé à celui des
  5. 5. PREAT A -ULB 5 /46 GEOL-F_103 combustibles fossiles : en Europe ils ne seront réellement compétitifs qu’avec un baril à 120 dollars (hors politique fiscale particulière). Biomasse Ensemble des organismes vivants se trouvant dans un périmètre ou un volume donné. Il s’agit de l’énergie stockée dans la matière vivante à travers la photosynthèse par les végétaux. Du gaz et de l’eau sont transformés au cours de ce processus, qui a lieu sous l’action de la lumière, en hydrates de carbone et en oxygène. La croissance de la biomasse absorbe du gaz carbonique ce qui est bénéfique vis-à-vis de l’accroissement de l’effet de serre. Ce gaz sera cependant rejeté lorsque la biomasse sera brûlée. Le bilan semble équilibré, mais il faut aussi inclure dans celui-ci la contribution des gaz à effet de serre émis lors de la fabrication des engrais ainsi que ceux dégagés lors des opérations de transport, de manutention et de traitement. Néanmoins le bilan global reste intéressant par rapport à l’utilisation des combustibles fossiles. Dans les régions tempérées, la production annuelle de bois sec est de 10 tonnes par hectare avec un maximum de 20 tonnes. Cela correspond à une ressource brute comprise entre 3,6 et 7,2 tep/ha soit 40 à 80MWh/an. La comparaison à l’ensoleillement annuel moyen (1,5x104 MWh/ha) donne un rendement allant de 0,2 à 0,5 %. Biocarburants Il s’agit plus exactement de ‘carburants d’origine végétale’, produits à partir de déchets végétaux ou de plantes cultivées. Trois catégories principales existent (1) les carburants obtenus à partir de cultures d’espèces oléagineuses (colza et tournesol), (2) les carburants obtenus à partir d’alcools (méthanol, éthanol) produits par fermentation. Toutes les cultures sucrières rentrent dans cette catégorie (betterave, canne…), de même celles qui donnent de l’amidon (blé) et (3) les carburants dérivant du biogaz produit par la fermentation de déchets organiques (alimentaires, bois, paille...) qui donnent principalement du méthane. Brut Pétrole extrait des gisements qui doit être raffiné. Chaque gisement possède ses caractéristiques (densité, teneur en soufre etc.). L’Arabian light est le pétrole brut produit en Arabie Saoudite, de densité 34° API. Son prix au départ du Golfe a longtemps constitué la référence des prix de l’OPEP. Le Brent est le marqueur de la zone Europe-Méditerrannée-Afrique, basé sur différents bruts de la mer du Nord. Le Dubaï est le marqueur du Moyen Orient et de la zone Asie. Son évolution est fortement corrélée à celle du Brent de la zone Europe. Le WTI (West Texas Intermediate) est le marqueur de la zone Amérique, basé sur un brut local produit aux Etats-Unis pour la consommation de Chicago. Bruts lourds
  6. 6. PREAT A -ULB 6 /46 GEOL-F_103 Les bruts lourds et le bitume résultent de la transformation par des bactéries qui consomment la fraction légère de l’huile. La viscosité d’un brut lourd est 60 fois supérieure à celle du brut conventionnel. Le bitume est encore plus visqueux. C Castor Acronyme pour CApture to STORage (soit de la capture au stockage). Programme européen lancé en 2004 par onze pays en vue de diminuer les coûts de captage post-combustion du CO2 issu de l’utilisation du charbon. Catagenèse Ce stade correspond à la fin de la phase principale de compaction et marque l’action dominante du facteur thermique. Les minéraux argileux subissent des transformations déterminantes avec élimination d’eau (près de 20 % en volume du sédiment) qui peut contribuer d’une façon active aux mécanismes de fracturation hydraulique, mais également dans la migration primaire des hydrocarbures. Dans les stades de catagenèse avancée correspondant à un enfouissement de 4 à 6 km (pour des gradients géothermiques moyens), des pressions de 1000 à 1500 bars et des températures de 150 à 200 °C, le milieu devient confiné, les argiles jouent en l’absence de fractures comme des membranes osmotiques qui contribuent à la concentration de saumures. C’est à ce stade que se forment les hydrocarbures à partir du kérogène hérité de la diagenèse. Il y a transformation à la fois en charbon et en pétrole, puis en gaz humide et enfin en gaz sec (méthane). Charbon Traditionnellement on ne classe pas les charbons parmi les hydrocarbures. Pourtant, aux yeux d’un chimiste, ce sont bien des hydrocarbures solides. Ils sont cependant classés à part car leurs techniques de production sont différentes de celles du pétrole et du gaz et s’apparentent aux techniques minières. Ils diffèrent aussi par leur origine, les biomasses ayant donné naissance aux charbons étant essentiellement des biomasses terrestres (végétales). Il existe toute une gamme de qualités de charbon, des plus pauvres (lignites) aux plus riches (anthracites). Un charbon est considéré comme d’autant plus riche qu’il produit moins de cendres et qu’il dégage plus de chaleur. Le charbon le plus riche est l’anthracite, il contient 90 à 95 % de carbone (il libère à la combustion 8,4 à 9,1kWh/kg). La houille ne contient que 70 à 90 % de carbone, la lignite encore moins (50 %) et la tourbe représente le ‘charbon’ le plus pauvre (la tourbe contient de 50 à 80 % d’eau). L’anthracite, charbon le plus riche, se forme à plus de 6 km d’enfouissement à plus de 180 °C, il contient moins de 5 % d’eau. On distingue les charbons humiques qui sont stratifiés en bandes parallèles alternativement brillantes et mates, constitués de débris de végétaux
  7. 7. PREAT A -ULB 7 /46 GEOL-F_103 supérieurs et les charbons sapropéliques, pratiquement non lités, peu ou pas fissurés, à la surface mate et à l’éclat légèrement gras, à cassure conchoïdale, formés de l’accumulation d’algues, de spores et de grains de pollen (exemple des ‘bogheads et des cannel-coals). L’anthracite est une variété de charbon, noire et brillante constituant le terme ultime, le plus mature, de la lignée des charbons. Le charbon contient de l’uranium (de 1 à 10 ppm avec une moyenne de 1,3 ppm) et du thorium (en moyenne 3,2 ppm). A puissance égale, une centrale à charbon émet 100 fois plus de radioactivité qu’une centrale nucléaire (liée au radium, radon descendants de l’uranium et du thorium). Le charbon est le combustible fossile qui a les réserves les plus importantes. Sa combustion est accompagnée de l’émission de gaz polluants (oxydes de soufre et d’azote) et de particules. Des efforts sont entrepris afin de maîtriser cette pollution. Le charbon est parmi les énergies fossiles celui qui correspond aux réserves les plus importantes (plus de deux siècles). Les Etats-Unis, la Russie, l’Inde et la Chine en détiennent ensemble 70 %. (les Etats-Unis en détiennent une part prépondérante avec 25 % des réserves mondiales). En 2006, 75 % de la production mondiale de charbon a été transformée dans des centrales thermiques, à raison de 500 grammes environ par kW/h d’électricité. Le reste de l’exploitation mondiale est utilisé pour produire de l’acier (15 %), sous une forme cuite (le coke) et sert aux cimenteries ou entre dans la composition de matériaux divers (5 %). L’utilisation du charbon dont les réserves mondiales sont estimées à plus de 200 années, augmente depuis plusieurs décennies au même rythme que la consommation d’énergie, soit environ 3 % par an. Il fournit à lui seul un quart des besoins d’énergie de la planète (contre un tiers pour le pétrole) et 40 % de son électricité (75 % de l’électricité en Chine, pays où une centrale au charbon est construite actuellement chaque semaine et plus de 50 % de l’électricité aux Etats-Unis). L’Inde s’est également engagée sur cette voie et la plus grande centrale thermique au charbon au monde, d’une capacité de 12 GW (équivalent à trois centrales nucléaires actuelles) est en construction dans l’Est de ce pays. Par rapport au pétrole et au gaz, le charbon (et la houille) présente moins de risques géopolitiques car il se trouve réparti en quantité à peu près égale dans les grandes régions de consommation (environ 1/3 pour l’Amérique, même quantité pour l’Eurasie et ensuite pour l’Asie-Océanie). Seul le Moyen-Orient en est dépourvu. Clathrates Ou hydrates de gaz, il s’agit de solides ressemblant à de la glace et dont la structure cristalline est constituée par des cages formées de molécules d’eau pouvant accueillir des molécules de méthane. Ce sont des pièges à méthane extrêmement efficaces puisqu’un seul mètre cube de clathrates peut contenir près de 170 mètres cubes de méthane gazeux. Leur abondance, fait l’objet d’estimations contradictoires, mais semble considérable. Ils sont actuellement piégés dans les sédiments marins du talus continental à grande profondeur dans
  8. 8. PREAT A -ULB 8 /46 GEOL-F_103 la mer et dans les sols gelés en permanence des régions arctiques (dans ce cas, le réchauffement climatique peut provoquer leur dégazage et une augmentation de l’effet de serre). Les progrès dans leur connaissance suscitent un nouvel intérêt des pétroliers car leur méthane pourrait constituer une source d’énergie pour le futur. Club de Rome Association internationale qui s’est constituée en 1968 et qui a pour but d’étudier, au niveau mondial, les problèmes des conditions de vie liées au développement économique. CME Conseil mondial de l’énergie, regroupant plus d’une centaine de pays, dont de nombreux utilisateurs des énergies fossiles en vue d’établir les évolutions dans l’utilisation des différentes énergies à l’échelle mondiale. Fondé en 1923, son objectif est de promouvoir la fourniture et l’utilisation durables de l’énergie pour le plus grand bien de tous. Organisation non gouvernementale, agréée par l’Organisation des Nations Unies et partenaire stratégique d’autres organisations clés dans le domaine de l’énergie, le Conseil Mondial de l’Energie est constitué de comités nationaux, représentant près de 100 pays dans le monde et composé de dirigeants du secteur énergétique. Il est régi démocratiquement par une Assemblée Exécutive, composée de représentants de tous les comités membres. Il a son siège à Londres et comprend parmi son personnel des coordinateurs régionaux qui exercent leurs activités en Asie, en Europe centrale et orientale, en Afrique et en Amérique latine/Caraïbes. Il est financé essentiellement par les cotisations des comités nationaux. Le Conseil Mondial de l’Energie couvre une gamme complète de questions liées à l’énergie. Il s’intéresse à toutes les énergies (le charbon, le pétrole, le gaz naturel, l’énergie nucléaire, l’hydraulique et les nouvelles énergies renouvelables). Il réalise des projections à moyen terme et long terme et travaille sur un grand nombre de thèmes liés à l’énergie (restructuration du marché, efficacité énergétique, environnement et énergie, financement des systèmes énergétiques, prix de l’énergie et subventions, pauvreté et énergie, éthique, normes, nouvelles technologies, questions énergétiques dans les pays développés et en développement ...) Il réalise des analyses, des recherches, des études de cas et des orientations stratégiques publiées sous forme de rapport et utilisés par les principaux décideurs. Des cycles de travail de trois ans aboutissent au Congrès mondial de l’Energie, événement majeur de l’industrie énergétique attirant plus de 5000 délégués, incluant un programme technique, des réunions, des séances de travail en réseau et une importante exposition sur l’énergie. Le dernier congrès s'est tenu à Sydney, en septembre 2004 et le prochain aura lieu en novembre 2007, à Rome. Cogénération
