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Le pétrole

Il n’y a pas une semaine où les journaux ne titrent pas avec la raréfaction du pétrole ou la flambée du prix du baril. Dernièrement à Rouen, lors de la 2^nde journée des pratiques du développement durable sur le thème des transports, un intervenant a soutenu que l’on pourrait atteindre 380 dollars le baril en 2015 ! Rappelons que la consommation mondiale d’énergie primaire en dépend à 40 %. Qu’on se le dise, le pétrole a été, est et restera indispensable. Et pour longtemps. Dans ces conditions, l’or noir n’a pas fini d’être l’enjeux de conflits.
Rappelons-nous la guerre du Golfe, et dernièrement l’Irak. Nerf de notre civilisation, il est difficile d’imaginer un monde sans lui. Mais finalement, que savons-nous de lui ?
Suivons-le du puit à la pompe.

Qu’est-ce que le pétrole ?

Avant tout, le pétrole est une roche sédimentaire d’origine organique très particulière car elle est liquide. C’est un mélange de nombreux hydrocarbures. Son apparence et sa composition varient d’un gisement à l’autre, et parfois même, entre des puits relativement proches. La consistance des pétroles bruts va d’un liquide à un solide de type bitumeux, et leur couleur varie du jaune au noir.
Il existe une multitude de pétroles et on les différencie selon leur densité, leur fluidité, leur couleur, leur teneur en différentes classes d'hydrocarbures... On retiendra qu’il existe trois grandes catégories de bruts : le pétrole paraffinique, le naphténique et l’aromatique. On les distingue aussi parfois selon leur provenance (Golfe Persique, Mer du Nord, Venezuela, Nigeria).

Un pétrole brut "moyen" contient environ 84 % de carbone, 14 % d’hydrogène, 1 à 3 % de soufre et moins de 1 % d’azote, d’oxygène, de métaux et de sels.

La formation du pétrole ou des millions d'années d'accumulation

Il y a plusieurs millions d’années, végétaux et animaux microscopiques (phytoplancton et zooplancton) se multiplient dans l’eau des océans. Lorsque les générations successives meurent, les restes se déposent au fond des mers. Ils se mélangent à la boue et au limon pour former des couches de sédiments riches en matières organiques. L’accumulation continue de sédiments enfouit les couches inférieures à des profondeurs de plusieurs kilomètres. Sous l’effet de la pression des dépôts qui s’accumulent, et de l’augmentation de la température qui en découle, les sédiments se transforment en roche (roche mère). Puis, au sein de cette roche, les matières organiques se métamorphosent en hydrocarbures et deviennent du pétrole ou du gaz naturel.

La migration du pétrole ou comment naît un gisement

Léger, le pétrole cherche naturellement à monter. Il a tendance à gagner la surface en empruntant les fissures et les minuscules canaux des roches perméables. S’il parvient à la surface, les produits légers qu’il contient s’évaporent, le reste suinte, il n’y aura pas de gisement. Mais si, sur sa route, le pétrole rencontre une couche poreuse et perméable, surmontée d’une couche imperméable formant un piège, alors il va s’accumuler dans cette roche-magasin et former un gisement. Contrairement à une idée reçue, un réservoir de pétrole n’est pas un immense lac souterrain. Les hydrocarbures sont emmagasinés dans une roche poreuse et perméable (roche réservoir) qu’on pourrait comparer à une éponge imbibée d’eau.

Le pétrole : une énergie fossile

Les énergies fossiles ont la particularité de s’être formées et accumulées dans le sous-sol au cours de l’évolution géologique de la Terre. Ce sont le charbon, le pétrole, le gaz naturel, mais aussi l’uranium (combustible des centrales nucléaires). Ces énergies fossiles ont mis des millions d’années à se constituer.
Comme le pétrole, le gaz naturel est formé des restes de micro-organismes marins. Le charbon correspond à l’accumulation et au tassement de masses énormes de végétaux.
Leurs réserves sont limitées et non renouvelables, ce qui pose un problème de longévité. Aujourd’hui, on ne peut pas s’en passer. Pourtant, brûler les combustibles fossiles libère de grandes quantités de dioxyde de soufre, d'oxydes d'azote et de dioxyde de carbone qui participent aux à la pollution et au réchauffement de la planète.

A quoi sert le pétrole ?

