Upload
carly-walls
View
25
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
LES RESSOURCES FOSSILES. # Le charbon Hydrocarbures (HC - CH 4 ) # Le pétrole # Le gaz naturel les molécules deviennent de plus en plus complexes avec l’enfouissement # L’uranium. Aspects importants des activités de recherche et développement en géologie appliquée - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
# Le charbon Hydrocarbures(HC - CH4)
# Le pétrole
# Le gaz naturel les molécules deviennent de plus en plus complexes
avec l’enfouissement
# L’uranium
LES RESSOURCES FOSSILES
Aspects importants des activités de recherche et développement en géologie appliquée
Plusieurs questions:
-Comment se forment ces ressources?-Où se forment -elles?
-Comment sont elles contrôlées?-Combien de temps vont elles perdurer?
-Comment peut on les remplacer?
Introduction
Utilisation de ces ressources = usines, bâtiments, maisons, transports
Les réserves : dépôts connus et exploités
Les ressources : ensemble des réserves plus les dépôts non encore découverts ou exploités
Les ressources fossiles = matériaux non renouvelables (lenteur des processus de formation et de mise en place
/ à l’activité humaine)
Nécessité de trouver des énergies renouvelables ( énergie solaire, énergie nucléaire, combustion de bioalcool, éolienne) pour ne
pas être tributaire des énergies fossiles
Variation des différents types d’énergies utilisés depuis 1850 aux USA
Actuellement 90% = Charbon, pétrole et gaz
En France le pourcentage du nucléaire est relativement plus important76% de l’électricité produite vient de l’industrie du nucléaire
Evolution de la Société = changement des besoins énergétiques et des types d’énergies utilisés.
Industrie des 18ème et 19ème siècles = Charbon - en France, au Royaume-Uni (Angleterre, Pays de Galles), en Allemagne de l’Ouest etdans les Appalaches aux USA
En 1859 = premier puit de pétrole aux USA - Gaz-Pétrole = énergies de remplacement ducharbon.
Premiers puits de pétrole en Californie
Meilleure préservationDe l’environnement - Pas de production de poussières et fumées toxiques - Transport par pipelines
Historique
Dernier quart du 20ème siècle = introduction de l’énergie nucléaireEnergie prometteuse = coût moindre et plus sûre pour l’environnement.
Des problèmes seront très vite soulevés notamment au niveau de la gestion des déchets nucléaires et le coût de plus en plus
important de la sécurité du Nucléaire (Three mile island, Tchernobyl..).
SEDIMENTS
1) Charge terrigène provenant de l'érosion des continents qui se dépose sur les deltas qui est dispersée sur le plateau continental puis apportée au pied du talus continental
2) Charge allochimique provenant du bassin principalement de la couche de plancton
Dans les sédiments = 10 à 20% MATIERE ORGANIQUEMatière organique = hydrates de carbones/molécules organiques
Matière organique donne CO2 par oxydation
Une petite fraction seulement échappe au processus et est préservée, enfouie et transformée en matériaux utilisables comme combustible fossile (pétrole, charbon, gaz)
TOURBE
Pour éviter la décomposition à l’air = milieu très pauvre en oxygène très peu oxydant = grands marécagesLes plantes sont attaquées par des bactéries = libération oxygène et H2Oaugmentation relative du % de carbone Faible profondeur = tourbe (matériau brun, fibreux à 50% de carbone)Formation = sol gorgé d'eau - climat frais et humide.
végétaux hydrophiles (mousses, sphaignes, hypnacces, carex, roseaux, joncs...)
Tourbières acides à sphaignes au pH = 3,5 = climats pluvieux (Irlande)Tourbières alcalines à carex au pH > 6 = fonds de vallées.
Milieux fragiles : édification = 2 000 à 12 000 ans
En France = Tourbières non asséchées = superficie : 60 000 ha
Etude des pollens "fossiles " des tourbières= évolution végétation et climats depuis 12 000 ans.
D’un point de vue hydrologique : tourbières = réserves d’eauRôle important dans l’alimentation des nappes phréatiques Bon pouvoir épurateur
Enfouissement = élévation T et Pforte température = réactions chimiques
Libération des gaz (méthane, etc..) et de l’eau sous forme vapeur.
Enfouissement plus important Charbon souple à 70% de Carbone
LIGNITE
P augmente, gaz s’échappent = résidus carbonés solidesGisements de gaz associés au charbon = non exploitables
La lignite est transformée en houille = Charbon d’usage courant à 75% carbone
La pyrogénation (portée à haute T) de la houilledonne des hydrocarbures, du goudron, de L’ammoniac et un résidu : LE COKE
A partir de la houille on fabrique des matièresplastiques, des engrais et des carburants
HOUILLE
Niveaux soumis aux déformations du métamorphismeT et P favorisent encore la perte en eau et en volatiles. L’anthracite est formée.
Elle contient 90% de carbone.
