Le pétrole

 

+ Pétrole et chimie
+ Les qualités intrinsèques du pétrole
+ Le pétrole, à quoi ça sert ?
+ Comment se forme le pétrole ?
+ Comment le trouve-t-on ?
+ Comment décide-t-on d’exploiter un gisement ?
+ Comment extrait-on le pétrole ?
+ Et le pétrole marin ?
+ Où se situent les principaux gisements ?
+ Comment transporte-t-on le pétrole ?
+ Le raffinage, une étape clé

 

 

Pétrole et chimie

Le pétrole est un mélange d'hydrocarbures (molécules formées d'atomes de carbone et d'hydrogène) et de molécules, appelées résines et asphaltènes, contenant également d'autres atomes, principalement du soufre, de l'azote et de l'oxygène. Certains de ces constituants sont, à température et à pression ambiantes, gazeux (méthane, propane, etc.), liquides (hexane, heptane, octane, benzène etc.) et parfois solides (paraffines, asphaltes, etc.). Le pétrole contient des millions de molécules différentes qu'il va falloir fractionner et transformer chimiquement pour obtenir des produits utilisables.

Les qualités intrinsèques du pétrole

Comparé aux autres sources d’énergie utilisées par l’homme avant sa découverte, c’est d’abord une source d’énergie dense : elle offre une grande quantité d’énergie pour un faible volume. C’est aussi une source d’énergie liquide : facile à pomper, à stocker, à transporter et à utiliser. Ces qualités lui permettront de détrôner rapidement le charbon pendant la première moitié du XXe siècle dans tous ses grands domaines d’utilisation : industriel, domestique et, par-dessus tout, dans le domaine des transports.

 Le pétrole, à quoi ça sert ?

Le pétrole est devenu, à partir des années 50, la première source d'énergie dans le monde. Sa forte densité énergétique en fait la matière première des carburants qui alimentent les transports (voitures, camions, avions, etc.).

C'est aussi une matière première irremplaçable utilisée par l'industrie de la pétrochimie pour un nombre incalculable de produits de la vie quotidienne : matières plastiques, peintures, colorants, cosmétiques, etc. Le pétrole sert aussi comme combustible dans le chauffage domestique et comme source de chaleur dans l'industrie, mais dans une moindre mesure, en raison des chocs pétroliers de 73 et 79 et de la montée en puissance du nucléaire, et du gaz naturel, pour la production d'électricité. On assiste également aujourd'hui à un recours accru au charbon pour la production d'électricité.
 

Les produits dérivés du pétrole Les principaux polymères et leurs applications   PVC : Polychlorure de vinyle, application tuyaux rigides (gouttières etc.), gaines électriques, profilés, huisseries (fenêtres). Jadis les disques 33, 45 et 78 tours.   Polyéthylène basse densité : objets pour l'industrie automobiles, sacs d'emballage supermarché, films (travaux publics), tuyaux et profilés, sacs poubelles, articles injectés (ménagers et jouets), sacs congélation, Polyéthylène haute densité : Bouteilles et corps creux, tuyaux, fibres, objets moulés par injection   Le PTFE (Polytetrafluoroéthylène) : revêtement des poêles Tefal, + applications autres en chimie etc.   Polypropylène : Articles moulés par injection pour industries automobile, électroménager, ameublement, jouet, électricité, alimentation boîtes et bouteilles diverses, fils, cordages, films, sacs d'emballage, boîtier de phare, etc.   Polystyrène et copolymères associés (ABS) : Emballage (barquettes blanches) Bâtiment (isolation polysytrène expansé), Bic Cristal (transparent), automobile, électroménager, ameublement (bureau et jardin), jouets, bagages, emballages pour cosmétiques médicaments et produits alimentaires, contre portes de frigo.   Polyisobutène encore appelé caoutchouc buytl : applications chambres à air.   Polybutadiène (BR): Utilisé principalement pour la fabrication des pneus.   SBR : Styrène butadiène rubber ou encore caoutchouc synthétique (latex par exemple) Styrène + butadiène (élastomères) Applications pneus + Joints, amortisseurs, tapis transporteurs, semelles, garnitures de pompes, rentre aussi dans la composition des bitumes pour rendre le revêtement plus souple.   Les acrylates et méthacrylates. Poly(méthyle méthacrylate) PMMA. Applications en peintures, revêtement de surface, fibres, adhésifs, encres, verrières (vitrages caravanes, avions bateaux), verres de lunettes, lavabos, baignoires cabines de douches.   Polyamides : Famille des Nylons : 6-6, 6 et 11, 12. Fibres d'habillement, pièces mécaniques de frottements, réservoir à essence, seringues. Kelvar tissé (gilet pare balles).   Fibres et résines Polyesters : à partir de l'acide téréphtalique (ex para-xylène)+ éthylèneglycol (Fibre Tergal), Poly(éthylène téréphtalate PET) pour bouteilles.   Les polyuréthannes : Polycondensation de diisocyanate et de diols. Exemple : ex TDI (toluène diisocyanate), MDI diphénylméthane 4-4 diisocyanate,ou HMDI (version hydrogénée)et pour les diols (PEG polyéthylène glycol ou polypropylène glycol, PPG). Applications mousses rigides (isolation thermique et phonique) et semi-rigides (rembourrage ameublement, garnissage des fauteuils), etc., revêtements et adhésifs, vernis peintures. En enduction pour rideaux, tentures, bâches et stores. + simili cuir.   Polycarbonate : rentre dans la composition des gilets pare balles, casques de motos, bidons, bouteilles biberons, moulinet de canne à pêche, verre de sécurité, boîtier photos, feux clignotants, etc.