On associe le plus souvent le pétrole aux carburants, notamment l’essence et le gazole. Et nous ressentons d’ailleurs les augmentations du prix du baril à la pompe. En effet, il reste le carburant indispensable de la plupart de nos moyens de transports, avion et bateau compris. En réalité, le pétrole est la clef de voûte de nos sociétés industrialisées. Il est partout. Il sert aussi de combustible sous forme de fioul pour le chauffage par exemple ou pour la production d’électricité. Il recouvre routes et bâtiments sous forme de bitume. On le retrouve aussi dans l’agriculture et pas uniquement pour alimenter les tracteurs et moissonneuses-batteuses. Les engrais azotés et la plupart des pesticides sont produits à partir de lui.

On oublie souvent que les matières plastiques sont dérivées du pétrole. Un rapide coup d’œil dans nos maisons montre à quel point nous en sommes dépendants. La pétrochimie nous offre aussi solvants, nylons, détergents, peintures, colles, huiles, encres d’imprimerie, médicaments (aspirine), paraffine, produits alimentaires (chewing-gum)... La liste est longue.

La grande histoire du pétrole

Et Dieu créa le pétrole

Il y a 5 000 ans, en Mésopotamie (l’Irak actuel), les hommes connaissaient déjà le pétrole, notamment à travers le bitume qui suintait à la surface du sol. Il était utilisé sous sa forme brute et servait alors de mortier pour la construction des remparts ou des palais. Mais c’est pour assurer l’étanchéité qu’il se révélait le plus précieux : dans la construction des citernes, des conduites d’eau, des terrasses et surtout de navires. Dans la bible, la Genèse y fait référence : "Et Dieu dit à Noé, … fais-toi une arche de bois de gopher, tu feras l’arche par loges et tu l’enduiras de bitumes par dedans et par dehors" (Genèse, VI-13-14).
Dès le IIe siècle avant J.-C., les chinois l’exploitent grâce à des forages réalisés à l’aide de tubes de bambou et de tuyaux de bronze.

Les débuts d’une ère nouvelle

On emploie ensuite le pétrole à des usages divers, de l’art militaire jusqu’à la pharmacopée.
Connues depuis l’antiquité, les vertus médicinales du pétrole semblent être dès le XV^e siècle extrêmement appréciées en Europe : le pétrole purge, soigne les rhumatismes, les maux de dents, la goutte, le scorbut, les crampes, la toux ; il guérit aussi la surdité, sert à nettoyer les plaies… Bref c’est une potion magique ! Cette vogue gagne les Etats-Unis où le pétrole est commercialisé sous le nom de "baume de Kier".
Devant ce succès, quelques financiers audacieux cherchent activement du pétrole à Titusville en Pennsylvanie, là ou Kier avait précédemment recueilli du pétrole sur des nappes d’eau. Ils fondent la Seneca Oil Company et confient l’opération à un certain Edwin l. Drake, qui se fera appeler colonel, pour asseoir son autorité. Drake décide de faire un forage, et le 27 août 1859, alors que le forage atteint une profondeur de 23 mètres, le pétrole jaillit. La nouvelle se répand rapidement, les aventuriers affluent, c’est une véritable ruée vers l’or noir. Chacun veut entreprendre un forage : du jour au lendemain, on se ruine ou l’on devient millionnaire. C’est ainsi que Rockefeller crée la Standard Oil, ancêtre de la plupart des compagnies pétrolières actuelles.

Un siècle de consommation ou l’épuisement d’une réserve

Dès la fin du siècle dernier, les qualités du pétrole se manifestent de façon évidente : liquide facile à transporter, à stocker, à transvaser et moins cher que ses concurrents pendant très longtemps, il pénètre rapidement tous les secteurs de consommation de l’énergie. Avec la lampe à pétrole, il offre dans les premiers temps un moyen d’éclairage avant que l’électricité ne vienne dans les maisons. Et puis très vite, il apporte à l’automobile un essor extraordinaire grâce à l’essence et au gazole. Il se substitue au charbon dans les soutes des navires, les locomotives, le chauffage des habitations, les chaudières et fours de l’industrie et les centrales électriques. L’ère du pétrole a déjà commencé et le pompage s’effectue sans compter. Il entre dans toutes les industries, tous les moyens de transport et tous les foyers. Plus tard viendront l’avion, puis les matières plastiques, les fibres synthétiques…
Trophée incontestable du XX^e siècle, il a révolutionné les transports, raccourci les distances, et nous apporte un confort incontestable.
Depuis l’an 2000, la consommation mondiale est de 82 à 85 millions de barils par jours. La consommation journalière de la Chine devrait passer, dans les années qui viennent, de 5,5 à 11 millions de barils, avec des réserves qui ne pourront plus satisfaire la demande. En un siècle, nous avons littéralement fait main basse sur notre trésor pétrolifère !

