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GENESE PETROLIERE
La genèse pétrolière suit 7 étapes fondamentales, incontournables et surtout très lentes. L‘objectif principal des équipes d‘ingénieurs pétroliers, est de déterminer si ces 7 étapes ont bien le maximum de chances d‘être réalisées.
Gisements des hydrocarbures
On va chercher le pétrole et le gaz sous terre. C‘est donc là, sous nos pieds, qu‘ils se forment et qu‘ils attendent qu‘on vienne les débusquer. Il existe des accumulations de pétrole et de gaz ou « des gisements » dans le sous-sol un peu partout dans le monde. Mais il faut tout de même que certaines conditions soient réunies pour que ces accumulations puissent se former.
– 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 tous nouveaux pétroles et gaz 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 ;
-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 ;
-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. [12]
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 car 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. Quand une plante ou un animal meurt à la surface de la terre, ses matières sont généralement recyclées par d‘autres êtres vivants. Ceux qui ne sont pas dévorés par les prédateurs, les charognards ou les bactéries, sont oxydés en gaz carbonique et en eau, et ce gaz carbonique alimente la croissance des nouvelles plantes.
Néanmoins, une toute petite partie, peut-être 0,1 %, de cette masse du vivant échappe à ce destin toujours renouvelé. Dans certains cas, les matières des êtres morts coulent au fond des mers, milieux souvent calmes et peu oxygénées ; elles se mélangent à des matières minérales (particules d‘argile, sables très fins…) pour former des boues sombres et puantes qui caractérise l‘action des bactéries anaérobies.
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 de notre pétrole ; mais ce niveau de pourcentage est exceptionnellement conditionné par : une grande quantité de plancton et/ou de débris végétaux mais pas trop de matières minérales ; un climat chaud favorable au plancton ; le volume des sédiments minéraux, favorisé par la non proximité des montagnes.
Néanmoins, tant que celle-ci reste à la surface du fond de la mer, elle ne peut pas produire de pétrole.
Sédimentation
Les sédiments qui s‘accumulent au fond de la mer finissent par s‘épaissir peu à peu. C‘est un phénomène très lent. De quelques mètres à une centaine de mètres par million d‘années, la roche mère s‘enfonce peu à peu sous l‘accumulation des sédiments qui continuent à se déposer. Par chance, leur poids provoque un affaissement progressif qui laisse place libre aux sédiments qui continuent ainsi de s‘accumuler. Ce phénomène dit subsidence, caractérise les bassins sédimentaires.
C‘est un phénomène de grande ampleur. L‘affaissement progressif atteint plusieurs milliers de mètres, parfois plus de 8 000 m au centre du bassin. Et la chaleur croît pour la roche mère qui s‘enfonce et s‘enfouit peu à peu ; la température du sous-sol augmentant en moyenne de 3 °C tous les 100 m. Les matières organiques sont également de plus en plus écrasées par le poids des sédiments ; la pression augmentant de 25 bars par 100 m. Du coup, à 1 km de profondeur, il fait déjà 50 °C et la pression est de 250 bars. Les matières organiques évoluent très lentement, les atomes de carbone et d‘hydrogène se réorganisent, s‘associent. L‘azote, le soufre, le phosphore et autres éléments essentiels du vivant, sont peu à peu éliminés, les matières organiques se transforment en kérogène.
Il faut environ 100 °C pour que le kérogène commence à générer des hydrocarbures liquides, du pétrole et du gaz. Cela correspond en gros à un enfouissement de 2 200 m à 3 800 m. L‘enfouissement se poursuit et la production d‘hydrocarbures liquides atteint un maximum, un pic. Les liquides produits deviennent plus légers et tendent de plus en plus vers le gaz.
Entre 3 800 m et 5 000 m, le kérogène commence à produire le plus léger des hydrocarbures, le gaz méthane. Peu à peu, la roche mère a ainsi produit des liquides pour terminer par du gaz et, finalement, l‘épuisement de son potentiel. L‘intervalle de profondeurs où elle produit des liquides s‘appelle fenêtre à huile, et là où elle produit du gaz, s‘appelle fenêtre à gaz.
La proportion de liquides et de gaz produits dépend de la nature de la roche mère. Par exemple, si les débris organiques qui la composent sont principalement d‘origine animale, elle produira proportionnellement beaucoup plus de liquides. A l‘inverse, si les débris végétaux dominent, elle produit surtout du gaz et peu de liquides.
En fait, la génération du pétrole à 3 000 m de profondeur, estimée à 50 m par million d‘année de sédimentation, il aura fallu 60 millions d‘années pour que des animaux morts se transforment en hydrocarbures liquides. Raison pour dire que le pétrole ne fait pas partie des énergies renouvelables.
