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Rapport de stage MASTER EN PHYSIQUE ET APPLICATION
GENERALITES SUR LE PETROLE
La matière organique, d’origine animale ou végétale, qui est incorporée dans le sédiment lors de son dépôt au fond des mers ou des lacs se transforme progressivement en un produit insoluble, de structure complexe, probablement polymérisée : le kérogène. Sous l’effet de l’enfouissement progressif des couches, et en particulier grâce à l’augmentation de température qui en résulte, une partie du kérogène se transforme en hydrocarbures, résines et asphaltènes. Une partie de ces produits est expulsée, sous l’effet de la compaction des sédiments, vers des roches poreuses (grès, calcaires) où ils s’accumulent pour former, selon leur composition, des gisements de pétrole ou certains types de grès et calcaires asphaltiques : le bitume. Ces derniers résultent généralement de l’altération d’un pétrole normal et fluide en produits lourds et visqueux, au voisinage de la surface, sous l’action des eaux météoriques chargées d’oxygène qui s’infiltrent dans le réservoir. L’évaporation des produits légers, le lessivage des composés solubles dans l’eau, la biodégradation par les bactéries et l’oxydation sont les principaux responsables de cette transformation. En effet, les indices de surface sont logiquement donc : soit du bitume, soit du pétrole avec de la bitume soit tout simplement du gaz. Cependant, des conditions doivent être réunies pour tout d’abord il y a formation de pétrole.
SYSTEMES PETROLIERS
Il existe des accumulations de pétrole et de gaz (les gisements) dans le sous-sol un peu partout dans le monde. Mais il faut que certaines conditions soient réunies pour que ces accumulations puissent se former. Ce qu’on appelle la genèse pétrolière suit 7 étapes fondamentales, incontournables et surtout très, très lentes. D’abord, il faut de la matière capable de se transformer en pétrole, et en quantité suffisante : c’est la roche mère. Ensuite doivent être réunies les conditions propices à la transformation (maturation) de ce potentiel en pétrole et en gaz.
Puis ces nouveaux pétroles et gaz ainsi formés effectuent des déplacements (migrations) vers la surface.
Durant cette migration, il faut qu’ils rencontrent une roche capable d’en accumuler de grandes quantités : le réservoir.
Ce réservoir doit être étanche. Il faudra donc une barrière (couverture), une roche imperméable pour empêcher le pétrole et le gaz de poursuivre leur route. Cette roche, c’est la couverture.
Puis, pour accumuler des quantités de pétrole ou de gaz rentables pour l’exploitation, le sous-sol devra présenter une forme (une géométrie fermée) suffisamment grande : c’est le piège. Quant aux hydrocarbures expulsés, plus légers que l’eau, ils s’échappent en règle générale jusqu’à la surface de la Terre où ils sont oxydés, ou bio dégradé (ce dernier cas donne des sables bitumineux), mais une minime quantité est piégé.
Enfin, une fois bien tranquillement nichés dans leur piège, notre pétrole et notre gaz ne devront pas être déstabilisés par des agressions venues de l’extérieur. Il faut de bonnes conditions de conservation. Quand les équipes d’ingénieurs pétroliers étudient une zone, l’un de leurs objectifs principaux est de déterminer si ces 7 étapes ont bien le maximum de chances de s’être réalisées. On appelle l’ensemble de ces 7 étapes un système pétrolier.
La roche mère
Le pétrole et le gaz sont constitués d’hydrocarbures, des molécules composées de Carbone et d’hydrogène. On sait que ces hydrocarbures ne peuvent pas résister très longtemps à la surface de la terre, car ils sont attaqués par l’oxygène et dévorés par les bactéries qui vivent dans les milieux où il y a de l’air (bactéries aérobies). Ainsi, ils sont assez rapidement Transformés en gaz carbonique (dioxyde de carbone CO2) et en eau. Il n’existe pas par ailleurs d’hydrocarbures dans les couches profondes de la terre parce qu’au-delà d’une certaine profondeur (environ 10 km), ils seraient détruits si la température est trop élevée. La composition des hydrocarbures montre qu’il s’agit d’une transformation des matières organiques des êtres vivants, morts il y a très longtemps. Une roche est riche en matières organiques quand ces matières sont préservées en partie. Les animaux qui les produisent sont minuscules ou microscopiques. C’est principalement des planctons marins et des débris végétaux charriés par des grands fleuves jusqu’à l’embouchure pour contribuer à la formation de la roche mère. Ces matières organiques mélangées à des sédiments minéraux s’accumulent peu à peu. Pour produire plus tard des grandes quantités de pétrole ou de gaz, il faut que la proportion des matières organiques soit suffisante (entre 1 à 2 %), pour constituer la roche mère.
La migration
Il existe deux types de migration :
la migration primaire
la migration secondaire
Migration primaire
Le pétrole brut est initialement contenu dans la roche-mère, compacte et imperméable. Par un mécanisme encore mal élucidé (certainement lié à une augmentation de pression dans la roche-mère au cours de son enfouissement) l’eau, le pétrole et le gaz issus du kérogène peuvent être expulsés de leur formation d’origine, migrant alors vers la future roche-réservoir.
Migration secondaire
De faible densité, le pétrole expulsé (mélangé à de l’eau et du gaz dissous) a tendance à remonter jusqu’à la surface de la Terre. Il s’échappe très lentement à travers les couches sédimentaires perméables qui jouxtent la roche-mère : En général, la migration secondaire du pétrole n’est pas arrêtée par un obstacle. Le pétrole finit par atteindre les premiers mètres du sol, où il est dégradé en bitumes sous l’action de bactéries (cas de Bemolanga). Les combustibles fossiles produits sont alors des pétroles dits « lourds » ou « extralourds » et des sables bitumineux. Ils peuvent être utilisés comme des indices de surface pour détecter un bassin sédimentaire susceptible de contenir du pétrole, lors de prospections réalisées par l’industrie pétrolière ; parfois, la migration du pétrole brut vers la surface est empêchée par une formation géologique imperméable, comme une couche de sel par exemple, appelée « rochecouverture » (également qualifiée de « roche imperméable »). Une accumulation de pétrole, associé à de l’eau et du gaz, se forme dans la couche perméable sousjacente créant ainsi une roche-réservoir en dessous de la roche-couverture. Dans ce réservoir poreux, le gaz s’accumule au-dessus du pétrole brut, lequel se retrouve au-dessus de l’eau en raison des densités respectives de ces produits (le gaz naturel est plus léger que le pétrole, lui-même plus léger que l’eau).
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Table des matières
REMERCIEMENTS
LISTE DES ACRONYMES ET DES ABREVIATIONS
LISTE DES TABLEAUX
PARTIE I : GENERALITES
I.1 GENERALITES SUR LE PETROLE
I.2 HISTOIRE TECTONIQUE DE MADAGASCAR
I.3 GEOLOGIE GENERALE DE MADAGASCAR
I.4 CONTEXTE GENERALE DE LA ZONE D’ETUDE
PARTIE II: SUPPORTS ET BASES METHODOLOGIQUES
II-1: LA PROSPECTION GRAVIMETRIQUE
II.2 LA PROSPECTION MAGNETIQUE
II.3 LA SISMIQUE REFLEXION
PARTIE III : TRAITEMENT AMELIORE ET INTERPRETATIONS DES DONNEES
III.1 ETUDES ANTERIEURS
III.2 INTERPRETATIONS DES DONNEES ET RESULTATS
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
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