  9. 9. PREAT A -ULB 9 /46 GEOL-F_103 Production simultanée d’électricité et de chaleur permettant d’obtenir un rendement de plus 70 %, pouvant aller jusqu’à 80 à 90 % (au lieu de 30 %) dans la production de l’énergie. Lorsqu’on produit de l’électricité avec des moyens conventionnels, le rendement n’est en effet que de l’ordre de 35 %, les 65 % restants étant perdus en chaleur. De plus, entre 5 et 10 % de l’électricité produite est perdue lors de son transport. Un dispositif de cogénération est constitué d’une machine ou moteur principal (turbine à vapeur, à gaz ou moteur alternatif à explosion), d’un générateur d’électricité, d’un récupérateur de chaleur et d’un système de contrôle. Le gaz naturel est (2005) la meilleure source d’énergie pour un dispositif de cogénération. D’autres sources sont également utilisées (le fioul, la géothermie, la biomasse ou encore l’énergie tirée de l’incinération des ordures ménagères). La trigénération consiste à utiliser à la fois la chaleur, l’électricité et le froid. Combustibles fossiles Le charbon, le pétrole et le gaz naturel utilisés pour la production d’énergie au moyen de la combustion. Il s’agit de combustibles fossiles car ils sont constitués de restes d’organismes (animaux et végétaux) riches en carbone. Les combustibles fossiles représentent de 80 à 90 % de la consommation d’énergie primaire commerciale mondiale. Leur suprématie est liée à leur flexibilité d’emploi et à leur compétitivité économique. Retenons un chiffre peu connu et établi depuis 2003 : pour obtenir un litre d’essence, il aura fallu que 23 tonnes de matières organiques soient transformées sur une période d’au moins un million d’années. Condensat Mélange hydrocarbures liquides ou liquéfiés produits pendant le traitement du gaz naturel. Le LGN (liquide de gaz naturel) ou NGL (en anglais) est souvent inclus dans les statistiques de production du brut. Conduction Mode de transfert de chaleur sans déplacement de matière. Consommation mondiale d’énergie Les lieux de production et de consommation des énergies fossiles ne coïncident pas à l’échelle mondiale. Le Moyen-Orient est de loin le plus grand réservoir de pétrole conventionnel de la planète (dans la littérature consacrée on l’appelle un ‘eldorado’ ou un ‘scandale géologique) alors que les pays les plus ‘énergivores’ en sont relativement dépourvus. Cette différence a été à l’origine de nombreuses tensions politiques à l’échelle mondiale depuis plus de 100 ans. L’émergence dès le début de ce siècle de nouveaux pays en plein développement et représentant près de la moitié de la population mondiale (Chine, Inde pour l’essentiel) va plus que probablement accroître ces tensions. Les années 2003 et
  10. 10. PREAT A -ULB 10 /46 GEOL-F_103 2004 marquent certainement un tournant dans cette évolution et la consommation mondiale de 2004 traduit à elle seule la problématique : la consommation moyenne a été la suivante : un Américain dépensait 25 bbl/an, un Japonais 18, un Européen 12, un Terrien moyen 5, un Chinois 1,5 et un Indien 1. Si la Chine et l’Inde devaient ‘simplement’ rattraper la moyenne mondiale de consommation de pétrole par habitant et par an – 5 bbl- il faudrait ajouter 8 milliards de barils annuels à la consommation actuelle (2005-2006) de 30 milliards, soit une augmentation de 26 %. Cette augmentation passerait à 83 % si l’ambition de ces deux pays est de rattraper les Européens, dans ce cas il faut 25 milliards de barils supplémentaires. La Chine a investi plus de 15 milliards de dollars dans l’exploration ou les projets pétroliers à l’étranger, et elle projette d’en investir autant chaque année pendant les dix à venir (à partir de 2005). En 2005, plus de 4,5 millions de nouvelles voitures ont été immatriculées en Chine. Au total ce pays est actuellement (2007) le second importateur de pétrole au monde après les Etats-Unis, la Chine a consommé 6,5 millions de barils par jour en 2005, un chiffre qui devrait doubler en 2020. Avec quelques années de retard dans cette recherche du pétrole, l’Inde présente cependant un profil énergétique comparable à celui de la Chine. En 2005, la consommation américaine représentait 26 % de la consommation mondiale (pour une population de moins de 5% de la population mondiale) et est désormais majoritairement couverte par des importations passées de 9 % de la consommation pétrolière domestique entre 1959 et 1973 à 53 % en 2003 et vraisemblablement 70 % d’ici 2020 (selon les estimations de l’AIE). La consommation mondiale devrait augmenter en moyenne de 1,5 % par an jusqu’en 2030 selon l’AIE. En 2006 on a produit environ 83 millions de barils de pétrole par jour. Enfin, l’humanité a consommé autant de pétrole entre 1980 et 2000 qu’entre 1859 et 1980. Contract and Convergence (C&C) Ou Contraction et Convergence, nouveau programme ‘concurrent’ du protocole de Kyoto, ayant l’aval de l’ONU en vue de réduire les émissions de gaz à effet de serre (=’contraction’). Ce programme fixe les modalités de réduction de manière distinctes pour chaque pays en vue de la ‘convergence’ qui devrait se situer vers 2050. A cette date, les émissions de gaz à effet de serre seraient les mêmes pour chaque citoyen du monde, puis diminueraient jusqu’en 2100, l’objectif commun étant de stabiliser la température à + 2° C au-dessus de la température pré-industrielle (avec un taux de gaz carbonique atmosphérique inférieur à 450 ppm). L’intérêt de ce programme est de reconnaître les disparités actuelles entre les pays et de modifier l’effort en conséquence. Il ne dispenserait pas les pays émergents comme la Chine, d’engager des actions dissuasives dès maintenant. Contrat de concession
  11. 11. PREAT A -ULB 11 /46 GEOL-F_103 Type de contrat pétrolier assurant la propriété et l’entière disponibilité des hydrocarbures extraits à la compagnie opératrice, le pays producteur étant rémunéré sur la base de ‘royalties’ fixes. Ce système injuste a perduré jusqu’au premier choc pétrolier, pour être ensuite progressivement abandonné et remplacé par des contrats moins défavorables au pays producteur. Constante solaire Elle traduit l’éclairement solaire reçu au niveau de la Terre. Une surface d’un mètre carré perpendiculaire aux rayons du Soleil reçoit 1368 watts. Convection Transfert de chaleur par des mouvements initiés au sein d’un fluide dont la densité varie avec la température. Conversion Opération de raffinage qui permet la transformation, souvent par cracking, des résidus lourds en produits légers. Craquage (cracking) Procédé thermique ou catalytique visant à accroître la proportion relative des composants légers d’une huile par modification de la structure chimique de ses constituants. CTL Acronyme pour ‘Coal to Liquids’, concernant les procédés permettant de transformer le charbon en carburant destiné, notamment aux automobiles. Le système est connu et fonctionnel depuis les années 1920 grâce au procédé d’hydrogénation du charbon, dit procédé ‘Fischer-Tropsch’ qui a été intensément utilisé par l’Allemagne lors de la seconde guerre mondiale. L’Afrique du Sud, riche en houille, a également acquis une forte expérience dans ce domaine durant les années d’embargo international décrété suite à la politique d’apartheid de ce pays. Avec un prix du baril élevé (années 2000’) cette technologie est à nouveau considérée et des ‘raffineries’ sont déjà construites (Chine et Etats-Unis). Rappelons cependant que la combustion de la houille émet 35 % de gaz carbonique de plus par rapport au pétrole et 72 % de plus par rapport au gaz naturel. Il faut donc se ‘débarasser’ du CO2 (afin d’éviter une ‘catastrophe climatique’), ce qui est aujourd’hui techniquement possible (notamment par capture post-combustion sur des absorbants chimiques), mais encore trop cher. Un programme européen ‘Castor’ a pour objectif cette diminution. Dans ce cadre d’autres techniques sont envisagées (par exemple injection d’oxygène concentré durant la combustion qui permettrait de fixer près de 90 % du gaz carbonique au lieu de 15 %). Une technique complètement
  12. 12. PREAT A -ULB 12 /46 GEOL-F_103 différente, basée sur la gazéification intégrée à un cycle combiné semble encore plus prometteuse. Cycle du carbone Echanges de carbone entre l’atmosphère, les océans et les continents. Le gaz carbonique CO2 contribue pour environ les deux tiers du réchauffement dû aux activités humaines. Calcaire (= carbonate de calcium) excepté, le plus important réservoir de carbone est de très loin l’océan. L’océan est donc au cœur du problème car il contient 40 000 Gt de carbone, soit 50 fois plus que le réservoir atmosphérique (780 Gt). Or, on cerne encore très mal sa réponse au changement climatique, du fait des périodes à considérer (les masses d’eau se mélangent à l’échelle planétaire en un millier d’années) et des nombreux processus (thermodynamiques, chimiques et biologiques) en jeu. Le gros du carbone océanique est dissous dans l’eau sous forme d’ions bicarbonates. On estime que l’océan absorbe à lui seul chaque année environ 2 Gt de carbone (ce qui très faible vu l’importance de ce réservoir) sur les 7 Gt qui sont rejetées par l’homme. Il faut encore ajouter un rejet supplémentaire de 1 Gt lié à aux incendies de forêts (déforestation). La végétation intervient également dans le cycle du carbone en absorbant environ 2 Gt par an (sur un réservoir d’environ 60 Gt de carbone par an lié principalement à la photosynthèse et à la respiration). L’accroissement annuel du carbone dans l’atmosphère est donc de 3 à 4 Gt. Ces chiffres (et d’autres) résultent d’échanges complexes entre océan, sols, continents et atmosphère. Notons que le gaz carbonique est chimiquement stable dans la basse atmosphère et ne s’y transforme pas en un autre composé. Son temps de résidence est assez longue, à l’échelle de siècles ‘en moyenne 200 ans) et non en termes d’années. Autrement dit, une fois mis dans l’atmosphère par l’activité anthropique, le gaz carbonique ‘en excès’ met très longtemps à en être éliminé par les cycles naturels, et l’évolution comporte une part importante d’irréversibilité à l’échelle des quelques générations humaines. Une autre conséquence de ce long temps de résidence est que le lieu de la source est rigoureusement sans importance suite au brassage de la troposphère qui est de l’ordre de quelques mois. Ainsi un seul lieu d’émission peut enrichir l’atmosphère tout entière. Rappelons qu’une tonne de carbone équivaut à 3,66 tonnes de CO2. Cyclones Le nombre de cyclones formés en 2005 a largement dépassé le précédent record de 1993. Il est donc tentant d’établir un lien entre cette activité de ces dernières années et le réchauffement climatique. Les résultats de modèles climatiques récemment développés sur ce problème semblent réfuter ce lien. L’année 2005 s’inscrit dans une décennie de forte activité cyclonique au regard des deux décennies précédentes, dont l’activité plus faible pourrait être en relation avec la sécheresse du Sahel. La tendance à une plus forte activité cyclonique enregistrée
  13. 13. PREAT A -ULB 13 /46 GEOL-F_103 au cours des dernières années (années 2000’) semblent liée à des variations régionales des températures océaniques, des précipitations sur l’Afrique ou encore des vents en altitude, qui influencent la formation des cyclones tropicaux. D Déplétion naturelle Principe de production des hydrocarbures utilisant pour les extraire la différence de pression existant entre le gisement dans le sous-sol et la surface, qui provoque leur remontée dans les ‘tubings’ de production. Derrick De l’anglais ‘gibet’, charpente métallique supportant le dispositif de forage d’un puits pétrolier. Equivalent à tour de forage. Diagenèse La diagenèse groupe l’ensemble des processus physiques, biochimiques et physico-chimiques qui transforment un sédiment progressivement en une roche sédimentaire. L’action biologique, principalement celle des bactéries se joue en moyenne dans les premières dizaines, parfois centaines, de mètres d’enfouissement. Elle se traduit d’abord par une forte réduction du milieu qui diffère très rapidement de l’environnement aquatique d’origine. Elle attaque également les molécules organiques complexes pour donner du CO2, H2O et CH4. Jusqu’à une profondeur moyenne de l’ordre de 500 m, qui correspond à une brutale perte de porosité et à l’expulsion de volumes importants d’eau, les caractéristiques de la roche, et plus particulièrement sa porosité et sa perméabilité, apparaissent déterminés par la taille des grains, la composition des minéraux argileux, la concentration des électrolytes dans les fluides intersticiels, qui joue une rôle important dans les reconstructions minérales, c’est à dire dans le processus de lithification. Au-delà de 500 m de profondeur d’enfouissement la température commence à jouer un rôle prépondérant et les réactions thermo- catalytiques deviennent la règle. La diagenèse des pétroliers concerne les transformations correspondant approximativement à des profondeurs maximales d’enfouissement de l’ordre de 1200 à 1800 m. La compaction des sédiments qui accompagne cette évolution de l’enfouissement est un phénomène irréversible à partir d’un enfouissement de l’ordre de 1200 m pour les argiles. La diagenèse des sédimentologues (non pétroliers) est définie différemment même si les processus ultimes sont les mêmes. Diapir Intrusion de roches évaporitiques (sulfates, sel gemme…) ou argileuses à travers une colonne sédimentaire, pouvant déterminer des structures favorables à l’accumulation du pétrole et du gaz.