Migration
Les hydrocarbures nouveau-nés sont des molécules de petite taille. Et ils prennent plus de place dans la roche mère que le kérogène originel. Ils vont donc être expulsés en permanence dans les roches qui entourent la roche mère. Le gaz et l‘huile (autre nom donné au pétrole) étant plus légers que l‘eau qui imprègne toutes les roches du sous-sol, commencent une lente ascension vers la surface, c‘est la migration. S‘ils le peuvent, ils glissent entre les particules minérales des roches pour monter verticalement. Leur vitesse de migration dépend de la capacité de chaque roche traversée, à laisser circuler les fluides. Cette capacité s‘appelle la perméabilité. Si une roche imperméable les arrête, ils suivent une voie latérale le long de cette roche, toujours vers le haut, ou empruntent la voie des cassures dans la roche ou les failles. Les molécules de gaz, plus petites et plus mobiles, montent plus vite et se glissent mieux dans les roches peu perméables.
Une partie des hydrocarbures, surtout du gaz, se dissout dans l‘eau qui imprègne les roches qu‘ils traversent. D‘autres restent collés aux grains des roches traversées. Ces hydrocarbures interrompent leur ascension : c‘est ce qu‘on appelle les pertes de migration, qui peuvent être très importantes, surtout si l‘huile et le gaz empruntent la voie plus longue.
Si rien n‘arrête les hydrocarbures avant la surface, les fractions les plus légères (gaz et liquides volatils) se dispersent dans l‘atmosphère avant d‘être détruites. Les plus lourdes s‘oxydent ou sont dévorées par les bactéries. Seules persistent quelque temps les fractions extrêmes les plus lourdes, sous forme de bitumes presque solides enfouis à quelques mètres ou dizaines de mètres sous la surface du sol.
Roche réservoir
Le pétrole et le gaz se forment dans un bassin sédimentaire. Ils naissent puis migrent au sein de roches sédimentaires. Ces roches ont une caractéristique commune : elles se sont toutes déposées au final dans l‘eau d‘un océan, d‘une mer, d‘une lagune ou d‘un lac, sous forme de grains. Ces grains peuvent être très grossiers (graviers, par exemple), plus fins (sables) ou de taille minuscule, formant des boues. Ils sont en contact les uns avec les autres, mais il reste des vides entre eux, espaces qui définissent la porosité d‘une roche. On mesure celle-ci en pourcentage de volume total de la roche.
Les pétroliers s‘intéressent tant à la porosité et à la perméabilité des roches pour la simple raison que la grande quantité de pétrole ou de gaz, dépend de la bonne porosité (suffisamment de vide où les hydrocarbures vont à un moment remplacer l‘eau) et de la bonne perméabilité (pour que le pétrole et le gaz puissent se déplacer rapidement quand on va les pomper pour les exploiter). Une roche qui possède à la fois une bonne porosité et une bonne perméabilité est un réservoir. Plus ces deux caractéristiques pétrophysiques de la roche, ne seront bonnes, le réservoir sera meilleur.
Si la roche est fracturée, ses qualités de réservoir sont améliorées. Les roches bonnes réservoir sont, dans la plupart des cas, des grès ou des carbonates (calcaires et dolomies). Les argiles possèdent beaucoup de vides entre les particules qui les composent, mais ces particules ayant la forme de feuillets empilés serrés les uns contre les autres, leur perméabilité est quasi nulle.
Roche couverture
C‘est une roche imperméable au-dessus du réservoir. Les roches couvertures sont souvent des argiles et parfois des couches de sels cristallisés qui sont des barrières imperméables Mais n‘importe quelle roche suffisamment imperméable peut faire l‘affaire, certains carbonates très compacts par exemple Les roches couvertures jouent le rôle d‘empêcher les hydrocarbures de traverser le réservoir et de remonter à la surface, sinon ils poursuivront leur ascension et le réservoir ne servira que de zone de transit.
Piège à hydrocarbures
Le piège est un volume fermé, créé par déformations des couches rocheuses ou se glisse les hydrocarbures vers des espaces où ils peuvent continuer leurs remontés vers le point de fuite. Plus son point de fuite est bas par rapport à son sommet, plus le piège est vaste.
Il permet l‘accumulation d‘une quantité d‘hydrocarbures exploitable. Parallèlement à la capacité d‘accumulation du réservoir et à l‘imperméabilité de la couverture, de l‘importance du volume fermé ou piège dépend de la formation d‘un gisement de pétrole ou de gaz et la rentabilité de l‘exploitation de ces hydrocarbures.