La localisation

Où trouve t-on du pétrole ?

L'apparition d'un gisement de pétrole demande un concours de circonstances géologiques. On comprend donc que le pétrole ne soit présent que dans certains bassins. Les grands fleuves déposent dans leurs deltas des couches successives de sédiments fins qui sont particulièrement aptes à devenir d'excellents réservoirs à pétrole.

La première région productrice est le Moyen-Orient (30 %) suivie par l’Amérique du Nord (18 %) et la CEI (14 %).

Principaux pays producteurs (par ordre décroissant de production en 2003) : Arabie Saoudite, Etats-Unis, Russie, Iran, Mexique, Chine, Norvège, Canada, Emirats arabes unis, Venezuela, Royaume Uni, Koweït, Nigeria. La majorité des pays producteurs se sont regroupés au sein d’une organisation : l’OPEP. Cette structure est créée pour pouvoir influer sur le cours du pétrole afin que ce ne soit pas toujours les compagnies pétrolières qui imposent leur prix.

Y a-t-il du pétrole en France ?

La production française de pétrole brut s'est élevée à 1,14 Mt en 2004, soit 1,2 % de nos besoins. La production se répartit entre la région parisienne (54 %), la région aquitaine (45 %) et l'Alsace (1 %).

Où sont les réserves ?

Aujourd'hui, 60 % des réserves se situent au Moyen-Orient. Cette partie du monde restera la principale zone de production, mais d'autres régions sont prometteuses : la Russie, l'Afrique de l'Ouest, le Brésil et le Golfe du Mexique. L'Asie centrale (Kazakhstan, Turkménistan) l’est également, mais il y a des problèmes d'acheminement vers la mer.

Des réserves élastiques

Les réserves sont aléatoires, variant avec les découvertes de nouveaux gisements et avec les avancées technologiques. On entend par réserves, celles qui sont connues. Et il est difficile de savoir s'il reste beaucoup de pétrole à découvrir car certaines zones ont été peu explorées.

Des réserves tributaires des progrès techniques

Mais surtout, le terme de réserve ne désigne pas le volume de pétrole présent dans les gisements, mais celui que l'on est techniquement capable de récupérer pour un coût économique acceptable.
Par exemple, les gisements dans les grands fonds marins étaient considérés comme inexploitables dans le passé, alors qu'aujourd'hui les plate-formes offshore sont largement rentables.
La fraction récupérable est extrêmement variable, pouvant être de 5 % dans certains gisements (faible pression, pétrole visqueux, roches peu poreuses, colonne de pétrole petite), et dépasser 75 % dans certains autres. À l’heure actuelle, les techniques d’exploitation permettent d’extraire, en moyenne, 30 % du pétrole d’un gisement. Cela signifie que les deux tiers des hydrocarbures découverts restent en terre faute de savoir les prélever.
Enfin, il faut souligner que les réserves réelles de pétrole sont difficiles à estimer car les compagnies pétrolières et les pays producteurs ont souvent tendance à surévaluer les réserves pour des raisons politiques ou économiques. Ainsi, pour les pays de l'OPEP, la quantité produite dépend des réserves prouvées. Pour produire davantage, ils ont donc tendance à surévaluer leurs réserves.

L’Eldorado se trouve au fond des océans

Depuis que nous recueillons le pétrole sous la mer, les réserves ont considérablement augmenté. Plus de la moitié des gisements de pétrole se trouve dans des roches sous la mer. Il faut alors installer le derrick sur une plate forme ancrée ou flottante sur la mer. De nombreuses plates-formes de ce type sont installées en mer du Nord entre la Norvège et la Grande-Bretagne.
Recouvrant plus de 70 millions de km2 de bassins sédimentaires possiblement fertiles en pétrole, les océans représentent l’équivalent des bassins sédimentaires des terres émergées et ils ont été à peine effleurés par les puits d’exploration. Aujourd’hui, 80 % des gisements géants identifiés sous une tranche de 500 à 1500 mètres d’eau sont localisés au large du Brésil, dans le golfe du Mexique et dans celui de Guinée.
Forer et exploiter des puits à ces profondeurs exige de nouveaux concepts technologiques, la création de plates-formes résistante aux tempêtes, aux basses températures et à l’effet de pression sur les canalisations sous-marines.