 

Comment se forme le pétrole ?

Il résulte de la dégradation thermique de matières organiques contenues dans certaines roches : les "roches mères" du pétrole. Ce sont des restes fossilisés de végétaux aquatiques ou terrestres et de bactéries s’accumulant au fond des océans, des lacs ou dans les deltas. Appelés "kérogène", ces résidus organiques sont préservés dans des environnements où les eaux sont dépourvues d'oxygène, se mêlant ainsi aux sédiments minéraux pour former la roche mère. Pendant des dizaines de millions d’années, de nouveaux sédiments vont continuer à s'accumuler, entraînant la roche mère à de grandes profondeurs. Généralement entre 2500 et 5000 m et sous l’action des hautes températures qui y règnent, le kérogène se transforme (craquage thermique) en pétrole liquide accompagné de gaz. A plus de 5000 m, le pétrole "craque" à son tour et se transforme en gaz.

Plus légers que l’eau, le pétrole et le gaz remontent le long des niveaux de roches poreuses (roche réservoir) dans lesquels ils sont confinés si ceux-ci sont surmontés de roches imperméables (roche couverture). Si rien ne les arrête, ils suintent à la surface. C'est l'origine des "mares" de pétrole (exploitées pendant l'Antiquité et décrites par Marco Polo) que l'on peut voir par exemple au Moyen Orient ou au Venezuela. S’ils rencontrent des "défauts" dans le système de drains qui les mène vers la surface (tels que des plis) ils viennent s'y accumuler. Ce sont ces pièges à pétrole et à gaz que recherchent les explorateurs pétroliers.*

 Comment le trouve-t-on ?

L’exploration pétrolière commence par l’identification d’indices permettant de supposer où se trouve le pétrole et en quelle quantité. Géologue et géophysicien collaborent à cette enquête minutieuse à fort enjeu économique qui commence à la surface de la terre pour descendre vers le sous-sol.

• La géologie pétrolière ou l’observation de la surface :

C’est la première étape, qui permet de repérer les zones sédimentaires méritant d’être étudiées (plissements, failles…). Les géologues utilisent des photographies aériennes et des images satellites puis vont sur le terrain examiner les affleurements. Ces derniers peuvent en effet renseigner sur la structure en profondeur. Ensuite l’analyse en laboratoire d’échantillons de roche prélevés permet de déterminer l’âge et la nature des sédiments afin de cerner les zones les plus prometteuses. Cette étape représente 5 % du budget consacré à la prospection.

• La géophysique ou l’étude des profondeurs :

Son objectif : donner le maximum d’informations pour que les forages soient entrepris ensuite avec le maximum de chance de succès. Il s’agit essentiellement d’accumuler des données sismiques riches en informations, grâce à une sorte d’"échographie" du sous-sol ou "sismique réflexion". Ces données sont obtenues à l’aide de vibreurs pneumatiques (ou autres) qui génèrent de mini-ébranlements du sous-sol. Les signaux recueillis en surface sont traités par de puissants logiciels de calcul qui reconstituent l’image du sous-sol. Les pièges possibles mis en évidence sont classés selon leur probabilité d’existence et leur volume prévisionnel.
Cette étape représente 15 % du budget consacré à la prospection.

• Vérification des hypothèses :

C’est l’étape du forage d’exploration qui seule permet de certifier la présence de pétrole. On perce la roche à l’aide d’un trépan. À terre, l’ensemble du matériel est manipulé à partir d’un mât de forage. En mer, l'appareil de forage doit être supporté au-dessus de l'eau par une plateforme métallique spécialement conçue. Le coût du forage d’exploration varie de 500 000 euros à terre, à 15 millions d’euros pour les puits en mer. Cette étape qui dure de 2 à 6 mois est la plus lourde dans le budget d’exploration : 60 % en moyenne.

 

 

Comment décide-t-on d’exploiter un gisement ?