Un piège rempli d‘hydrocarbures peut, suivant les cas, contenir du pétrole seulement, du gaz seulement ou les deux à la fois. S‘il y a du pétrole et du gaz, le gaz, étant plus léger, se rassemble au sommet du piège. Mais même pour une accumulation de pétrole seul, d‘importantes quantités de gaz sont tout de même dissoutes et que les accumulations de gaz seul contiennent toujours une fraction de liquides légers appelé condensat, d‘autant plus qu‘il reste toujours un peu d‘eau résiduelle collée aux grains de la roche réservoir.
Il existe différents types de pièges classé en deux grandes familles: les pièges stratigraphiques et les pièges structuraux incluant le piège par anticlinale, le piège contre Dôme de sel, piège contre faille..
Préservation du pétrole et du gaz
Une fois installés dans le piège, les hydrocarbures ne sont pas complètement à l‘abri des changements, surtout après contact avec l‘oxygène et l‘action des bactéries apportés par les eaux de pluies lesquels commencent à attaquer et provoquer une diminution très importante de la proportion des hydrocarbures liquides légers et moyens ainsi qu‘une libération de gaz, notamment pour les accumulations de pétrole se trouvant trop près de la surface.
Au bout d‘un certain temps, il ne restera plus que des hydrocarbures lourds et visqueux, difficiles à exploiter, et, s‘il y a échappement, il ne reste que du gaz moins intéressant que le pétrole initial. Dans ce cas, le pétrole initial aura subi une dégradation profonde : Les bactéries qui sont responsables des altérations ne peuvent pas survivre à une température supérieure de 50 à 55° C. Par contre, les accumulations d‘hydrocarbures situées à plus de 1 000 m de profondeur restent à l‘abri tant que la température reste supérieure de 50/55° C.
Les accumulations beaucoup plus en profondeur ne sont pas pour autant à l‘abri de bouleversements ou mouvements des roches (tectoniques), qui pourraient détruire le piège, en réduisant fortement sa fermeture, voire son annulation, soit le plus souvent, en brisant la couverture par des fractures ou des failles dans lesquelles les hydrocarbures piégés vont s‘engouffrer et s‘échapper.
UTILISATION ET PAYS PRODUCTEURS DU PETROLE DANS LE MONDE
Utilisation
A l‘heure actuelle, le pétrole est encore utilisé pour la composition chimique de base de la chimie de synthèse, notamment dans la fabrication de caoutchoucs synthétiques. Dans les raffineries, le pétrole est purifié puis stocké sous forme de gaz liquéfié dans d’énormes sphères pressurisées.
On emploie le pétrole comme matière première dans l’industrie chimique et dans la production de carburants. Le pétrole et ses dérivés sont utilisés dans différents secteurs d‘activités de production : de médicaments, de produits agrochimiques et alimentaires, des résines thermoplastiques et d’émulsions de latex, de matériaux de construction, de peintures et de fibres synthétiques, de détergents et de caoutchouc, ainsi que dans la production électrique.
En fait, notre civilisation industrielle moderne dépend du pétrole et de ses dérivés ; la structure physique et le mode de vie des communautés urbaines entourant les grandes villes sont le résultat d’un approvisionnement en pétrole à grande échelle et peu coûteux. C’est la première source d’énergie mondiale ; il fournit près de la moitié de la demande totale d’énergie primaire.
POTENTIALITES EN RESSOURCES PETROLIERES DE MADAGASCAR
Après avoir fait le tour d‘horizon sur le pétrole, ce chapitre sera consacré au cas de Madagascar, sur la formation des couvertures sédimentaires, la stratigraphie et les pièges, ainsi que la situation actuelle des activités pétrolières.
Il est à noter qu‘à l‘heure actuelle, il existe des structures comme : le Ministère des Mines et des Hydrocarbures (MMH), chargé de veiller et d‘assurer à la mise œuvre de la politique du gouvernement en matière de mines et d‘énergie, l‘Office des Mines Nationales et des Industries Stratégiques (OMNIS) généralement chargé de la mise en œuvre de la politique nationale en matière de recherche et d‘exploitation d‘hydrocarbures. Et l‘Office Malgaches des Hydrocarbure (OMH) chargé de la gestion du pétrole en aval (régulation, distribution Commercialisation). Ces deux offices sont tous deux sous tutelle du MMH.