Le pic de Hubbert ou le début de la fin ?

C’est le sommet correspondant à la consommation de la moitié des ressources primaires. Une fois ce pic dépassé, la production décline jusqu'au moment où la ressource est épuisée.
Aujourd'hui, tout le problème est donc de savoir si, pour la production mondiale de pétrole, ce pic a été franchi ou est en passe de l'être.
Auquel cas le pétrole mériterait plus que jamais son appellation d'or noir. Evidemment, les avis divergent sur cette question. Pour les plus optimistes, ce sommet devrait être atteint aux alentours de 2030. Pour les autres, la date est beaucoup plus rapprochée, ne serait-ce qu'en raison de la croissance galopante en Chine. En tout état de cause, c'est une question de temps. Et, pour les économies occidentales, qui ont fondé une grande partie de leur croissance sur cette énergie, le mur est au bout du chemin. Sans parler des conséquences pour les secteurs en première ligne, comme les transports (aérien, maritime et routier) et la chimie.

En 1959, le géologue Marion King Hubbert (1903-1989) prédit que la production de pétrole de quarante-huit états des Etats-Unis atteindrait son plafond en 1969, avant de commencer à décroître. Pronostic pour le moins audacieux, mais qui se révèle exact à une année près (le maximum est atteint en 1970). King Hubbert, aujourd'hui célèbre pour sa clairvoyance, s'appuyait sur une analyse fine des réserves de ressources primaires telles que le pétrole et le gaz naturel.

La chasse au pétrole

La prospection scientifique

Les gisements de pétrole sont situés à des profondeurs pouvant atteindre plusieurs milliers de mètres. Aucune méthode rapide ne permet de les localiser avec certitude depuis la surface.
C’est au géologue que revient de faire la première esquisse du sous-sol. Il s’aide de photographies aériennes ou d’images par satellites pour deviner les structures apparentes à la surface du sol et imaginer leurs prolongements dans le sous-sol. Il en déduit la présence possible, dans le sous-sol, de bancs de roches perméables où le pétrole s’est peut-être accumulé, et de couches imperméables qui ont pu servir de couvercles aux gisements.

Le géophysicien précise ces données. Il essaye de connaître la disposition des différentes roches dans le sous-sol afin de localiser les fameux pièges à hydrocarbures. Il utilise la mesure des variations du champ de la pesanteur (gravimétrie), la mesure des variations du champ magnétique terrestre (magnétométrie) et surtout la sismique, qui donne les meilleurs renseignements. Cette méthode consiste à provoquer artificiellement de légers ébranlements à la surface du sol. Les ondes émises traversent les couches du sous-sol et se réfléchissent sur certaines d’entre elles, comme la lumière sur un miroir. De cette manière, les ondes reviennent vers la surface et y sont enregistrées. Leur interprétation permet de déterminer avec une bonne précision la disposition et la nature des couches du sous-sol.

Hélas, les résultats ne permettent pas de savoir avec certitude si du pétrole existe dans le sous-sol, mais seulement d’évaluer l’intérêt pétrolier de la région prospectée.

Le forage

Seul le forage permet de savoir si le sous-sol contient des hydrocarbures en quantité suffisante pour justifier l’exploitation.
Un forage pétrolier est un puits de petit diamètre (inférieur à 0,5 m) dont la profondeur dépasse rarement 3 000 m. Pour le réaliser, on utilise un trépan (sorte de perceuse) fixé à un derrick qui descend dans le sous-sol en découpant la roche. Le forage se poursuit jour et nuit, progressant lentement, au rythme moyen de quelques mètres à l’heure. La durée et le coût dépendent de la localisation et de la profondeur du terrain.
A la fin du forage d’exploitation, le pétrole et le gaz sont parfois au rendez-vous. Dans le monde, on compte en moyenne une découverte pour 10 forages effectués, mais il faut 100 forages pour découvrir un seul gisement de 10 millions de tonnes/an.
Si le pétrole est là, trois ou quatre forages supplémentaires, appelés puits de confirmation sont effectués à quelques kilomètres du trou, afin de délimiter la taille du gisement