  14. 14. PREAT A -ULB 14 /46 GEOL-F_103 Dysmigration Lorsque les hydrocarbures ne rencontrent pas de piège au cours de leur remontée ou migration vers la surface ils finissent par suinter en surface ou au fond de la mer et forment en quelque sorte des affleurements de pétrole ou de gaz, généralement appelés ‘indices de surface’ ou ‘oil shows’. L’étude chimique de ces indices est importante, de même que leur analyse géologique en vue de les interpréter dans l’optique de l’exploration. Ce sont souvent ces indices qui historiquement ont permis les premières découvertes. E Effet de serre Phénomène naturel provoqué par la capacité de certains gaz (= ‘GES’ ou gaz à effet de serre, exemple vapeur d’eau et les nuages responsables de 55 % de l’effet de serre, suivi du CO2 pour 39 %, du CH4 pour 2%, le protoxyde d’azote pour 2 % et l’ozone pour 2 %) de retenir la chaleur renvoyée par la Terre vers l’espace. Sans l’effet de serre, la température moyenne de notre planète serait de -18° C. Grâce à ce phénomène, elle est de 15°C. Il représente en moyenne 150 W/m2 . Dans une serre c’est surtout la vapeur d’eau qui joue le rôle de gaz à effet de serre et piège la chaleur renvoyée par le sol. Pendant des centaines de milliers d’années la concentration de CO2 est restée dans une fourchette comprise en volume, entre 180 et 270 ppm (parties par million) avec des variations lentes s’étalant sur des milliers d’années. Les valeurs les plus basses de la concentration en CO2 ont été observées lors des périodes glaciaires. Hormis les deux siècles précédents, elle est restée stable, autour de 270 ppm, pendant les 10 000 dernières années. Puis elle a régulièrement augmenté depuis le début de l’ère préindustrielle pour atteindre 380 ppm aujourd’hui (2007) et augmente de 2 ppm par an. La concentration de méthane a doublé en 200 ans passant de 0,8 à un peu plus de 1,7 ppm aujourd’hui. Depuis le début de l’ère préindustrielle, l’effet de serre a augmenté de 2,45 W/m2 , soit de 1 % de l’énergie rayonnée par notre planète. Ceci a eu pour conséquence d’accroître la température moyenne, entre 1850 et 1995, de 0,3 à 0,6 °C. Le XXIème siècle semble voir une augmentation de 0,2 °C par décennie ce qui est fort rapide et préoccupant car l’augmentation a été de 5° C ( à raison de 1 °C sur 1000 ans) lors des cycles quaternaires (glaciaire et interglaciaire). Tous les combustibles fossiles produisent du gaz carbonique en brûlant et contribuent à accroître l’effet de serre. La quantité libérée dépend de la nature du combustible et plus celui-ci contient d’hydrogène dans sa molécule, moins il rejette du gaz carbonique. Par kWh électrique produit, le charbon émet de 860 à 1290g de CO2, le pétrole de 700 à 800, le gaz de 480 à 780, le nucléaire de 4 à 18, l’éolien de 11 à 75, le solaire photovoltaïque de 30 à 280 et la biomasse de 0 à 116. Le nucléaire, le
  15. 15. PREAT A -ULB 15 /46 GEOL-F_103 solaire, l’éolien ne produisent pas de CO2 en fonctionnement, les gaz à effet de serre sont émis lors de la construction des centrales nucléaires ou des panneaux photovoltaïques , des transports etc. La combustion des combustibles fossiles est donc la principale source des émanations de CO2 à l’heure actuelle sur la planète. A l’inverse, quels sont les puits de CO2? Il y a la photosynthèse, assurée par les végétaux, qui consomment du CO2 et libèrent de l’O2, et surtout les océans. Là le CO2 est dissous dans l’eau, fixé par la vie animale pour former les coquilles et des tests calcaires. Aujourd’hui la réponse des océans n’est pas bien connue et les relations précises entre sources et puits de CO2 sont toujours à l’étude (mesures et modélisations complexes). Notons enfin qu’une voiture émet 100 à 200 g de CO2 par km parcouru. EIA Energy Information Administration ou Agence américaine en charge des questions d’énergie, rattachée au Département de l’Energie. Energie L’énergie est la propriété d’un système physique capable de produire du travail ou une action (production de force mécanique, dégagement de chaleur …). La quantité d’énergie fournie dépend de l’intensité du travail ou ‘puissance’ et du temps pendant lequel cette puissance est fournie. L’énergie primaire est fournie par les matières premières énergétiques non transformées (pétrole brut, charbon, uranium..). L’énergie secondaire, également appelée ‘énergie finale’, est l’énergie fournie au consommateur qui l’utilise directement (essence à la pompe, suite à la transformation chimique ou raffinage du pétrole brut, électricité suite à la transformation thermo-mécanique au départ de charbon ou de gaz …). Energies renouvelables Les énergies renouvelables sont ainsi nommées car, à la différence des énergies fossiles, leur source est inépuisable. Elles sont aussi de nature variée : solaire, géothermique, biomasse (y compris le bois), hydraulique. On distingue les énergies renouvelables conventionnelles (le bois et la grande hydraulique) et toutes les autres, appelées nouvelles énergies renouvelables. La part des énergies renouvelables est de l’ordre de 10 à 15 % de l’énergie totale au plan mondial, la grande hydraulique (= grands barrages), représentant 3 % et le bois environ 10 % au début du XXIème siècle. Les énergies renouvelables pourront être exploitées aussi longtemps qu’existera la Terre, soit encore 5 milliards d’années. Elles sont ‘gratuites’ mais leur récupération peut être chère, même très chère, car elles sont peu concentrées. L’énergie solaire qui arrive chaque année sur la Terre équivaut à 1,56. 1018 kWh, soit environ 15 000 fois la consommation mondiale actuelle. De cette énergie incidente, 30 % est réfléchie dans l’espace, 45 % est absorbée, convertie en chaleur et renvoyée dans l’espace sous forme de rayonnement infrarouge, tandis que le reste (25 %) contribue à l’évaporation (22 %), à l’énergie cinétique des vents (2 %), à la photosynthèse (0,06 %) etc. En
  16. 16. PREAT A -ULB 16 /46 GEOL-F_103 2005 les énergies non renouvelables ont contribué à la production énergétique mondiale comme suit : éolien pour 0,05 %, biocarburants pour environ 0,1 %, solaire thermique pour moins de 0,05 %, solaire photovoltaïque pour moins de 0,001 %. C’est la géothermie, avec 0,5 % du total mondial qui représente la source renouvelable la plus utilisée après le bois (10 %) et les barrages (ou hydraulique, 5 %°). EPICA Acronyme pour European Program of Ice Coring in Antarctica. Forage européen effectué dans un dôme de glace de l’Antarctique oriental, piloté par l’Institut Paul-Emile Victor français de recherches polaires, qui a atteint près de 3200 m de profondeur, tout près du socle antarctique sous-jacent et permet l’étude des archives glaciaires en continu sur près de 750 000 ans. Les études qu’il permet sont particulièrement importants pour mettre en évidence les fluctuations naturelles du climat et tenter de prédire, à partir d’éléments bien compris, ce que pourront être les conséquences du réchauffement anthropique en cours, bien établi dans le dernier rapport du GIEC (février 2007). F Faille Cassure de terrain avec déplacement relatif des parties séparées. En pratique, ce terme désigne le plus souvent des accidents verticaux, ou à pendage fort et n’impliquant pas de recouvrement important (chevauchement ou charriage). La longueur des failles peut varier de quelques mètres à plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres. Les failles se développent au cours du dépôt d’une série (= failles synsédimentaires) ou après (= failles postsédimentaires). Dans les séries pétrolières, elles sont fort importantes car elles permettent à la fois la migration des hydrocarbures et la structuration des pièges pétroliers. Leur analyse se fait souvent à partir des diagrammes sismiques. Fiouls Combustible liquide brun foncé ou noir, plus ou moins visqueux, provenant du pétrole (= fuel ou fuel oil). Fiouls lourds Les fiouls lourds sont utilisés pour deux types d’application : la combustion industrielle (centrales thermiques, fours, cimenteries) et l’alimentation des navires propulsés par des moteurs diesels lents et de grosse puissance. Les fiouls lourds sont en fait des résidus de la distillation des pétroles bruts. Pour faciliter le mélange des résidus lourds, des coupes de distillation plus légères appelées ‘fluxant’ sont parfois ajoutées. Il existe en Europe quatre catégories de fiouls lourds suivant la teneur en soufre.
