Le pétrole : de la découverte à l’exploitation – Comprendre une procédure complexe mais dynamique »
Le pétrole, né du latin petra et oleum, soit « huile de pierre » est une huile minérale naturelle utilisée comme source d’énergie. Il est issu d’un mélange variable d’hydrocarbures (molécules composées d’atomes de carbone et d’hydrogène) associé à d’autres atomes, principalement de soufre, d’azote et d’oxygène. Certains de ses composants peuvent être gazeux, liquides et parfois solides selon la température et la pression. Cela explique la consistance variable du pétrole, plus ou moins visqueuse ou liquide.
La procédure de la découverte à l’exploitation du pétrole comprend plusieurs étapes, notamment l’exploration géologique, la découverte, l’évaluation de la production, la construction d’infrastructures et l’exploitation.
L’exploitation du pétrole comme source d’énergie, dite fossile, est l’un des piliers de l’économie industrielle contemporaine. Dense, facilement stockable et transportable, le pétrole fournit la quasi-totalité des carburants liquides. Il est aussi fréquemment utilisé pour la pétrochimie (caoutchoucs, plastiques, textiles, chimie).
Sa constitution est issue de la géologique d’un lieu et plus spécifiquement de la succession de trois phases :
- La phase d’accumulation de matière organique dans les profondeurs lors de la sédimentation. Cette matière est essentiellement d’origine végétale;
La phase de maturation en hydrocarbures, moment où la matière se transforme avec l’augmentation de la pression et de la température. Elle est d’abord transformée en kérogène. A haute température, le kérogène subit une décomposition thermique, appelée pyrolyse, qui expulse les hydrocarbures. Plus le sédiment est profond et chaud, plus la part de gaz (hydrocarbures légers) est importante;
- La phase de migration et piégeage : sous la pression croissante, une partie des hydrocarbures migrevers la surface, où elle s’oxyde ou subit une biodégradation. L’autre partie migre jusqu’à rester piégée dans une roche poreuse et perméable, source d’un futur gisement de pétrole, si le piège est fermé.
Sa constitution est issue de la géologique d’un lieu et plus spécifiquement de la succession de trois phases :
- La phase d’accumulation de matière organique dans les profondeurs lors de la sédimentation. Cette matière est essentiellement d’origine végétale;
La phase de maturation en hydrocarbures, moment où la matière se transforme avec l’augmentation de la pression et de la température. Elle est d’abord transformée en kérogène. A haute température, le kérogène subit une décomposition thermique, appelée pyrolyse, qui expulse les hydrocarbures. Plus le sédiment est profond et chaud, plus la part de gaz (hydrocarbures légers) est importante;
- La phase de migration et piégeage : sous la pression croissante, une partie des hydrocarbures migrevers la surface, où elle s’oxyde ou subit une biodégradation. L’autre partie migre jusqu’à rester piégée dans une roche poreuse et perméable, source d’un futur gisement de pétrole, si le piège est fermé.
Une procédure complexe mais dynamique ?
L’exploitation du pétrole se subdivise schématiquement en deux étapes : en amont (complexe) et en aval (dynamique).
- Complexe en amont
Les compagnies pétrolières effectuent des recherches géologiques pour trouver du pétrole en utilisant des techniques d’exploration sismique qui impliquent l’utilisation d’ondes sonores pour cartographier les couches de roches et de sédiments sous la surface de la terre. Les données recueillies sont ensuite analysées pour identifier les structures géologiques qui pourraient contenir du pétrole. Les compagnies pétrolières peuvent également utiliser des techniques de forage exploratoire pour prélever des échantillons de roche et de sédiments afin de déterminer leur composition et leur potentiel en hydrocarbures. Après l’étude détaillée des structures géologiques en surface et en profondeur, et leur imagerie par la sismique, seul le forage peut certifier la présence de pétrole. Les profondeurs de forage dans la terre varient le plus souvent entre 2 000 et 4 000 m.
Les compagnies pétrolières évaluent la production de pétrole en utilisant diverses techniques telles que les tests de production, l’analyse des données de forage, la surveillance des réservoirs, les études sismiques et la modélisation des réservoirs. Les tests de production impliquent la mesure de la quantité de pétrole produite par un puits pendant une certaine période de temps. L’analyse des données de forage permet de déterminer les caractéristiques du réservoir, telles que la porosité et la perméabilité, qui affectent la production de pétrole. La surveillance des réservoirs implique l’utilisation de capteurs pour mesurer la pression et la température à l’intérieur du réservoir. Les études sismiques utilisent des ondes sonores pour créer une image du sous-sol et identifier les zones potentiellement productrices de pétrole. Enfin, la modélisation des réservoirs utilise des logiciels pour simuler le comportement du réservoir et prédire la production future de pétrole.
La phase de production, et plus précisément d’extraction du pétrole, nécessite des techniques complexes : le maillage du réservoir par des puits multiples, le maintien de la pression du réservoir par injection d’eau et/ou de gaz, la séparation pétrole/gaz en surface et l’expédition vers les marchés.
L’optimisation de la production finale est corrélée au choix crucial de l’emplacement et de la trajectoire des puits ainsi qu’à une gestion rigoureuse des réservoirs. En moyenne, seulement 35% des réserves en place peuvent être extraites.
L’exploration et la production ont prioritairement été effectuées à terre par facilité d’accès. Depuis les dernières décennies, les développements s’orientent aussi vers l’offshore (forage en mer) évoluant vers des techniques plus complexes et des eaux plus profondes.
Dynamique en aval
Le pétrole brut n’est pas utilisé tel quel et nécessite une transformation : le raffinage. Il consiste en premier lieu à distiller le pétrole afin de séparer les hydrocarbures suivant leur densité. Au fil du temps, nombre de procédés ont été développés (craquage, reformage) pour accroître la part des hydrocarbures les plus profitables (ex : essence et gazole) en diminuant celle de fioul lourd, et pour rendre les carburants plus propres à l’emploi (élimination du soufre).
Les zones de production sont le plus souvent éloignées des zones de consommation. Pour acheminer le pétrole d’une zone à l’autre, deux modes de transports principaux sont utilisés : l’oléoduc (ou pipeline) et le pétrolier par voie maritime.
Des infrastructures énormes
Les infrastructures nécessaires pour exploiter le pétrole sont multiples et varient en fonction des différentes étapes de la chaine de production :
Les puits de forage : Ils permettent d’extraire le pétrole du sol. Ils sont généralement creusés à une profondeur de plusieurs kilomètres.
Les pipelines : Ils servent à transporter le pétrole du site d’extraction vers les raffineries et les terminaux de stockage. Les pipelines sont souvent construits sur de longues distances pour relier les différents sites de production.
Les raffineries : Elles permettent de transformer le pétrole brut en produits pétroliers tels que l’essence, le diesel et le fioul. Les raffineries sont souvent situées à proximité des terminaux de stockage pour faciliter la distribution des produits finis.
Les terminaux de stockage : Ils servent à stocker les produits pétroliers avant leur distribution aux consommateurs finaux. Les terminaux de stockage peuvent être situés à proximité des raffineries ou des ports pour faciliter leur transport.
Les navires-citernes : Ils sont utilisés pour transporter le pétrole brut ou les produits pétroliers entre les différents sites de production, les raffineries et les terminaux de stockage. Les navires-citernes peuvent transporter des quantités importantes de pétrole sur de longues distances.