Elle brule sans flamme et dégage unechaleur importante
ANTHRACITE
Où et quand s’est formé le charbon?
95% des ressources en combustible solide se trouvent dans l’hémisphère Nord et en particulier en ex-URSS (50%), en Amérique du Nord (15%), en Australie et en Chine (20%).
Deux grandes périodes géologiques sont liées à ces formations:
- Carbonifère Inférieur au Permien (360 à 245 MA)- Crétacé 144 MA et durant le tertiaire jusqu’à 1.6MA
Les tourbes datent du quaternaire
A partir de l’examen au microscope on distingue:
Le fusain (résidu de débris ligneux)
Le durain dur et mat (débris végétaux encore identifiables)
Le clairain dur et brillant (mélange de feuilles et spores dansun ciment amorphe)
Le vitrain (macéral - VITRINITE, EXINITE,INERTITE)qui provient de la pulvérisation des débris ligneux, des feuilles et des spores)
PROSPECTION = utilisation de deux indices : la cristallinité de l’illite et le pouvoir réflecteur de la vitrinite
I) La cristallinité de l’Illite
Enfouissement des sédiments dans les bassins = diagèneseModification de la minéralogie des argiles en fonction de la température
Passage progressif de la smectite à l’illite = f(T, enfouissement)
En corrélation avec la maturation des hydrates de carbones = f(T, enfouissement)
Analyse du matériau par diffraction des rayons X
Kaolinite ( T-O, d=7A°)
Pas de substitution dans les couches. Le feuillet est neutre.La kaolinite se forme dans les sols bien drainés, par pH acide, surtout en climat subtropical et tropical. Ses cristaux sont souvent grand (jusqu'à 15 µm).
Rappel sur les argiles
Illite (T-O-T, d=10Å) Association d'une couche octa (alumineuse) et deux couchetétra (siliceuses). Il peut y avoir des substitutions (remplacement de Si par Al).
Des cations (K+) sont adsorbés dans l'espace interfoliaire afin de compenser le déséquilibre des charges.
Sa structure est proche de la muscovite (plus d'eau, moins de K+).
Smectite (T-O-T, d= 14 A°)
Empilement des feuillets désordonné; Substitution d'atomes importantes. Désordre et faible charge des feuillets facilitent adsorption de molécules variées = eau, cations, molécules organiques L'espace interfoliaire s'écarte (d = 17 Å). Les smectites sont calciques, plus rarement sodiquesElles sont formées dans les sols mal drainés plutôt alcalins. Les feuillets de smectites peuvent s'intercalés avec d'autres feuillets argileux, souvent illitiques. L'ensemble forme les argiles interstratifiés.
Le passage de composés désorganisés et mal cristallisés (smectites) vers l’illite = étapes de l’enfouissement = f(T)
Cette réaction est fortement contrôlée par la température mais dépendégalement de la disponibilité en potassium, la proportion d’eau dans la roche, la pression etc..
On réalise une corrélation entre le rapport illite/smectite, la progressive mise en ordre des interstratifiés associés, et la température donc la profondeur d’enfouissement
Mesure de la Largeur mi-
Hauteur de laRaie à 9.3Å
De l’illite
Aussi appeléIndex de Kübler
Seule l’anchizone est
représentativedes gisements de
charbon utiles pour le chauffage
II) le pouvoir réflecteur de la vitrinite
Plus la durée d'enfouissement est longue, plus T et P sont élevées, plus le degré de fossilisation = le RANG est important (% C)Ce rang est mésuré par le pouvoir réflecteur Les macéraux (substances contenues dans toutes les formes de charbon)
Vitrinite = Tissus végétaux préservés de l'oxydation avant Enfouissement (le plus important en masse)
Exinite = macéral provenant des cires, résines et spores préservés de l'oxydation avant enfouissement Inertinite = restes des végétaux partiellement oxydés par des bactéries aérobies avant enfouissement.
Macéraux visibles sous microscope optiquecharbon broyé, enrobé dans résine polyester translucide et poli
Les vitrinites apparaissent en gris moyenles exinites en noir, les inertinites en blancs.
Largeur = 200µm
La réflectivité de la vitrinite est liée à l’indice de réfraction de la Vitrinite (ns), à l’indice de réfraction de l’huile dans lequel on immerge la préparation polie (nm) et le coefficient d’absorption deLa vitrinite (ks)
La réflectivité
Rv max% = Ro% x 1.066Ro % = 12 exp[-3.3 (H/C)] - (O/C)
On mesure Rv % sur une trentaine de grains de vitriniteCette réfléctivité permet de déterminer le rang du charbon soit sa teneur en C
Poids % C = 1200/[12 + (H/C) + 16 (O/C)]
Classement des charbons en fonction du pouvoir réflecteur de la vitrinite
0.2-0.5% Charbon brun proche de la tourbeRo(%) 0.6-2.0% charbon noir ou houille
2.0-5.0% AnthraciteNOTE: Le terme Coke est seulement utilisé pour décrire un charbon
dans lequel la vitrinite a été carbonisée à cause d’une élévation brutale
de la température(durant une intrusion granitique par ex.).