  17. 17. PREAT A -ULB 17 /46 GEOL-F_103 Forage Tous les forages pétroliers sont actuellement réalisés par forage rotatif (ou rotary). L’outil de forage ou trépan est fixé au bout d’un train de tiges. Les outils de forage sont usuellement de type ‘tricône’ à molettes dentées, aux dents d’autant plus courtes et plus dures que les terrains à traverser sont eux-mêmes plus durs. Dans le cas de terrains très résistants, ou pour prélever des échantillons de terrain ou ‘carottes’ (surtout dans les roches-réservoirs), on utilise des couronnes diamantées. La rotation du trépan est généralement assurée depuis la surface, soit par un moteur situé au sommet des tiges, soit par une table de rotation située sur le plancher de l’appareil de forage. Plus rarement la rotation de l’outil est assurée par une turbine située au fond du trou juste au- dessus du trépan (= turboforage). Afin de minimiser les frottements sur les tiges, de lubrifier et de refroidir le trépan, on injecte en permanence à travers les trains de tiges de la boue qui jaillit au niveau du trépan. La partie la plus visible de l’appareil de forage est une tour métallique appelée derrick servant à introduire verticalement dans le sol des tiges creuses vissées bout à bout. On effectue chaque année, depuis 1950 entre 50 000 et 100 000 forages d’exploration dans le monde dont plus de 70% aux USA. La profondeur moyenne forée est de 1500 m ce qui représente en moyenne annuelle l’équivalent de 22 rayons terrestres. Les sommes en jeu dans cette étape incontournable du forage sont beaucoup plus importantes qu’au stade de la géologie et de la géophysique. En 2004 le coût d’un forage terrestre à 3000 m était de 2 à 10 millions de dollars, dans les mers difficiles (mer du Nord par exemple) il était de 15 à 30 millions de dollars. En mer profonde, par plus de 500 m d’eau, un seul forage peut atteindre 100 M$. Au total une campagne de prospection ou d’exploration nécessite au minimum 5 à 6 puits, et un échec est souvent possible… Les ‘wildcats’ sont les forages d’exploration qui permettent de vérifier l’existence éventuelle d’un gisement, le volume de brut qu’il contient et sa qualité. Forages dirigés et forages horizontaux Ils font partie des grandes avancées technologiques récentes. Il s’agit de forages ‘pilotés’, c’est-à-dire dirigés avec une très grande précision. On peut leur donner des trajectoires sinueuses, tant dans un plan vertical que dans un plan horizontal. Ceci permet d’explorer des réservoirs relativement minces, ou d’aller avec un seul puits reconnaître une série de petits réservoirs potentiels. Considérés séparément, ceux-ci n’auraient pas justifié économiquement d’être forés. Ces nouvelles techniques élargissent considérablement les performances possibles des forages, parfois en matière d’exploration mais surtout pour la production et pour l’amélioration des taux de récupération (on récupère plus de pétrole par volume de formation réservoir et moins d’eau que dans un forage vertical). Le forage dirigé comprend une partie verticale classique, ensuite une partie déviée au cours de laquelle la déviation qui est d’abord de 0,5 à 1° par 10 mètres est
  18. 18. PREAT A -ULB 18 /46 GEOL-F_103 augmentée progressivement jusqu’à 90 ° si nécessaire. En 2005 le forage dévié le plus long était situé en Terre de Feu, et s’étendait ‘horizontalement’ sur plus de 11 kilomètres à environ 1,7 km de profondeur. G Gallon Unité de mesure anglo-saxonne. L’Imperial gallon utilisé au Royaume-Uni et jadis au Canada équivaut à 4,546 litres. Aux Etats-Unis, le gallon équivaut à 3,785 litres. Gasoil ou ‘Gazole’ (Gas-oil) Distillat ayant un intervalle de distillation compris entre ceux du pétrole lampant et des huiles lubrifiantes. Utilisé pour la production de chaleur et d’énergie. Nombre d’atomes de carbone : entre 10 à 24 (soit moins que les fiouls et plus que les essences). Le gazole est obtenu vers le haut des colonnes de distillation sous vide (température de sortie 165 °C). Du gazole est aussi obtenu par redistillation dans le processus de fabrication des huiles de graissage. Le gazole est utilisé essentiellement comme combustible dans les moteurs diesels. Gaz à effet de serre Constituants gazeux de l’atmosphère absorbant le rayonnement infrarouge (vapeur d’eau, CO2, CH4, N2O –protoxyde d’azote, O3 –ozone et CFC – hydrofluorocarbures –CFC). Gaz humide Qu’il s ‘agisse d’un gaz associé ou d’un gaz non associé, c’est un gaz qui contient des fractions condensables ou condensats. Les quantités de condensats sont très différentes d’un gaz à l’autre. On considère qu’un gaz est humide, lorsque de 1000 m3 , on peut extraire environ 50 m3 de propane, butane et autres hydrocarbures liquides. Gazoline (Gasoline) = Gazole Aux Etats-Unis, c’est le terme utilisé pour désigner l’essence pour automobiles. Désigné aussi sous le terme d’essence naturelle, ce sont les fractions liquides des condensats qui sont extraits, soit du gaz naturel associé au pétrole (à partir de brut jaune clair, léger), soit du gaz non associé extrait d’un gisement de gaz naturel dit humide. Des ‘gazolines’ ou essences naturelles légères sont aussi extraites dans certaines phases du raffinage du pétrole brut. Géophysique
  19. 19. PREAT A -ULB 19 /46 GEOL-F_103 Ensemble des mesures de l’interaction entre le sous-sol et certains phénomènes physiques, qu’on interprète ensuite en termes géologiques. Les méthodes géophysiques sont la gravimétrie (anomalies de gravité), le magnétisme (anomalies magnétiques), les méthodes électriques (déplacement de courants électriques) et les méthodes sismiques (déplacement d’ondes sismiques – vibrations). L’essentiel (environ 90 %) du budget de l’exploration est couvert par les méthodes sismiques. Géopolitique La géopolitique règle les relations entre les nations depuis des siècles. Il n’est pas possible ici d’en présenter une synthèse. Par contre une prospective très pertinente a récemment (2004) été proposée par R. Cooper, un diplomate anglais. Ce diplomate regroupe les Etats en trois catégories. Tout d’abord les pré-modernes, qui peinent à instaurer un ordre intérieur et sont en proie à des guerres et des crises. Les Etats classiques ensuite, qui raisonnent en termes de raison d’Etat et de manière strictement nationale, les Etats-Unis en sont un exemple. Enfin les Etats post-modernes, qui ont transféré une partie de leurs pouvoirs à des instances supranationales et n’envisagent pas leur sécurité en terme de conquête. L’Europe en est le meilleur exemple actuel. GIEC Groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (en anglais = IPCC ou International Panel on Climate Change) a été crée en 1988 par le Programme des Nations Unies pour l’environnement et l’Organisation météorologique mondiale à la demande des sept pays les plus riches (G7). La mission de ce réseau mondial de scientifiques est de rassembler les données scientifiques, techniques et socio-économiques afin d’évaluer les risques du changement climatique lié aux activités humaines et les stratégies possibles de prévention et d’adaptation. Ces scientifiques sont rassemblés en trois groupes : le premier s’intéresse au fonctionnement du climat et à ses variations, le second analyse l’effet du changement climatique sur la biosphère et les humains, leur vulnérabilité et leur adaptation, le troisième détaille les façons dont on peut réduire les émissions de gaz à effet de serre par le biais de politiques. Le GIEC a établi différents profils d’émission de gaz carbonique à partir des émissions actuelles (soit 8 Gt de carbone par an) et de leur gestion dans le futur. Cinq profils sont établis pour des concentrations stabilisées de gaz carbonique à 450 ppm, 550 ppm, 650 ppm, 750 ppm et 1000 ppm. Le dernier rapport du GIEC date de février 2007. La température du globe variera d’ici à la fin du XXIème siècle de 1,8 ° (scénario optimiste d’émissions) à 4 °C (scénario pessimiste), la moyenne de 3 degrés est donc retenue. Le 2 février 2007 les scientifiques du GIEC ont rendu public leur rapport sur le réchauffement du climat (résumé téléchargeable sur le site du cours GEOL-F-103, université virtuelle). Ce rapport a été entériné par les 500 délégués de 113 pays. D’après le rapport, le
  20. 20. PREAT A -ULB 20 /46 GEOL-F_103 réchauffement climatique planétaire est très probablement dû aux activités humaines (gaz à effet de serre), alors qu’antérieurement (en 2001), ce n’était que probable. La probabilité actuelle (2007) est supérieure à 90 % contre 66 % en 2001. Une des conséquences majeures sera l’augmentation du niveau marin de 18 à 59 centimètres, d’ici la fin du siècle. Glaciations Depuis 1,7 million d’années, 17 cycles principaux comprenant une période glaciaire et une période interglaciaire (= cycles glaciaire-interglaciaire) ont été identifiés sur base de l’étude des températures mesurées par les isotopes de l’oxygène dans les glaces antarctiques. Leur fréquence de 100 000 ans coïncide avec des variations périodiques de l’orbite terrestre (à savoir son excentricité) autour du Soleil. Le géophysicien serbe Milutin Milankovitch avait expliqué en 1924, l’origine astronomique de tels cycles. Les cycles de ‘Milankovitch’ (comme ils sont nommés actuellement) résultent des variations de l’ensoleillement de la Terre, en raison d’interférences entre sa rotation sur elle- même et sa rotation en orbite autour du Soleil. Ces variations entraînent des variations de température moyenne de 5 à 6 °C qui sont amplifiées par rétroaction positive avec le gaz carbonique et le méthane comme l’indique l’évolution couplée de ces gaz et de la température dans les archives glaciaires. Ces archives indiquent également que la période interglaciaire actuelle pourrait encore se poursuivre pendant au moins 50 000 ans. Les cycles de Milankovitch ne peuvent donc apporter une solution au problème immédiat du réchauffement planétaire puisque qu’un refroidissement significatif lié à la prochaine glaciation n’aura pas lieu avant longtemps. Les deux effets principaux à attendre du réchauffement sont d’une part, un glissement des limites actuelles des zones climatiques tropicales et modérées de quelques centaines de kilomètres (environ 100 km par degré de latitude) vers les pôles et , d’autre part, une accentuation de la dynamique et des contrastes climatiques provoquant la fonte des calottes, un recul des banquises et une décrue des glaciers de montagnes. Ces fontes (surtout celles des calottes contenant environ 3 Gt de glace, qui en cas de fonte totale induiraient une remontée du niveau marin de 70 mètres) affecteront le niveau des mers, et ont sans doute déjà, et auront certainement, des conséquences climatiques (amplification du phénomène ou rétroaction positive) et écologiques importantes. Les conséquences économiques sont également à prendre en considération (modification des routes maritimes, des zones de pêche, et de l’exploration pétrolière avec l’accès à de nouvelles zones). Ces bouleversements réveilleront par exemple certains conflits géopolitiques, comme celui qui oppose le Canada et les Etats-Unis à propos des eaux territoriales de l’archipel nord- canadien. Il faut rappeler qu’au cours des derniers millions d’années (fin du Tertiaire et durant le Quaternaire) le niveau de la mer a fluctué de plus de 100 m au gré des alternances des périodes glaciaires et interglaciaires. Lors des trois