Avant d’envisager l’exploitation, il s’agit d’évaluer la rentabilité du gisement : volume des réserves récupérables et conditions de production ne peuvent être déterminés qu’en procédant à des forages de délinéation en vue de délimiter le gisement. Des équipes pluridisciplinaires constituées de géologues, de géophysiciens, d’architectes pétroliers, de foreurs, de producteurs et d’ingénieurs de gisement sont chargées d’étudier les résultats issus de la phase de prospection. Leurs conclusions sont déterminantes pour limiter les risques financiers que prennent les compagnies pétrolières.

En effet, sur cinq forages d’exploration, un seul, en moyenne, met en évidence une quantité de pétrole suffisante pour justifier économiquement son exploitation.*

 Comment extrait-on le pétrole ?

C’est la phase d’exploitation du gisement qui demande la mise en place de tout l’équipement nécessaire : forage de production appelé "puits de développement", installation de production, équipements de traitement et de comptage et système d’évacuation du pétrole. Cette phase, qui représente 40 à 60 % du coût total d’un projet, s’étale sur 2 à 3 ans.

La technique de forage la plus répandue est celle du forage Rotary qui s’est beaucoup renouvelée, en particulier avec les forages déviés - permettant de contourner un obstacle souterrain - ou horizontaux – permettant de traverser le réservoir sur toute sa longueur. Les puits multidrains, quant à eux, permettent de limiter le nombre de forages, en traitant plusieurs parties du réservoir à partir d’un point unique.

 

Et le pétrole marin ?

Les fonds marins recèlent plus de 30 millions de km2 de bassins sédimentaires par moins de 500 m d’eau, soit autant que les terres émergées. Ainsi, le pétrole extrait en milieu marin, dit pétrole offshore, représente aujourd'hui le tiers de la production mondiale. Durant la prospection, la géologie laisse directement la place à la géophysique pratiquée à partir de navires spécialisés. Un bateau tire derrière lui un chapelet de canons à air. Les bulles engendrées provoquent des ondes de pression qui se propagent jusqu’au fond de l’océan et se réfléchissent sur les différentes couches du sous-sol rencontrées. Le forage s’effectue à partir de plates-formes reposant sur le fond marin par faible profondeur d’eau, ou structures flottantes ou semi-submersibles si la profondeur d’eau devient plus importante.

 

 Où se situent les principaux gisements ?

On dénombre environ 30 000 gisements rentables, de quelques dizaines à quelques centaines de km2. Parmi eux, l’on distingue 450 à 500 gisements dits "géants" (avec des réserves supérieures à 70 millions de tonnes), dont une soixantaine de "super-géants" (avec des réserves supérieures à 700 millions de tonnes). Ces gisements sont très inégalement répartis : 60 % des "super-géants" sont au Moyen-Orient et représentent 40 % des réserves prouvées de la planète.

 Comment transporte-t-on le pétrole ?

Les zones de production étant concentrées géographiquement, elles sont souvent éloignées des zones de consommation vers lesquelles le pétrole devra être acheminé, par voie maritime ou par oléoduc.

- En 2002, on dénombrait 3 750 navires. Le principal atout du transport maritime est la souplesse : à chaque instant, on peut modifier la destination d'un navire.
- L’oléoduc ou pipe-line représente un lourd investissement, mais il offre un faible coût d’utilisation.

 Le raffinage, une étape clé

Le pétrole brut n’est pas utilisé tel quel, mais après transformation en différents produits finis : carburants, combustibles, matières premières pour la pétrochimie et autres produits spécifiques (bitume, huiles lubrifiantes).

C’est l'objectif du raffinage : mettre à la disposition du consommateur des produits de qualité, dans le respect de normes précises, notamment environnementales, et aux quantités requises par le marché. Cette étape regroupe différentes opérations :

• L’obtention de produits intermédiaires par distillation :

Les trois principales "coupes" pétrolières sont obtenues dans une tour de distillation : les légers (gaz, naphta et essences), les moyens (kérosène, diesel et fuel domestique) et les lourds (fuel lourd ou résidu atmosphérique).

• L’amélioration de la qualité :

Cette opération consiste à éliminer, dans les différentes coupes, certains composés indésirables comme le soufre.

• La transformation de coupes lourdes en coupes légères :

A l'aide de procédés dédiés, les produits lourds de moins en moins consommés (type fuel lourd) sont transformés en produits légers fortement demandés (diesel et kérosène).

Les unités de raffinage impliquées sont "spécifiques". Elles doivent généralement travailler à haute température et/ou forte pression pour générer des hydrocarbures plus légers, "par craquage", et améliorer leur qualité, la plupart des composés indésirables (soufre, métaux, etc.) étant plutôt concentrés dans les coupes initialement lourdes.

• La préparation finale des produits par mélange :

On obtient les produits finis par mélange des produits intermédiaires ou semi-finis.
Pour faire face à cette série d’opérations, les raffineries doivent disposer d’importants volumes de stockage, d’installations de réception des produits bruts et d’expédition des produits finis.

Schéma de principe du raffinage :

 

 

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