Ressources en charbon aux USAA la vitesse de consommation actuelle, il reste environ 400 ans de ressources en charbon pour les USA
Contrôle de l’utilisation du charbon au niveau environnementalCombustible fossile = problème de pollution / SO2 gaz(pyrite micro-divisée présente dans les charbons) qui lorsqu’il se combine à l’eau de pluie forment les pluies acides (USA, Canada, Scandinavie et Europe de l’Est).
Zones des pluies acides USADestruction des monumentsPar les pluies acides
pétrole et gaz naturel associé = décomposition sur lesfonds sous-marins côtiers de plantes aquatiques et organismes marins (plancton) Ils s’enfouissent progressivement dans les sédiments peu riches en oxygène. Pas d’oxydation en CO2
Décomposition des molécules complexes (lipides, protéines et hydrates de carbone) par les bactéries = soustraction de O et N
production d’huiles et de gaz (C et H) = hydrocarbures
La compaction des sédiments en « roche -mère » sédimentaire entraînela migration des fluides vers des « roches réservoirs » poreuses comme les grès ou les calcaires.
Les fluides sont présents en général à la surface d’une eau saumâtre associée.
porosité = volume de vides / volume total d'un matériau, roche ou sédiment. Sédiments poreux = sables et les graviers Sédiment peu ou non poreux = argiles Si on empile des sphères (particules) de taille égale leurs axes forment un réseau cubique, le pourcentage des vides, soit l'espace disponible pour le fluide, est de 47,6% C'est un empilement cubique.
empilement maximum des sphères (sans les déformer) =Empilement rhomboédrique, avec un espace de vides de 25,9%
Les porosités sont plus faibles si les particules du sédiments ne sont pas de taille uniforme Distinction de deux concepts : porosité et perméabilité.
Porosité = pourcentage de vides par unité de volume dans un sédiment ou une roche. Perméabilité = capacité du sédiment ou de la roche à transporter les fluides qui se trouvent dans les pores = connexion des pores
Formation des hydrocarbures - roche mère
T< 50°C
T< 150°C
P < 1500 Bars
Graphite
Kérogène
Kérogène = pétrole embryonnaire = maturation avec la T et P
Action des bactéries
Compaction des sédiments en roches et formation des huiles
Migration vers les roches réservoirs = « pièges à pétrole »
grès
argile
zones imperméablesqui empêchent laremontée des fluides
Différentes méthodes de Récupération du pétrole
1) Les trois premières figures montrent des processus naturels d’extraction (eau,
pression du gaz et gaz dissous) - 30% extraits
4) injection d’eau et récupérationpar pompage
5) Injection de vapeur très chaudeAbaissement de la viscosité
6) Injection de produits chimiquesqui vont se dissoudre dans le pétrole
et abaisser sa viscosité, il ne colle plus À la roche réservoir
Où et quand s’est formé le pétrole?
C’est un processus continu de formation depuis le Précambrien
Cependant 4 périodes de temps marquent la production:
1) Le Dévonien (360-340 MA)
2) Le Carbonifère-Permien (310 -250 MA)
3) Le Jurassique-Crétacé (150-70 MA)
4) L’Oligocène-Miocène (35-12 MA)
Réserves mondiales estiméesde pétrole brut, 1995
Ressources utilisables nonrenouvelables
Une centaine d’années de réservesAvec la consommation actuelle
Le pétrole , source de pollutionComme le charbon, le pétrole est une importante source de pollution,
notamment en CO2 lors de la combustion. Les accidents sur les sites d’exploitation ou lors de
« marées noires » sont autant de pollutions locales qui mettent du temps à se résorber (environ 20 ans).
Le gaz naturel (99% de méthane) est moins polluant et de nouvelles sources sont actuellement découvertes.
1ère utilisation en 1944 : la bombe atomique
Les physiciens préconisentune application nonmilitaire de l’énergienucléaire : La fissionde noyaux d’235U
Réserves d’Uranium
Faible concentration dans la croûte: 2ppm
En filons dans les granites et roches acides :quelques centaines de ppm
dans les minéraux tels les zircons, le sphène ou l’apatite
Minerai d’uranium = la pechblende (sous forme UO2)
Les plus grandes réserves sont associées aux roches magmatiques
On en trouve également dans les roches sédimentairesU4+ comme dans UO2 se transforme facilement en U6+ qui va
donner (UO2)2+ soluble dans les carbonates, sulfates et fluorures
Principaux types de dépôts d’Uaux USA
Dissolution en eaux acides, puis accumulation dans des zonesplus réductrices
Energie solaire
Conversion de l’énergie solaire en chaleur, chauffage de l’eau et production d’électricité