  21. 21. PREAT A -ULB 21 /46 GEOL-F_103 derniers millénaires, ce niveau n’a pas fluctué de plus de 30 centimètres grâce à la stabilité du climat. GNL Gaz Naturel Liquéfié ou liquéfaction du gaz naturel pour le transporter sur de grandes distances maritimes vu l’impossibilité d’utiliser des gazoducs classiques (profondeur d’eau ou distances trop importantes). Pour le méthane, constituant principal du gaz naturel, la température de liquéfaction est d’environ – 160° C. Le GNL est stocké avant d’être chargé sur un méthanier. A la réception le GNL est regazéifié en vue de sa distribution vers des centrales électriques, des sites industriels ou des habitations. Lors de la regazéification (ou revaporisation) un mètre cube de GNL donne environ 600 m3 de gaz à l’état gazeux et à la pression atmosphérique. H Halocinèse Terme désignant les manifestations tectoniques ou déformations particulières liées aux formations salifères (évaporites). Les dômes de sel forment des diapirs qui peuvent percer et déformer la série surincombante. Les séries salifères sont souvent épaisses de plusieurs kilomètres. Holocène Période géologique qui couvre environ les 11 000 dernières années. Elle marque la dernière partie du Quaternaire. Hubbert (pic de) Selon la théorie de Hubbert, l’exploitation d’une ressource naturelle épuisable suit une courbe en cloche qui ressemble à une courbe de Gauss. Le sommet de cette courbe correspond au moment où les capacités mondiales de production de pétrole (ou de gaz ou encore de charbon) atteignent leur maximum avant de décroître. La production de pétrole peut ainsi schématiquement se diviser en deux parties de même volume. Dans la première moitié, le pétrole est plus facile à découvrir et à extraire que dans la seconde moitié. La déplétion est le nom du phénomène de décroissance de la production survenant une fois le pic atteint. Les deux événements, pic et déplétion, sont donc intimement liés. Le pic est un moment précis dont on essaie de prévoir la date. Il revêt un caractère symbolique car le véritable problème est la déplétion, dont les conséquences varient suivant la vitesse à laquelle la production décroît. Par exemple un taux de décroissance de 10 % est très rapide, puisqu’en à peine plus de 6 ans la production serait divisée par deux, alors que si ce taux de déplétion était de 2 %, il faudrait une quarantaine d’années (à partir de 2005) pour arriver à la même réduction de moitié. La méconnaissance du phénomène de déplétion engendre la
  22. 22. PREAT A -ULB 22 /46 GEOL-F_103 confusion classique entre pic de production et fin du pétrole. Rappelons que le phénomène de déplétion est progressif, plus proche de 2 % que de 10 %. En considérant que le début de l’industrie pétrolière se situe en 1859 et que le pic de production se situera autour de 2015, par symétrie, la fin du pétrole est en 2171, date où la ‘dernière goutte’ aura été sortie. Pour certains spécialistes, le pic de Hubbert est déjà derrière nous (2003), pour d’autres il est imminent (2007 à 2010), pour la grande majorité des experts, il aura lieu autour de 2015 et pour les plus optimistes (service géologique américain) il se situe en 2037 (en considérant le scénario moyen parmi 16 simulations). King Hubbert fournit sa prévision en 1956 au congrès de l’American Petroleum Institute de San Antonio, et cinq minutes avant sa prise de parole, sa compagnie Shell Oil lui demanda (sans succès) de renoncer à son exposé. Les compagnies pétrolières ont mis du temps à accepter (ou divulguer) le fait que le pétrole est en quantité finie sur terre, mais ont commencé à en parler (encore timidement il est vrai) il y a quelques années seulement. Huiles lourdes ou extra-lourdes Huiles dont la fluidité est presque nulle et qui forment une masse visqueuse et peu mobile. Elles sont difficiles à extraire et à transporter et peu exploitables en termes de débouchés commerciaux. Les bassins de l’Orénoque au Venezuela et de l’Athabasca dans l’Ouest du Canada en recèlent d’énormes quantités. Avec les technologies actuelles (2005) les taux de récupération attendus sont de l’ordre de 8 %. A l’avenir, les progrès technologiques devraient permettre de réduire les coûts et d’augmenter la récupération. Hydrocarbures Molécules constitutives du pétrole et du gaz, composées principalement d’atomes de carbone et d’hydrogène. Par opposition au kérogène, insoluble dans les solvants organiques, les huiles et les gaz forment la grande famille des bitumes, le mot asphalte correspond plus généralement aux produits hydrocarburés épais ou solides. Le mot ‘naphte’, d’origine mésopotamienne (‘napata’ = flamber) désigne plus particulièrement les produits pétroliers liquides. Il faut faire attention car dans le langage technique, le bitume est un dérivé du pétrole, il existe également à l’état naturel et constitue alors un produit d’altération du pétrole brut. C’est encore un produit industriel représentant la fraction lourde de la distillation de certains pétroles. Les pétroles et gaz naturels sont des fluides, qui se présentent généralement à l’état liquide ou à l’état gazeux dans les conditions habituelles. Ils sont constitués presque essentiellement d’hydrocarbures, c’est-à-dire de corps composés fondamentalement de carbone et d’hydrogène. Ceux-ci ont parmi leurs caractéristiques principales celle de se dissoudre intiment les uns dans les autres. Du fait de ces propriétés ‘associatives’, les pétroles et les gaz sont des mélanges, en proportions variées, de différentes espèces d’hydrocarbures et de quelques
  23. 23. PREAT A -ULB 23 /46 GEOL-F_103 autres espèces chimiques. Ils évoluent en fonction des caractéristiques du milieu dans lequel ils se trouvent, naissent, se transforment, se dégradent, disparaissent et par conséquent vivent en quelque sorte comme tous les objets naturels. Ils représentent un stade de transition dans le vaste cycle du carbone et sont la conséquence de l’évolution géologique de la matière organique qui leur a donné naissance. Les pétroles bruts contiennent en moyenne pondérale 85 % de carbone et 13 % d’hydrogène (soit un rapport atomique H/C de 1,85). Les éléments mineurs (S, N, O, V, P) représentent en général moins de 3 %, cependant la teneur en soufre de certains pétroles peut atteindre jusqu’à 5 à 6 % ce qui cause des problèmes de raffinage, de corrosion et de pollution atmosphérique lors de leur utilisation. Hydrocarbures (chimie) La chimie des hydrocarbures est une discipline en soi comprenant la classification, la dénomination et la structuration de ces molécules organiques. Schématiquement, on distingue les hydrocarbures à chaîne ouverte, ou hydrocarbures aliphatiques, et les composés cycliques. Dans les composés à chaîne ouverte contenant plusieurs atomes de carbone, ceux-ci sont reliés les uns aux autres pour former une chaîne ouverte pouvant présenter une ou plusieurs ramifications. Dans les composés cycliques, les atomes de carbone forment un ou plusieurs cycles fermés. Ces deux groupes sont subdivisés en composés saturés et insaturés suivant qu’ils ne contiennent que des liaisons simples ou non entre leurs atomes de carbone. Les principaux groupes reconnus sont les suivants : les hydrocarbures paraffiniques ou aliphatiques, ou encore alcanes, présentant des atomes de carbone reliés entre eux par une liaison chimique formant une chaîne linéaire ou ramifiée, mais ne formant pas de cycle. Les atomes d’hydrogène occupent tous les autres sites disponibles sur les atomes de carbone (exemple : n-hexane, isopentane …) ; les hydrocarbures aromatiques présentent des atomes de carbone reliés entre eux pour former au moins un cycle où les liens simples ou doubles sont alternés (liaisons doubles conjuguées), sur lesquels peuvent être greffées une ou des chaînes linéaires ou ramifiées, les atomes d’hydrogène occupant tous les autres liens disponibles sur les atomes de carbone (exemple, toluène, triméthylbenzène, naphtalène…) ; les hydrocarbures halogénés contiennent en plus des atomes de carbone et d’hydrogène, au moins un atome de chlore, de fluor, de brome ou d’iode ; les hydrocarbures naphténiques ont des atomes de carbone reliés entre eux par un lien simple formant au moins un cycle, sur lequel peuvent être greffés une ou des chaînes linéaires ou ramifiées occupant tous les autres liens disponibles sur les atomes de carbone (synonymes, naphtènes, cycloalcanes). Hydrocarbures (produits pétroliers et charbon) Des produits les plus légers aux plus lourds, les caractéristiques majeures des produits provenant des énergies fossiles se résument comme suit : Butane, 4
  24. 24. PREAT A -ULB 24 /46 GEOL-F_103 atomes de carbone (en moyenne) dans les molécules, température d’ébullition entre -5 et +2 °C, 83 % de carbone dans la masse du produit, 17 % d’hydrogène, et teneur en soufre négligeable ; l’essence (dans le même ordre, 4-12, 15-180 °C, 86%, 14%, négligeable ; le gazole, 10-24, 150-370 °C, 86%, 14%, négligeable ; les fiouls, 20-300, 300-700 °C, 86%, 11%, 3% ; les bitumes, 40- 300, 500-700 °C, 86 %, 10%, 4% ; les charbons, structure non moléculaire, solide, 92%, 5%, 4%. I Inlandsis Enormes glaciers continentaux dont la superficie dépasse 50 000 km2 . On en dénombre trois au début du XXIème siècle : en Antarctique oriental, en Antarctique occidental et au Groenland. Avec le réchauffement climatique récent dû à l’activité anthropique ils perdent en superficie et en épaisseur (comme le montrent clairement les observations à partir des satellites). IPE International Petroleum Exchange, place financière de Londres où sont réalisées des transactions sur le Brent. J Joule (J) Travail d’une force de 1 newton se déplaçant de 1 mètre dans la direction de la force. Un watt = 3600 J ou 860 calories. K Kérogène Résidus insolubles laissés par les bactéries qui décomposent les restes de végétaux et d’animaux (matières organiques) tombés au fond des océans et enfouis sous les sédiments. C’est la forme sous laquelle se présente la majeure partie de la matière organique fossilisée dans les roches. Il est 1000 fois plus abondant que le charbon et le pétrole réunis et 50 fois plus abondant que les bitumes. Dans la plupart des roches non pétrolifères (c’est-à-dire qui ne sont pas des roches-réservoirs), schistes ou calcaires à texture très finement grenue, le kérogène constitue généralement 80 à 99 % de la matière organique, le reste étant du bitume. Le kérogène revêt une importance capitale en géologie pétrolière car il constitue le précurseur des hydrocarbures. Suivant sa
