Cours de Première – Tectonique des plaques et recherche d’hydrocarbures
Première possibilité
Introduction
Ce chapitre a pour objectif de montrer que le modèle de la tectonique des plaques permet de comprendre les conditions de mise en place d’une ressource d’origine sédimentaire exploitable par l’Homme.
Les hydrocarbures sont des roches liquides, des combustibles fossiles. Leur richesse en carbone montre qu’ils proviennent de la transformation de matières organiques : ils se sont formés à partir d’organismes vivants (algues, planctons marins) qui se sont accumulés dans des bassins sédimentaires dans des conditions très particulières. Comment le modèle de la tectonique des plaques peut-il rendre compte des conditions qui ont permis la formation des gisements pétrolifères ?
Les bassins sédimentaires
Définition
Les bassins sédimentaires sont de vastes dépressions ou cuvettes immergées dans lesquelles s’accumulent de grandes quantités de sédiments. Ils peuvent être intracontinentaux (lacs, fleuves) mais le plus souvent ils appartiennent au domaine marin.
Sédiments et sédimentation
Les sédiments ont une origine très variée. Ils peuvent :
- Provenir de l’érosion des continents (particules détritiques plus ou moins grossières, telles que les sables ou les argiles, transportées par les fleuves)
- Avoir une origine biologique (boues calcaires ou siliceuses issues des tests de microorganismes, constructions récifales)
- Résulter de phénomènes de précipitation (sédiments évaporitiques tels que les dépôts de sel, le gypse)
La nature des sédiments dépend donc d’un grand nombre de facteurs tels que l’érosion continentale, le climat, le niveau marin, la profondeur du bassin, l’activité biologique.
La sédimentation peut durer des millions d’années, les sédiments peuvent donc changer au cours du temps et former des couches distinctes sur de grandes épaisseurs (plusieurs centaines de mètres).
Parallèlement, sous l’effet de la charge accumulée et de ka tectonique lors des dépôts, le bassin s’enfonce : c’est le phénomène de subsidence. Au cours de cet enfoncement les conditions de température et de pression sont modifiées, les sédiments meubles se transforment en roches sédimentaires solides (par exemple les boues de tests calcaires en roches, les sables fins se consolident en grès…). Les roches sédimentaires sont très diverses.
Les plus grands bassins sédimentaires sont principalement situés sur les marges continentales passives.
Qu’appelle-t-on une marge continentale passive ?
Les marges continentales
Deux types de marges continentales
La marge continentale est la bordure du continent recouverte par l’eau de l’océan. Elle constitue la transition entre la lithosphère océanique et la lithosphère continentale.
On distingue deux types de marge : les marges continentales passives et les marges continentales actives.
Les marges actives, par exemple en bordure de l’océan Pacifique, sont caractérisées par une dosse océanique de grande profondeur, des activités sismiques et volcaniques importantes.
Elles correspondent à des limites convergentes avec une subduction entre une lithosphère océanique et une lithosphère continentale.
Le plateau continental s’étend sur plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres ; il est en pente douce ; sa profondeur maximale est 200 mètres.
Le talus continental a une pente plus forte : il se termine sur la plaine abyssale par une zone appelée le glacis de faible pente.
A l’opposé des marges actives, les marges passives ont une activité sismique très faible et pas d’activité volcanique. Les marges continentales passives sont une simple transition stable, sans limite de plaques, entre la lithosphère océanique et la lithosphère continentale.
Structure des marges passives
L’étude des profils sismiques de réflexion montre que les marges passives sont constituées d’un socle cristallin fracturé : des failles normales incurvées délimitent des grands blocs basculés recouverts de couches sédimentaires épaisses.
La stabilité de la marge passive et sa géométrie avec ses grandes dépressions entre les blocs basculés, favorisent l’accumulation ainsi que la conservation des sédiments. Voilà pourquoi les bassins sédimentaires les plus importants se trouvent sur des marges continentales passives.
La formation des marges continentales passives
La formation d’une telle structure résulte d’un mouvement d’étirement de la croûte continentale (mouvement divergent) ayant précédé la mise en place du plancher océanique. On distingue deux stades principaux :
- Le stade rift continental
- Le stade rift océanique
La formation des gisements pétrolifères
Des conditions particulières de sédimentation
Les gisements pétrolifères et gaziers se forment à partir du plancton marin. A sa mort, il tombe au fond de l’eau où la matière organique est décomposée. Environ 1 % de la biomasse produite par le plancton, échappe à ce processus et se retrouve piégée au sein des sédiments.
Pour cela, des conditions particulières de sédimentation doivent être réunies :…
Une lente transformation de la matière organique
- La formation du kérogène
- La pyrolyse ou cracking thermique
La subsidence du bassin sédimentaire, ainsi que des mouvements tectoniques postérieurs à la mise en place des dépôts provoquent un enfouissement rapide du kérogène et des sédiments minéraux.
Cet enfoncement provoque une augmentation de température (la température augmente de 3 °C pour 100 m environ). Les sédiments minéraux vont se transformer progressivement en « roche-mère » et le kérogène va subir, à partir d’une température comprise entre 40 et 120 °c, une dégradation thermique ou pyrolyse. Dans un premier temps de l’eau et du CO2 sont éliminés, puis si le réchauffement se poursuit (si l’enfoncement se poursuit), il se transforme en hydrocarbures : pétrole et gaz.
Plus le sédiment est allé profond, plus la pyrolyse est intense et plus la fraction gazeuse est importante.
La fenêtre à huile correspond aux conditions de formations des hydrocarbures.
L’expulsion
Compte tenu de la vitesse de dégradation, il faut quelques millions d’années pour la formation de pétrole et de gaz. Seules les roches-mères sédimentaires relativement imperméables vont retenir le kérogène assez longtemps pour que la transformation opère. Puis l’apparition croissante de gaz augmente la pression au sein de la roche et finit par rompre son imperméabilité, la fraction liquide « l’huile » et la fraction gazeuse sont progressivement expulsées de la roche-mère.
La migration vers les roches réservoirs…
Synthèse : tectonique des plaques et gisements pétrolifères…
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