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Formation d'un gisement pétrolier

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Objectif(s)

Comment se forme un gisement pétrolier ?

Les ressources en hydrocarbures représentent un enjeu économique, politique et environnemental de notre planète.
Les premiers pays producteurs sont la Russie, l’Arabie Saoudite et les États-Unis. Toutefois, leurs gisements s’épuisent. La découverte de nouveaux gisements présente donc un intérêt économique pour les pays. Cette découverte ne peut se faire sans une bonne connaissance des contextes géologiques favorisant leur formation.

1. Localisation des gisements pétroliers au niveau des marges passives

Le pétrole est une ressource non renouvelable inégalement répartie à la surface de la Terre. On trouve les gisements majoritairement dans le Golfe Persique, en Alaska et en Russie, en bordure de continents dans l’Atlantique Sud. Aujourd’hui, on découvre encore des gisements pétroliers au large des côtes africaines et américaines de l’Atlantique Sud.
Ces régions correspondent à des marges passives qui présentent des caractéristiques structurales semblant favoriser la formation de roches carbonées.

Comment est organisée une marge passive ?
En bordure de continent, la croûte continentale se poursuit sous l’eau. On observe tout d’abord le plateau continental puis le talus continental qui correspond à un plan très incliné qui descend jusqu’à la plaine abyssale formée par le plancher océanique.

La marge passive est formée par le plateau continentale et le talus continental.

Il est possible de connaître le profil pétrographique d’une marge passive à l’aide des données obtenues par sismique-réflexion. Elle est formée par un socle granitique présentant des failles normales à sa surface. Des roches sédimentaires de type lacustre sont présentes dans les creux formés par ces failles et recouvertes par des évaporites (halite, sel NaCl). Elles sont elles-mêmes recouvertes ensuite par des roches sédimentaires type marnes et calcaires marins et enfin par des sédiments argilo-marneux. Les gisements pétroliers sont localisés dans les roches sédimentaires de type lacustre.

Doc. 1 : Profil pétrographique simplifié d’une marge passive

2. Chronologie de la formation d'un gisement pétrolier

La nature et la datation des roches sédimentaires présentes au niveau d’une marge passive permettent de reconstituer la chronologie des évènements ayant conduits à sa formation.

a. Ouverture du rift continental

Les failles normales se forment lors de l’ouverture d’un rift continental. La croûte continentale s’étire et se fracture. Les blocs rocheux basculent. Des lacs se forment dans cette nouvelle dépression conduisant à la formation des roches de type lacustre. Les futures bordures africaines et américaines sont localisées alors dans une région tropicale.

La production primaire est donc importante. Lorsque les végétaux meurent, la matière organique s’accumule aux fonds des lacs. Les décomposeurs actifs en surface appauvrissent les eaux profondes en dioxygène ce qui favorise l’enfouissement de la matière organique sous les sédiments issus de l’érosion des roches du continent.

On retrouve cette configuration en Afrique, le long du rift est-africain. Les sédiments présents au fond des lacs de ce rift sont riches en matière organique (jusqu’à 3 %).

b. Assèchement des bassins océaniques

L’expansion océanique se poursuit. La croûte continentale s’éloigne progressivement de la dorsale permettant la formation de jeunes océans peu profonds. Les jeunes bassins océaniques se retrouvent périodiquement isolés et connaissent un taux d’évaporation intense ce qui favorise leur assèchement et le dépôt de sels.

Les sédiments s’accumulent, s’enfoncent et se transforment en roches sédimentaires :
- les êtres vivants caractéristiques des littoraux produisent des coquilles et des tests à l’origine des roches calcaires ;
- les sédiments argilo-sableux qui proviennent de l’érosion des roches continentales donnent naissance à l’argile et au grès. Les marnes correspondent à un mélange de calcaires et d’argile.

Sous l’effet du poids des sédiments, la croûte continentale s’enfonce, c’est le phénomène de subsidence. Sous l’effet de la pression et de la température la matière organique enfouie se transforme en hydrocarbures.

3. Structure d'un gisement pétrolier

Le pétrole est une roche fluide qui se retrouve piégée en sous-sol.

La roche mère qui lui donne naissance est formée par l’accumulation de sédiments détritiques et de restes d’êtres vivants en milieu peu oxygéné. Peu dense, elle remonte dans une roche réservoir caractérisée par une importante porosité (grès et calcaires). Elle est maintenue en sous-sol par une roche couverture totalement imperméable aux hydrocarbures (halite).

L'essentiel

La formation d’un gisement pétrolier nécessite donc plusieurs conditions :
• la formation d’un rift continental dans une zone de forte productivité primaire qui conduit à l’enfouissement de la matière organique avant sa décomposition (formation de la roche mère) ;
• la formation d’une roche couverture saline suite à l’assèchement des bassins ;
• l’accumulation d’une grande épaisseur de sédiments qui conduit à l’enfouissement par subsidence de la matière organique et à sa transformation en hydrocarbures qui seront ensuite stockés dans une roche réservoir poreuse.

La réunion de toutes ces conditions est rare, ce qui explique la rareté des gisements pétroliers à la surface de la Terre.

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