  25. 25. PREAT A -ULB 25 /46 GEOL-F_103 composition moléculaire (rapports atomiques H/C en fonction des rapports atomiques O/C) il est classé suivant trois types (I, II, III) se formant dans des milieux de sédimentation différents, chacun des types ayant des rendements pétrolifères spécifiques. Ces trois types ou familles principales de kérogène sont placées dans un diagramme (diagramme de van Krevelen) qui permet d’estimer le degré de maturation de la matière organique (diagenèse, catagenèse et métagenèse). Une des objectifs majeurs de la géochimie organique pétrolière est d’identifier les différents types de kérogène des roches sources dans les bassins sédimentaires. Au point de vue chimique, le kérogène est un complexe macro- moléculaire composé de noyaux cycliques condensés, liés par des chaînons hétéroatomiques ou aliphatiques. Il peut renfermer en outre dans sa trame des lipides. Sa structure est désordonnée et ne prend une certaine organisation qu’au cours de la catagenèse. Kérosène Produit dérivé du pétrole, obtenu par distillation entre 150 et 250 °C, servant de carburant pour moteurs d’avion à réaction. Egalement appelé carburéacteur ou jet fuel. Kyoto (protocole) En 1986, sous l’égide des Nations unies, une centaine de chercheurs venant de 170 pays constituent une structure d’expertise sur l’évolution du climat. Cette structure (GIEC en français ou IPCC en anglais) émet des recommandations à destination du public et des décideurs. Leur premier rapport date de 1990 et est suivi de réunions périodiques. C’est au cours de l’une d’elles en 1997, à Kyoto, qu’est mis en place le protocole ou traité du même nom. Ce traité international est entré en vigueur en février 2005, après avoir été ratifié par la Russie. Plusieurs pays, dont les Etats-Unis, responsables d’un tiers des rejets de CO2 de la planète, refusent toujours d’y souscrire (2007). Les objectifs du protocole de Kyoto restent relativement modestes : les contraintes ne concernent que les 38 pays industrialisés ayant participé à la convention sur le climat de l’ONU et ne visent qu’une réduction globale des rejets de CO2 de 5,2 % (et également de cinq autres gaz à effet de serre) d’ici à 2012, par rapport à 1990. Or en réalité pour que le réchauffement de la Terre n’excède pas 2 °C, c’est de moitié qu’il faudrait diviser ces émissions au niveau mondial et de 4 à 6 pour les pays de l’OCDE. En 2007, dans l’Europe des quinze les émissions, qui étaient à la baisse entre 1990 et 2000 sont reparties à la hausse. D’après l’AEE (Agence européenne de l’environnement) les niveaux pourraient être vers 2030 de 14 % supérieurs à ceux de 1990. L’Union Européenne s’est engagée en ratifiant le protocole de Kyoto de réduire ses émissions de la période 2008-2012 de 8 % par rapport à 1990. Les Etats membres de l’Union ont convenu, entre eux, de répartir les efforts pour que, au total les émissions baissent de 8 %.
  26. 26. PREAT A -ULB 26 /46 GEOL-F_103 M Marché de Rotterdam Souvent confondu avec le marché du Brent, il est réduit aux ventes de produits raffinés destinés au marché de l’Europe du Nord. Rotterdam est le plus grand centre de stockage et de raffinage de la région. Marché spot Marché au jour le jour portant sur des cargaisons. S’oppose aux contrats à moyen terme. Marché à terme Marché où sont négociés des contrats standardisés sur des opérations à échéance, contrats utilisés comme moyen de couverture et débouchant rarement sur des échanges physiques. Marché amont Si le prix du pétrole brut est fixé par le marché en fonction de l’offre et de la demande, il est aussi fonction de la qualité du brut considéré et varie dans une fourchette de 5 à 10 % autour de l’un des trois bruts de référence cotés sur les marchés internationaux : le pétrole brut de type WTI (West Texas Intermediate) traité au Nymex de la bourse de New York, le Brent (brut de la mer du Nord) traité par l’IPE de la bourse de Londres et le Dubaï au Moyen Orient. Matière organique Le phénomène fondamental de production de matière organique (MO) est la photosynthèse qui produit des molécules organiques à partir de l’énergie lumineuse, de l’eau et du CO2 à partir de processus complexes. La production annuelle de MO (production primaire) dans la nature actuelle est estimée entre 3 et 15.1010 tonnes de carbone organique réparties en proportions pratiquement égales entre les continents et les océans. En présence d’oxygène, la MO produite est rapidement dégradée directement ou suite à l’intervention des micro- organismes, et moins de 1 % de la production est incorporée dans les sédiments. Une partie importante de cette matière sera encore détruite à l’intérieur du sédiment, dans la zone de bioturbation liée à l’activité de l’endofaune (ensemble des organismes fouisseurs). Pour la constitution de futures roches-mères il faut donc que des conditions particulières soient présentes pour préserver un maximum (quelques pourcents) de matières organiques. Ces conditions sont rencontrées dans les sédiments très fins des deltas (matière organique ligneuse ou humique généralement allochtone), des lacs et des mers fermées (matière organique sapropélique autochtone). Le pourcentage de matière organique dans les sédiments est en moyenne inférieur à 0,5 % (inférieur à 0,9 % dans les argiles, à 0,2 % dans les grès et les carbonates) atteint des valeurs de 2 à 10 % et
  27. 27. PREAT A -ULB 27 /46 GEOL-F_103 davantage dans les roches sources suite aux conditions exceptionnelles de préservation. MDP Mécanisme de Développement Propre mis en place, suite au protocole de Kyoto pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Ce mécanisme permet de comptabiliser les émissions évitées de gaz à effet de serre et d’émettre des crédits carbone qui peuvent être ultérieurement négociés. Métagenèse Dernière phase de la transformation thermique de la matière organique, avant le métamorphisme, au cours de laquelle les kérogènes produisent des fractions gazeuses (notamment du méthane) et les pétroles subissent un craquage secondaire. Elle commence à une température supérieure à 120 °C. A ne pas confondre avec la méthanogenèse. Méthane Le méthane est très généralement le constituant essentiel du gaz naturel, pouvant former jusqu’à 99 % sinon 100 % de certains gisements. Les autres alcanes, éthane, propane, butane … interviennent en proportion rapidement décroissante, de l’ordre de quelques pourcents. L’évolution récente de sa concentration a, tout comme pour le CO2, pu être mise en évidence à l’échelle de centaines milliers d’années à partir de l’analyse des archives glaciaires (Vostok, Antarctique). A plus court terme, le méthane a également (toujours comme le CO2) montré une rapide augmentation de sa concentration depuis la période préindustrielle, c’est- à-dire depuis 1850. Les teneurs en méthane ont plus que doublé et presque triplé, depuis 150 ans passant de 700 ppb (= partie par milliard) à 1750 ppb [ou de 0,7 ppm à 1,75 ppm]. Sa contribution à l’effet de serre correspond à la moitié environ de celle provoquée par l’augmentation des teneurs en CO2, car la molécule de méthane est trente fois plus absorbante que celle du dioxyde de carbone. Son augmentation est liée aux activités humaines : développement de l’exploitation du gaz naturel (y compris fuites des pipelines et mines), multiplication des décharges de déchets, accroissement des zones agricoles irriguées (surtout rizières et zones humides artificielles) et augmentation du bétail. Si l’on remonte dans le temps, durant la dernière période glaciaire et interglaciaire, les oscillations du méthane se superposent exactement à celles du climat. Chaque année, environ 600 millions de tonnes de méthane (d’origine naturelle ou anthropique) sont émises dans l’atmosphère. Récemment (2006) des chercheurs allemands ont montré que les plantes (forêts tempérées et surtout tropicales) émettaient entre 60 et 240 millions de tonnes de méthane chaque année, soit 10 à 30 % des émissions annuelles globales. Cette découverte inattendue a fortement été médiatisée et de nombreux acteurs de ce problème ont immédiatement remis en cause la politique de reboisement. Cependant les
  28. 28. PREAT A -ULB 28 /46 GEOL-F_103 calculs, fort complexes, des spécialistes à l’origine de cette découverte, suggèrent que les bénéfices climatiques obtenus en installant de nouvelles forêts (piégeage du dioxyde de carbone) seraient de loin supérieurs aux inconvénients liés à la libération de méthane dans l’atmosphère par ces mêmes forêts. Toujours selon ces auteurs, le problème du réchauffement global ne se situe pas au niveau des plantes, mais est lié à la combustion à grande échelle des combustibles fossiles, le pétrole et le charbon. MIES Mission interministérielle de l’effet de serre (France) N Naphte Mélange liquide d’hydrocarbures ayant une faible densité. Négawattheures L’énergie étant bon marché et abondante dans nos pays, cela conduit au gaspillage. La majorité des habitants de la planète sont encore dans un état de pauvreté énergétique. Un développement durable demande une maîtrise de la consommation énergétique et des économies. Réaliser un même service avec moins d’énergie doit être un objectif constant. Ces wattheures qu’on ne consomme pas peuvent être qualifiés de négawattheures, ce sont celles qu’on n’a pas produits qui polluent le moins. Un site web (voir liste ci-dessous) a chiffré ces économies d’énergie que l’on pourrait réaliser sans pour autant remettre notre niveau de confort en jeu. Près de 70 % d’économies seraient réalisables dans le meilleur des scénarii. Face au ‘casse-tête énergétique’ auquel nous sommes et continuerons à être confrontés à l’échelle de la planète (combustibles fossiles dominants sur le marché, effet de serre et réchauffement climatique avérés, aucunes énergies renouvelables concurrentielles rapidement à grande échelle etc.), les négatwatheures constituent l’approche probablement la plus pertinente et doit nous mettre sur le chemin de la ‘nécessaire sobriété énergétique’. NOE Ou ‘Nouvelles Options Economiques’, groupe créé sous l’égide du CNRS composé de nombreux scientifiques tentant de préciser la part future des énergies renouvelables. NorthGrip Ou North Greenland Ice-Core Project : programme européen, qui s’est déroulé entre 1999 et 2004 en vue d’analyser les archives glaciaires sur près de 125 000 ans.