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE PETROLE
I .1 PETROLE
I.1.1 Historique
I.1.2 Types de pétrole et leurs compositions chimiques
I.1.2.1 Asphaltènes
I.1.2.2 Hydrocarbures saturés
I.1.2.3 Hydrocarbures aromatiques
I.1.2.4 Asphaltènes et les résines
I.2 GENESE PETROLIERE
I.2.1 Gisements des hydrocarbures
I.2.2 Roche mère
I.2.3 Sédimentation
I.2.4 Migration
I.2.5 Roche réservoir
I.2.6 Roche couverture
I.2.7 Piège à hydrocarbures
I.2.8 Préservation du pétrole et du gaz
I.3 UTILISATION ET PAYS PRODUCTEURS DU PETROLE DANS LE MONDE
I.3.1 Utilisation
I.3.2 Pays producteurs du pétrole dans le monde
I.4 POTENTIALITES EN RESSOURCES PETROLIERES DE MADAGASCAR
I.4.1 Formation des couvertures sédimentaires malgaches
I.4.2 Chronostratigraphie et pièges rencontrées
I.4.3 Explorations et exploitations pétrolières à Madagascar
I.4.3.1 Différentes étapes de l’exploration pétrolière
CHAPITRE II : PRESENTATION DE LA ZONE D‘ETUDE
II.1 SITUATION GEOGRAPHIQUE DE LA ZONE D‘ETUDE
II.1.1 Localisation
II.2 CADRE HYDROGRAPHIQUE ET CLIMATIQUES
II.2.1 Cadre hydrographique
II.2.2 Cadre climatiques
II.3 CADRE GEOLOGIQUE DU BASSIN CENTRAL DE MAHAJANGA
II.3.1 Principales formation
II.3.1.1 Socle cristallin
II.3.1.2 Formations sédimentaires
II.3.2 Grandes étapes de l’histoire géologique de la région étudiée
II.4 CADRE STRUCTURALE
II.4.1 Formations Karroo
II.4.1.1 Groupe de la Sakamena
II.4.1.2 Groupe de l’Isalo
II.4.2 Formations Post Karroo
II.4.2.1 Jurassique
II.4.2.2 Crétacé
CHAPITRE III : BASES METHODOLOGIQUES
III.1 METHODE GRAVIMETRIQUE
III.1.1 Principe de base
III.1.2 Gravité théorique
III.1.3 Densité
III.1.4 Pesanteur mesurée en un point
III.1.5 Traitement des données gravimétriques
III.1.5.1 Anomalies gravimétriques
III.1.6 Anomalie de Bouguer
III.1.7 Application en exploration pétrolière
III.2 METHODE MAGNETIQUE
III.2.1 Principe de base
III.2.2 Susceptibilité magnétique
III.2.3 Origine du champ magnétique mesuré en un point
III.2.4 Schématisation du champ terrestre
III.2.5 Valeur théorique du champ magnétique terrestre
III.2.6 Traitement des données magnétiques
III.2.7 Anomalie magnétique
III.2.8 Application en exploration pétrolière
III.3 MODE D‘INTERPRETATION DES DONNEES
III.3.1 Méthode d’interprétation directe
III.3.2 Méthode d’interprétation indirecte
CHAPITRE IV : PRESENTATION DES DONNEES, TRAITEMENTS, MODELISATIONS ET SES INTERPRETATIONS
IV.1 PRESENTATION DES DONNEES
IV.1.1. Présentation des données
IV.1.1.1 Données géologiques
IV.1.1.2 Données de forages
IV.1.1.3 Données gravimétriques
IV.1.1.4 Données magnétiques
IV.2 PRESENTATION DES LOGICIELS DE TRAITEMENT DES DONNEES
IV.2.1 Oasis Montaj 6.4.2
IV.2.2 L’ArcGis10.1
IV.3 TRAITEMENTS DES DONNEES
IV.3.1 Elaboration des cartes
IV.3.2 Traitement et interprétation gravimétriques
IV.3.2.1 Interprétation qualitatives des données gravimétriques
IV.3.2.2 Signal analytique
IV.3.2.3 Superposition de la Carte géologique et la Carte gravimétrique
IV.3.3 Traitement et Interprétation magnétiques
IV.3.3.1 Interprétation qualitatives des données magnétique
IV.3.3.2 Signal analytique
IV.4 MODELISATIONS 2D ET SES INTERPRETATIONS
IV.4.1 Choix du profil à modéliser
IV.4.2 Technique de modélisation
IV.4.3 Interprétation du modèle A-A’
IV.4.4 Interprétation du modèle B-B’
IV.4.5 Interprétation du modèle C-C’
IV.5 SYNTHESE DES RESULTATS
CONCLUSION
REFERENCES WEBOGRAPHIQUES
ANNEXES
TABLES DES MATIERES
RESUME
ABSTRACT
