Origine des énergies fossiles : pétrole et charbon

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Que signifie énergie fossile ?

Définition : pétrole et charbons sont dits fossiles car ils proviennent respectivement d’anciens êtres vivants aquatiques et continentaux dont la matière s’est fossilisée.

Quelles sont les conditions nécessaires à la formation de ces combustibles dont la société moderne est si friande ?

En permanence, dans tous les écosystèmes des organismes meurent. Ils sont composés pour l’essentiel de carbone, d’hydrogène, d’azote et d’oxygène constituant des molécules complexes (dites organiques) comme les protéines, les lipides, les glucides et les acides nucléiques. En règle générale, ces molécules organiques sont re-minéralisées et ainsi recyclées au sein même de la biosphère. Ainsi par exemple le dioxyde de carbone issu de cette décomposition par respiration ou fermentation est réutilisé par les végétaux chlorophylliens vivants au cours de la photosynthèse.

Mais si les combustibles fossiles peuvent se former c’est que ce processus de minéralisation des matières organiques est interrompu.

Partie 1 : formation du pétrole

Comment se forme le pétrole ? Tout commence lors du processus géologique de sédimentation qui consiste à déposer des éléments rocheux et organiques (reste de cadavres) dans des bassins sédimentaires aquatiques (mais parfois continentaux) et notamment dans différentes zones océaniques : sur les côtes (delta, estuaire), sur le talus continental (gisement dit offshore), sur le glacis océanique (à grande profondeur).

Apparition du kérogène

Cette matière organique ainsi piégée dans le sédiment minéral subit une première transformation par les bactéries en début de sédimentation, et conduit à la formation d’un composé solide appelé kérogène, disséminé sous forme de petits filets dans la partie minérale qui s’appellera la roche mère.

Au cours des temps géologiques, les zones de sédimentation s’enfoncent faisant augmenter la pression et la température : le kérogène subit alors une décomposition d’origine thermique, la pyrolyse. Dans un premier temps, cette décomposition expulse de l’eau et du CO2 du kérogène.

Formation du pétrole et du méthane

Puis les températures devenant croissantes avec les temps géologiques, le kérogène expulse des hydrocarbures liquides : le pétrole (encore appelé huile) et du gaz : le méthane.
Compte tenu de la vitesse d’enfoncement, il faut quelques millions d’années pour que le kérogène se transforme partiellement, sous l’effet de la chaleur, en pétrole, gaz, CO2 et eau.

Pyrolyse, migration primaire et apparition du gaz

Chaque petit filet de kérogène de la roche mère va donc se transformer en un mélange contenant de l’eau, des hydrocarbures liquides, du gaz et un résidu solide fortement carboné. Seules les roches mères relativement imperméables (donc à grain fin) peuvent retenir le kérogène suffisamment longtemps pour qu’il ait le temps de se transformer de manière importante, mais cette imperméabilité a pour conséquence que le résultat de la pyrolyse est dans un premier temps retenu prisonnier dans la roche de manière très dispersée. C’est l’apparition du gaz, au fur et à mesure que le kérogène est porté à une température croissante, qui achève la pyrolyse. La pression du gaz dans les petites poches qui contiennent le kérogène initial augmente avec la profondeur, et lorsque cette pression devient suffisante les fractions liquide et gazeuse sont progressivement expulsées de la roche mère : C’est la migration primaire.

Formation de nouveaux hydrocarbures

Puis vient la migration secondaire où ces fractions s’écoulent le long des couches perméables qui voisinent les couches de roche mère, en se dirigeant vers la surface qu’elles atteindront si aucune roche imperméable ne s’y oppose.

Si les gaz s’échappent, la fraction liquide est dégradée par l’action des bactéries formant des sables bitumineux (ou asphaltiques). S’il existe une roche imperméable, alors leur migration est bloquée et les hydrocarbures restent bloqués dans une autre roche dite réservoir.

Enfin, par les mouvements tectoniques, cette roche réservoir peut être enfouie, ce qui déclenche une nouvelle pyrolyse à l’origine de nouveaux hydrocarbures.

Partie 2 : formation du charbon

Comment se forme le charbon ? Tout commence, cette fois, sur le continent, en bordure d’un bassin sédimentaire (lagune ou lac : schéma 1). Des mouvements tectoniques provoquent la montée du niveau de la mer : la végétation (arbres, fougères, mousses…), noyée, meurt (schéma 2). Les arbres et les débris végétaux s’accumulent et sont recouverts de masses de boue et de sable sous l’effet de la sédimentation et de l’enfoncement de la zone sédimentaire (schémas 2 et 3). La végétation peut réapparaître sur ces différentes strates si les conditions sont favorables (schéma 4). Cet enfouissement met aussi l’ensemble de cette matière organique à l’abri du dioxygène et évite ainsi leur minéralisation, ce qui conduit à une variété particulière de kérogène, qui est dominant dans le sédiment au lieu d’y être minoritaire comme dans le cas du pétrole.

Apparition de la tourbe

Le premier stade de sédimentation conduit à la tourbe. Lors de l’enfouissement, la pyrolyse conduit ensuite à du lignite, puis de la houille, puis de l’anthracite, qui est du carbone presque pur (95%), généralement situé le plus en profondeur. Comme les autres kérogènes, le charbon produit du pétrole et du gaz au cours de son enfouissement, bien qu’en moindres quantités que lors de la formation du pétrole.

Les combustibles fossiles sont donc des restes d’organismes vivants non minéralisés. Ils constituent ainsi une réserve importante de carbone organique contenue dans la lithosphère et exclue du cycle du carbone.

Leur combustion par les activités humaines libère donc ce carbone sous forme de dioxyde de carbone qui vient augmenter sa concentration atmosphérique et ainsi contribuer au réchauffement climatique par effet de serre, dont ton prof de soutien scolaire en ligne te propose une révision complète :