  29. 29. PREAT A -ULB 29 /46 GEOL-F_103 NYMEX New York Market Exchange, place financière des Etats-Unis où sont réalisées les transactions sur le brut WTI. O Offshore Exploitation des gisements pétroliers sous-marins. Le premier forage offshore date de 1947, dans le delta du Mississippi, avant de s’étendre à la mer du Nord en 1969. Ces développements technologiques ouvrent l’accès à de nouvelles réserves, mais s’accompagnent d’une très forte augmentation des coûts d’exploitation. L’offshore profond fait référence aux gisements de fonds sous- marins enfouis à des profondeurs supérieures à 500 m. Les réserves des grands fonds (par 500 m à 1500 m d’eau) et des fonds ultraprofonds (par 1500 à 3000 m d’eau) sont évaluées en 2005 à 6 % des réserves mondiales d’huile (hors huiles lourdes). OPEP (=OPEC en anglais) Organisation des pays exportateurs de pétrole. Elle regroupe 11 pays (Algérie, Arabie Saoudite, Emirats Arabes Unis, Indonésie, Iran, Irak, Koweit, Libye, Nigeria, Qatar et Venezuela). Elle a été fondée à Bagdad en 1960 par les cinq pays exportateurs de pétrole (Arabie Saoudite, Iran, Irak, Koweit et Venezuela). Leur principal objectif était de s’unir pour risposter aux baisses de prix de pétrole décidées par les compagnies pétrolières occidentales. P Panier OPEP Prix de référence de l’OPEP calculé sur base des cours spot de sept bruts différents. Paper-baril (ou baril-titre) Cargaison souvent fictive vendue à terme et dont la date de livraison est suffisamment éloignée (2 à 3 mois) pour qu’elle puisse passer de main à main avant qu’une date précise ne soit fixée. Permafrost Egalement appelé ‘pergélisol’. Sol gelé en permanence plus de deux années de suite à une température moyenne annuelle inférieure à – 2 °C. Il forme alors une couche rigoureusement imperméable peut dépasser 100 m d’épaisseur, ce qui explique les marécages des toundras à son toit, l’eau ne pouvant s’infiltrer en profondeur. Le permafrost des régions arctiques contient d’abondants hydrates
  30. 30. PREAT A -ULB 30 /46 GEOL-F_103 de méthane (=clathrates). L’inertie thermique, propre aux océans, est réduite sur les continents où les clathrates sont prisonniers du permafrost dans les hautes latitudes de l’hémisphère Nord. Les premiers signes de fonte de ces terres gelées sont déjà notés (en 2002) en Sibérie, avec par exemple la déstabilisation d’ouvrages construits sur le sol gelé. Si le phénomène se poursuit, la fonte des clathrates pourrait se déclencher lorsque la température dépassera -5 °C au toit de leur couche, situé à la profondeur de 70 mètres (en Sibérie). Cela se produirait quelques décennies après que la température moyenne au sol ait approché les 0 °C. La libération du méthane contenu en grandes quantités dans le permafrost provoquerait une crise climatique dont les effets restent à évaluer. Un tel scénario a déjà eu lieu, il y a 55 millions d’années au Paléocène. La température du fond des océans augmenta de 4 °C en 10 000 pour retrouver progressivement son niveau après 200 000 ans. Perméabilité Mesure de la connectivité des vides séparant les particules solides constitutives d’une roche. Elle décrit la capacité des fluides contenus dans la porosité à être déplacés. Les perméabilités trop faibles sont un obstacle majeur à la production de pétrole. Des techniques particulières (fracturations provoquées, acidification …) sont couramment utilisées dans les roches-réservoirs afin d’augmenter artificiellement les perméabilités trop basses. Petit âge glaciaire Période de froid qui a touché l’Europe entre 1550 et 1850 et qui a succédé à un ‘optimum médiéval’, c’est-à-dire à une période plus chaude centrée sur le XIIème siècle. Il s’agit en fait de fluctuations climatiques complexes dont le caractère global reste l’objet de controverses. Pétrochimie Traditionnellement l’industrie chimique est divisée en deux grandes branches : la chimie minérale et la chimie organique. La chimie organique a connu une première phase d’expansion entre la Première Guerre mondiale (1914-1918) et la Seconde Guerre mondiale (1939-1945). Elle était alors largement basée sur le charbon et s’appelait ‘carbochimie’. Depuis la Seconde Guerre mondiale, cette chimie organique a reposé de plus en plus sur le pétrole et le gaz et est devenue la ‘pétrochimie’. L’essentiel de la pétrochimie dérive du pétrole et de l’éthane extrait du gaz naturel (textiles, plastiques, CD, DVD, caoutchoucs, engrais azotés, détergents…). L’essentiel des grands produits de base de la pétrochimie est obtenu dans des unités spécialisées appelées ‘vapocraqueurs’ où on fait réagir à haute température (800 °C pendant quelques millisecondes) les hydrocarbures (naphta, gaz de pétrole liquéfié, éthane) avec de la vapeur d’eau (donnant respectivement de l’éthylène, du propylène et du butadiène). En 2005, 8 % du pétrole brut était utilisé par l’industrie pétrochimique. La pétrochimie est
  31. 31. PREAT A -ULB 31 /46 GEOL-F_103 aussi ancienne que l’industrie du pétrole. En 1886 un chimiste de la Standard Oil (aujourd’hui Exxon) avait réussi à éliminer le soufre du kérosène utilisé dans les lampes à huile. La pétrochimie prendra son envol en 1920 avec l’ispropanol, produit chimique tiré du pétrole, utilisé en aujourd’hui notamment pour purifier les produits naturels (huiles, gommes, latex…). Pétrodollars Nom donné aux sommes générées dans les pays producteurs par la vente de leur pétrole. Le terme est parfois utilisé par extension pour désigner les surplus financiers donc ces pays ont bénéficié après le premier choc pétrolier. Pétroles conventionnels La part de ce type de pétrole dans la production mondiale se situe (au moins jusqu’aux années 2000-2005) autour de 90 %, -un peu moins pour l’ASPO, un peu plus pour l’AIE. Outre l’ensemble des gisements onshore exploités sur terre ferme (excepté les bruts lourds du Canada et du Venezuela), cette catégorie comprend les gisements offshore accessibles, c’est-à-dire exploités sous moins de 500 m d’eau. Les taux de récupération sont en moyenne de 30 à 40 %. Pétroles subconventionnels Leurs gisements se situent dans l’offshore profond ou dans les zones polaires. Ils sont difficiles à exploiter, vu les conditions extrêmes et il s’agit de fournir de solutions techniques pour les mettre en œuvre. L’exploitation des gisements par plus de 500 m d’eau à débuté dans les années 1970, aujourd’hui les gisement situés par moins de 2000 m d’eau sont régulièrement atteints et ceux situés à près de 3000 m commencent à être systématiquement forés. Les plus grands bassins sont situés au Brésil, au Nigeria, en Angola et dans le golfe du Mexique, l’ensemble étant appelé le ‘Triangle d’or’ dans la littérature. Pour le pétrole en provenance des zones polaires, c’est l’hémisphère Nord qui semble le plus prometteur (Russie, Canada, Alaska). Les gisements polaires peuvent aussi être offshore et demandent de résoudre des problèmes techniques fort importants (liés par exemple aux déplacements des icebergs). Le coût d’extraction du pétrole y est également beaucoup plus élevé. L’Antarctique présente un potentiel plus faible et est de toute façon interdit à toute activité industrielle, donc pétrolière (moratoire international). Pétroles ‘non conventionnels’ Terme désignant les bruts extra-lourds contenus dans les sables asphaltiques et bitumineux. Leurs réserves sont importantes, mais ils sont coûteux à exploiter et leur extraction et leur raffinage sont particulièrement polluants. Ces réserves seraient comprises entre 700 et 1400 Gbbl hors contraintes financière et environnementale. Elles se répartissent (en 2006) en pétroles lourds (23 %, Russie, Moyen-orient, Brésil, Mexique, Venezuela, coût de production compris
  32. 32. PREAT A -ULB 32 /46 GEOL-F_103 entre 22 et 45 $/bbl) ; sables bitumineux et bitume naturel (39 %, Alberta au Canada, coût de production compris entre 35 et 55 $/bbl) et les schistes bitumineux (38 %, Etats-Unis, coût de production compris entre 35 et 55 $/bbl). Leurs ressources (à ne pas confondre avec les réserves) sont égales à celles du pétrole et du gaz, et s’élèvent à quelque 7000 Gbbl. Leur taux d’extraction est assez faible actuellement (de l’ordre de 10 à 20 %). Ils font l’objet de nombreuses recherches technologiques afin de pallier à ces inconvénients. Ils sont caractérisés par une densité élevée. Ils représentaient en 2004-2005 cinq pourcents de la production mondiale de pétrole, et les sables bitumineux du Canada produisaient déjà en 2006, un million de barils par jour (et sans doute 3 Mbbl//j à l’horizon 2015). Les pétroles non conventionnels comprennent donc essentiellement les huiles extra-lourdes, les sables asphaltiques, les schistes bitumineux et les hydrates de méthane (clathrates). Les deux premières catégories correspondent à des pétroles dégradés par oxydation à l’air ou bactérienne, la troisième catégorie est un pétrole avorté dont la matière organique n’a pu arriver au stade d’hydrocarbures (il est resté au stade de kérogène) et la dernière catégorie s’apparente plus aux gaz (hydrates de méthane) qu’au pétrole. Le pétrole non conventionnel, sous ses diverses formes, présente des débits de production moins importants que ceux du pétrole conventionnel, mais ses réserves sont immenses. Leur valorisation dépendra du prix du baril du pétrole conventionnel et des avancées techniques pour leur récupération (pyrolyse). Pétrole papier (=’paper-baril’ Au début des années 1980 les énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon) ont fait l’objet de marchés où ces produits s’achètent soit avec livraison ‘tout de suite’ , soit avec livraison reportée. Ces marchés ont été créés en conséquence des chocs pétroliers des années 1970 qui avaient vu les cours devenir erratiques et l’objectif était de les stabiliser. Le principe de l’achat à terme de pétrole est que l’acheteur peut convenir immédiatement d’un prix du pétrole dont il prendra physiquement possession plus tard. De la sorte, si le prix monte de manière forte après la conclusion du contrat, l’acheteur n’en subira pas les conséquences. Mais, par un effet ‘pervers’ non entrevu à l’époque, ce que l’on pensait être un mécanisme de couverture des risques a engendré un risque bien plus important encore. En effet, ce droit d’acheter du pétrole plus tard à un prix convenu tout de suite peut lui-même s’acheter ou se vendre, sans qu’il y ait alors de transaction physique (= pétrole papier). Ce droit s’achète évidemment en payant beaucoup moins cher que le prix du pétrole sur lequel il porte (quelques pourcents) bien que le risque puisse être bien supérieur. En effet, si le prix du pétrole baisse, le droit d’acheter plus tard à un prix élevé ne trouve pas acquéreur. Le dernier qui en a pris possession est alors obligé d’acheter à l’échéance un pétrole qui vaudra plus cher que son prix du moment. Ces ‘pétroles papiers’ ‘jouant’ des hausses ou baisses futures sont ainsi devenus des instruments de spéculation (banques,
