7 - QUEL AVENIR POUR LES COMBUSTIBLES FOSSILES ?
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« roches mères » –, de sa structure macromoléculaire [5, 8] et de son évolution thermique lors de l'enfouissement des sédiments ont d'abord permis une approche qualitative des zones favorables. Des indicateurs semi-quantitatifs, tels que la reconstitution de l'enfouissement progressif des sédiments, l'évolution des propriétés
optiques de la matière organique (réflectance, coloration des spores et pollens) ont
appuyé cette démarche. Mais c'est surtout l'application des méthodes physiques
et chimiques d'analyse (analyse élémentaire, pyrolyse en atmosphère contrôlée,
spectroscopie infrarouge et résonance magnétique nucléaire appliquées aux particules solides de kérogène) qui ont permis de quantifier la qualité et l'état d'évolution thermique de la matière organique.
Une avancée décisive a été la démonstration du fait que les formulations classiques
de la cinétique chimique, en particulier celle des réactions d'ordre 1 pour la dépolymérisation, et la loi d'ARRHENIUS pour rendre compte de l'influence de la température sur les vitesses de réaction, pouvaient encore s'appliquer à des réactions couvrant des millions d'années. Cette approche a permis, pour la première fois, d'introduire explicitement le temps géologique qui permet une chronologie des phénomènes : dépôt des roches mères, début et maximum de la formation du pétrole,
puis du gaz par craquage, et de les comparer aux époques géologiques de dépôt
des roches qui constitueront les réservoirs (sables, grès, calcaires) et de celles qui
en seront les couvertures (argiles, marnes, sel). De plus, cette avancée des connaissances a permis la simulation en laboratoire de l'évolution thermique du kérogène,
et la détermination, par cette voie, des diverses énergies d'activation [10], qui permettent, via le formalisme d'ARRHENIUS, de rendre compte de l'action de la température, croissante avec l'enfouissement, sur les vitesses de conversion en hydrocarbures de chaque type de matière organique.
L'étape suivante, dont nous sommes encore loin d'avoir tiré tous les bénéfices, a
consisté à modéliser à partir de ces données la formation du pétrole et du gaz, puis
à bâtir, autour de ce modèle, d'autres modèles respectivement consacrés à la compaction progressive des sédiments et à l'évolution thermique du bassin, puis, en
aval, un module traitant l'expulsion des hydrocarbures hors de la roche où ils se
sont formés et leur accumulation pour former des gisements [4, 12]. On obtient ainsi
la répartition, en fonction du temps géologique, des quantités de pétrole et de gaz
formés dans les roches mères, puis leur répartition dans le bassin après expulsion
hors de ces roches, enfin la localisation des points d'accumulation possibles. Au
cours des dernières années, on s'est efforcé de développer des modèles compositionnels, qui associent cinétique chimique et thermodynamique et permettent de
prévoir non seulement la nature des fluides (pétrole, gaz), mais aussi la composition des pétroles qui en détermine l'intérêt économique.
Ces modèles présentent plusieurs niveaux de difficulté sur lesquels la recherche
apporte constamment de nouveaux progrès. On peut citer, par exemple, l'importance du nombre de mailles qui a d'abord concentré les développements sur les
modèles à deux dimensions, même si des outils 3D sont testés depuis plusieurs
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« roches mères » –, de sa structure macromoléculaire [5, 8] et de son évolution thermique lors de l'enfouissement des sédiments ont d'abord permis une approche qualitative des zones favorables. Des indicateurs semi-quantitatifs, tels que la reconstitution de l'enfouissement progressif des sédiments, l'évolution des propriétés
optiques de la matière organique (réflectance, coloration des spores et pollens) ont
appuyé cette démarche. Mais c'est surtout l'application des méthodes physiques
et chimiques d'analyse (analyse élémentaire, pyrolyse en atmosphère contrôlée,
spectroscopie infrarouge et résonance magnétique nucléaire appliquées aux particules solides de kérogène) qui ont permis de quantifier la qualité et l'état d'évolution thermique de la matière organique.
Une avancée décisive a été la démonstration du fait que les formulations classiques
de la cinétique chimique, en particulier celle des réactions d'ordre 1 pour la dépolymérisation, et la loi d'ARRHENIUS pour rendre compte de l'influence de la température sur les vitesses de réaction, pouvaient encore s'appliquer à des réactions couvrant des millions d'années. Cette approche a permis, pour la première fois, d'introduire explicitement le temps géologique qui permet une chronologie des phénomènes : dépôt des roches mères, début et maximum de la formation du pétrole,
puis du gaz par craquage, et de les comparer aux époques géologiques de dépôt
des roches qui constitueront les réservoirs (sables, grès, calcaires) et de celles qui
en seront les couvertures (argiles, marnes, sel). De plus, cette avancée des connaissances a permis la simulation en laboratoire de l'évolution thermique du kérogène,
et la détermination, par cette voie, des diverses énergies d'activation [10], qui permettent, via le formalisme d'ARRHENIUS, de rendre compte de l'action de la température, croissante avec l'enfouissement, sur les vitesses de conversion en hydrocarbures de chaque type de matière organique.
L'étape suivante, dont nous sommes encore loin d'avoir tiré tous les bénéfices, a
consisté à modéliser à partir de ces données la formation du pétrole et du gaz, puis
à bâtir, autour de ce modèle, d'autres modèles respectivement consacrés à la compaction progressive des sédiments et à l'évolution thermique du bassin, puis, en
aval, un module traitant l'expulsion des hydrocarbures hors de la roche où ils se
sont formés et leur accumulation pour former des gisements [4, 12]. On obtient ainsi
la répartition, en fonction du temps géologique, des quantités de pétrole et de gaz
formés dans les roches mères, puis leur répartition dans le bassin après expulsion
hors de ces roches, enfin la localisation des points d'accumulation possibles. Au
cours des dernières années, on s'est efforcé de développer des modèles compositionnels, qui associent cinétique chimique et thermodynamique et permettent de
prévoir non seulement la nature des fluides (pétrole, gaz), mais aussi la composition des pétroles qui en détermine l'intérêt économique.
Ces modèles présentent plusieurs niveaux de difficulté sur lesquels la recherche
apporte constamment de nouveaux progrès. On peut citer, par exemple, l'importance du nombre de mailles qui a d'abord concentré les développements sur les
modèles à deux dimensions, même si des outils 3D sont testés depuis plusieurs