L’exploitation du pétrole

Le pompage

Lorsque le forage d’exploration a trouvé des indices de pétrole suffisants, on met en place des puits de développement. Après avoir démonté les derricks, on équipe la tête de puits d'un jeu de vannes appelé « arbre de Noël », destiné à contrôler le débit du pétrole. Au début de l’exploitation, la production s’effectue souvent de façon naturelle, le pétrole remontant de lui-même sous la pression : le puits est alors dit « éruptif ». Dès que la pression naturelle tombe, on utilise différents procédés de pompage (pompes à balancier dites « tête de cheval » ou pompes immergées) pour le faire remonter.

Le raffinage

Sous sa forme brute, le pétrole est pratiquement inutilisable. Il faut le traiter pour obtenir toute la gamme des produits pétroliers. Le raffinage du pétrole utilise différentes techniques afin d'obtenir le maximum de produits.


La distillation
Elle permet de séparer les différents composés du pétrole les uns des autres. Elle se fonde sur la différence des températures d’ébullition de chacun des produits contenus dans le pétrole. Le procédé se réalise dans une tour d’acier où le pétrole est chauffé : les produits les plus volatils (butane, propane et essence légère), montent à travers la tour et sont recueillis au sommet à l’inverse des plus lourds (bitumes) qui descendent vers le fond. Ils sont ensuite séparés dans une autre tour de distillation.
La plupart des produits obtenus par distillation ne sont pas directement utilisables. Il faut en améliorer les qualités par des traitements complémentaires.

Le craquage thermique
Il permet d’accroître le rendement de la distillation. Il consiste à chauffer à des températures élevées les résidus les plus lourds. Avec ce procédé, on peut transformer certains résidus lourds de la distillation en produits plus légers comme l’essence ou le gazole.

Le craquage catalytique
Il consiste également à casser en petites molécules les produits lourds afin d’obtenir des produits légers (gaz, butène, gazole). Il affine davantage le partage des molécules et permet d'accroître encore le rendement de la distillation. Il s’effectue à haute température à l’aide d’un catalyseur. Plusieurs types d'hydrocarbures sont obtenus et peuvent ensuite être recombinés pour produire des carburants antidétonation et des produits chimiques particuliers. Ce craquage a donné naissance à l’industrie pétrochimique.

Le transport

Une fois extrait des gisements, le pétrole est essentiellement transporté par pipelines ou pétroliers.

Pipelines
Le pétrole étant un liquide, le plus simple pour le transporter est de le pomper en permanence dans un tuyau, appelé pipeline, spécialement mis en place. Déjà les Romains utilisaient ce principe pour transporter de l’eau dans un aqueduc. C’est pourquoi le pipeline est également appelé oléoduc. Dans un même pipeline, des pétroles bruts et des produits pétroliers présentant des caractéristiques différentes peuvent être expédiés à la suite les uns des autres, sans que les fluides se mélangent.

Pétroliers ou tankers
Ils sont utilisés pour transporter le pétrole par voie maritime. Ce mode de transport permet de modifier à tout moment la destination du pétrole. L’augmentation de la taille des pétroliers a permis de réduire l’encombrement des routes maritimes et par conséquent, les risques de collisions catastrophiques. Aujourd’hui, les plus grands pétroliers dépassent 500 000 tonnes et font 500 mètres de long.

En France, les produits raffinés (carburants routiers, fioul lourd) sont transportés par oléoducs (45,1 % des quantités), par camions (29,4 %), par wagons citernes (7,2 %), par caboteurs et chalands (9,5 %).

Après le pétrole

Il est très difficile de remplacer le pétrole comme carburant et matière première industrielle. Pour l’instant, la meilleure solution, c’est de l’économiser. Pour cela, il nous faut réduire notre consommation énergétique. On pourrait économiser 20 % d'énergie sans modifier notre mode de vie, aussi bien dans l'industrie, les transports ou la consommation des ménages.
Et puis il faut laisser la place à des énergies de substitution, par exemple le gaz naturel, lui aussi fossile mais dont les réserves sont importantes. La diversification des sources énergétiques s'oriente aussi vers l'hydraulique, le nucléaire, le solaire, l'éolien ou l'électricité thermique (combustion de charbon par exemple).

Bibliographie

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