  33. 33. PREAT A -ULB 33 /46 GEOL-F_103 fonds de placement). Les transactions papier sont devenues plus nombreuses que les transactions réelles et pour 570 barils papier échangés, il n’ y avait en 2005 qu’un seul baril de pétrole réel. Photosynthèse Mécanisme de transformation de l’énergie des photons en énergie chimique. Certaines espèces (végétaux, bactéries…) ont en effet la capacité s’assimiler le dioxyde de carbone à la lumière, des substances organiques se forment alors. Les végétaux captent ainsi près de 120 Gt de carbone. A l’inverse, la respiration équilibre exactement la photosynthèse dès que la plante a cessé de croître. Une forêt n’est un puits de carbone (et donc une source nette d’oxygène) que durant sa jeunesse. Plus de la moitié du carbone stocké dans la biomasse l’est par les arbres tropicaux, un cinquième est prisonnier des forêts tempérées et 10 % dans les boisements des zones froides. Au niveau du sol, ce sont ces dernières et les savanes qui emmagasinent le plus de carbone au sein des micro-organismes et de la matière organique. Phytoplancton Espèces végétales microscopiques vivant dans les eaux superficielles des océans. Piège pétrolier Elément géologique composé d’un réservoir (une roche ou une formation géologique poreuse –calcaires, dolomies, grès…) contenant potentiellement des hydrocarbures, d’une couverture (roche ou formation géologique assurant l’étanchéité du réservoir, argiles, évaporites –sel…) et d’une structuration (déformation tectonique syn- ou postsédimentaire des couches assurant un volume fermé où les hydrocarbures sont piégés dans leur remontée ou migration secondaire vers la surface). Pour être efficace, un piège doit être alimenté par des hydrocarbures en provenance d’une roche-mère (également appelée roche- source). Le piège concerne donc la disposition des terrains susceptibles de retenir les hydrocarbures pour former un gisement. Les divers processus doivent se dérouler suivant un ‘timing’ bien précis. Polymérisation Réaction chimique qui correspond à l’agglomération quasi instantanée de très nombreuses molécules d’un hydrocarbure insaturé (monomère) en une seule molécule géante appelée polymère. Porosité Mesure du volume des vides séparant les particules solides constitutives d’une roche, exprimée en pourcentage. La porosité renferme des fluides, en général de l’eau et parfois des hydrocarbures. Plus la porosité est importante, plus la roche-
  34. 34. PREAT A -ULB 34 /46 GEOL-F_103 réservoir pourra contenir d’huile ou de gaz. Une formation réservoir est rarement homogène et est constituée d’une succession de roches de différentes porosités. Ces porosités diffèrent par la nature même des pores et par leurs valeurs. De nombreux réservoirs sont ainsi considérés comme ‘mutli-couches’ et exploités en conséquence. Les meilleures porosités s’observent dans les roches détritiques (‘sables peu consolidés, grès, arkoses, conglomérats), ensuite dans les roches carbonatées (calcaires et dolomies). Ces porosités varient de 5 à 30 %, exceptionnellement jusqu’à 35 %. Les ingénieurs de production déterminent grâce à différentes techniques, quel pourcentage d’hydrocarbures pourra être récupéré, les forces capillaires ne permettant pas de récupérer l’entièreté. En moyenne on laisse plus de la moitié (soit plus de 50 %) d’huile en place si on laisse uniquement la pression naturelle du gisement s’exercer (= récupération primaire). Des techniques de récupération dites secondaire ou tertiaire avec injection de produits (vapeur, solvants..) permettent d’augmenter la récupération, mais rarement au-delà de 60%. Ppb Une partie par ‘billion’, soit milliardième (ex. 1 ppb = 0,001 ppm = 0,00000001 = 0,001 ‰). Ppm et ppmv Une partie par million (ou ppm) est égale à 0,0001 % et une partie par million en volume (ppmv) est égale à 1cm3 par m3 . Prix du pétrole Il existe essentiellement deux marchés pour le brut (New York et Londres) et trois grandes zones géographiques de cotation pour les produits qui se situent à proximité des capacités de stockage et de raffinage (US Gulf Coast, Amsterdam/Rotterdam/Anvers et Singapour). Les principaux produits sont les essences, les distillats moyens (gazole moteur, fioul domestique et kérosène) et les fiouls lourds. Qu’il s’agisse du brut ou des produits raffinés, il existe deux types de ventes, à terme et spot. Le marché spot est le marché au jour le jour portant sur des cargaisons. Le marché à terme est le marché où sont négociés des contrats standardisés sur des opérations à échéance, les contrats étant utilisés comme moyen de couverture et débouchant rarement sur des échanges physiques (voir ‘barils-papiers’). Lorsqu’on parle de prix de pétrole brut, on se réfère à des qualités standard : le Brent en Europe, le WTI (West Texas Intermediate) aux USA, le Dubaï pour le Moyen Orient. Le prix de tous les autres bruts dérivent des prix de ces bruts ‘marqueurs’ de référence en tenant compte de certains différentiels de qualité (densité, teneurs en soufre etc.). Les prix pourront être définis soit au départ des pays producteurs (prix FOB ou Free On Board), soit à l’arrivée dans les pays consommateurs importateurs (prix CIF ou Cost, Insurance, Freight). Les marchés internationaux et donc les cotations
  35. 35. PREAT A -ULB 35 /46 GEOL-F_103 des bruts de référence correspondent à des pétroles pour lesquels ont été payés les impôts perçus par les pays producteurs. Quelle que soit leur origine, les produits pétroliers vont subir un deuxième prélèvement fiscal, celui des pays consommateurs, souvent plus important que celui des pays producteurs. Le prix du brut FOB comprend le coût technique (ou prix de revient) + les impôts des pays producteurs + la marge des sociétés productrices (nationales ou internationales, privées ou étatiques). Le prix du brut CIF est égal au prix du brut FOB complété du transport des pays producteurs aux pays consommateurs. Les prix du pétrole sont au cœur des équilibres économiques non seulement de l’industrie pétrolière elle-même, mais de l’ensemble des systèmes économiques (= ‘l’or noir’). Production primaire Elle correspond à la synthèse de matières organiques par les organismes autotrophes, c’est-à-dire par ceux qui peuvent élaborer tous leurs constituants chimiques à partir de composés inorganiques simples. Dans l’océan, elle est surtout le fait du phytoplancton. Protocole de Kyoto Adopté en décembre 1997 à Kyoto (Japon), il impose aux pays industrialisés de réduire d’au moins 5 % leurs émissions de gaz à effet de serre par rapport à leur niveau de 1990 au cours de la période 2008-2010. PSA Production Sharing Agreement, contrat de partage de production. C’est le type de contrat qui s’est peu à peu substitué aux concessions, au détriment des compagnies pétrolières et au bénéfice du pays producteur. Il y a partage du pétrole extrait (aujourd’hui , en moyenne 82 % pour l’Etat producteur et 18 % pour les opérateurs). Puits de carbone (ou de CO2) Tout processus, toute activité ou tout mécanisme naturel ou artificiel qui élimine le carbone de l’atmosphère. La capture peut-être naturelle (avec la photosynthèse, qui utilise du CO2 pour produire de la végétation, ou les océans avec la formation de sédiments carbonatés), mais aussi provoquée par l’homme (par exemple par la capture du CO2 à la sortie des centrales thermiques. Ces captures sont liées à des processus chimiques. Un autre puits anthropique de CO2 est lié à la séquestration qui consiste à l’emprisonner sans l’altérer, par exemple, dans des cavités géologiques. Cela revient à un stockage de CO2 mais dans ce cas l’opération est temporaire, le CO2 pouvant être ré-utilisé ultérieurement (par exemple dans l’agroalimentaire, les boissons gazeuses, le traitement de l’eau, en chimie etc.).
  36. 36. PREAT A -ULB 36 /46 GEOL-F_103 Pyrobitume Fraction résiduelle du kérogène arrivée au stade ultime de la métagenèse. R Raffinerie Lieu où l’on pratique en continu un processus de nettoyage et de purification des matières brutes pour les rendre propres à l’utilisation, en éliminant essentiellement le sel et le soufre. Les premières raffineries de pétrole étaient appelées ‘distilleries’. Récupérations secondaire et tertiaire Méthodes de production du pétrole, utilisées quand la déplétion naturelle ne suffit pas ou plus. Il s’agit en général d’injections d’eau, de gaz ou de vapeur d’eau à haute température. Rendement énergétique La demande annuelle en énergie primaire dans le monde est de 447 000 pétajoules (un pétajoule = 300 millions de kilowattheures) dont 80 % (hors consommation du bois) provient de combustibles fossiles émetteurs de carbone (pétrole, gaz, charbon). Après transformations, ces sources d’énergie primaire fournissent environ 300 000 pétajoules d’énergie aux consommateurs, sous forme d’électricité, d’essence, de fioul, de chauffage ou de kérosène. Lorsque nous utilisons nos voitures, réfrigérateurs et autres appareils domestiques, nous convertissons de l’électricité, de l’essence ou leurs équivalents en énergie utile. Cette transformation entraîne à nouveau une perte de 154 000 pétajoules. Ainsi au final les deux tiers de l’énergie primaire sont perdus au cours des deux étapes de conversion de l’énergie. En outre, une large part de l’énergie utile est encore dissipée sous forme de chaleur. Pour que l’efficacité énergétique progresse dans nos sociétés, il est impératif de mettre en place des politiques énergétiques volontaires. Ces politiques contribueraient également à enrayer les émissions de carbone puisqu’il faudrait utiliser moins d’énergie primaire pour atteindre un même résultat si le rendement est meilleur. Rétroaction On parle de rétroaction lorsque le résultat d’un processus (climatique ou autre) provoque, dans un second processus, des changements qui influent à leur tour sur le processus initial. Une rétroaction positive accentue le processus intial, une rétroaction négative l’atténue. Réserves pétrolières Quantités d’hydrocarbures contenus dans un gisement susceptibles d’être extraites (part récupérable de l’accumulation). Les réserves prouvées concernent

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