Ressources énergétiques (en )

Les ressources énergétiques
Principales ressources énergétiques fossiles :
MO autochtones (généralement charbon)
MO allochtones (les hydrocarbures)
Matière organique fossile :
Introduction :
(Doc 1) Le cycle du carbone. 2 grands cycles. MO typiquement sédimentaire et l'autre biologique
pure. Photosynthèse est responsable du piégeage d'une partie du carbone qui alors peut intégrer le
cycle pédologique. Le cycle biologique est assez court en années tandis que celui sédimentaire est
sur plusieurs millions d'années. Le stock sédimentaire est plus important que la biomasse piégée. Le
stock sédimentaire est de l'ordre de 1019kg alors que l'on estime à 1015kg celui de la biomasse.
Stocké sous forme solide, liquide ou gazeux la MO donne du charbon (stock le plus important
1016kg qui est un stock solide). Les roches carbonatées (calcaires, craie, dolomie, marne, ...) sont
le plus gros stock de carbone (7.1015kg)
(Doc 2) Ce stock est assez bien réparti sur l'ensemble du globe entre les continents et les zones
aqueuses. Productivité primaire continentale et marine quasi identique. Mais cela dépend de régions
étudiées (déserts, forêts tropicales, océans tropicaux, arctiques, ..). C'est au niveau du domaine
marin est précisément sur les plateaux continentaux que l'on a la plus forte production.
(Doc 3) Les zones de productivité du phytoplancton les plus fortes sont au niveau des up-weeling.
Mais celles-ci ne proposent généralement pas de bons endroits de production organique ultérieurs.
La MO est très vite recyclée, moins de 1% de la productivité est incorporée au sol. En
domaine continental cela donne du charbon, en domaine marin on a à faire à des hydrocarbures. Il
faut un milieu de sédimentation calme et anoxique. Milieu à taux de sédimentation rapide. Les
hydrocarbures sont un sous produit de la dégradation thermique de la MO. Enfouissement minimal
entre 1500 et 2200m de profondeur. Ils migrent vers des sédiments à granulométrie plus grossière
car comme il faut une sédimentation fine on a la formation d'argiles, la migration des hydrocarbures
se fait donc vers des sédiments pauvres en MO.
Certaines périodes géologiques sont favorables à la déposition de MO. Celle-ci est donc
hétéroclite dans le temps et l'espace.
Il faut de fortes concentrations en MO pour donner des charbon tandis que de faibles
suffisent pour les pétroles et gaz. Dans les périodes géologiques favorables cela correspond à des
transgressions marines importante ce qui entraîne la formation de la roche mère.
A) Formation d'un gisement :
Dépôt d'un sédiment riche en MO. Elle se fait à partir d'organismes ou d'apports de molécules
organiques et de bonnes conditions de préservation. Protection de l'oxygénation et de la dégradation
par des organismes anaérobies (milieu réducteur favorables à cette préservation).
Transformation partielle dite cracking qui détruit les liaisons chimiques de la MO
libérant ainsi différents types de molécules. Cette zone est appelée fenêtre à l'huile. Les
températures doivent se situer entre 60°C et 300°C.
On obtient 2 phases : l'une solide (résidus plus ou moins aromatique) et l'autre liquide
appelée fraction mobile (les bitumes et pétroles).
Expulsion des fluides, échappement de la roche mère pour se retrouver dans une roche
réservoir. La roche mère est en général une roche à faible granulométrie, faible perméabilité ce qui
explique la difficulté à expulser les hydrocarbures.
Si l'évolution tardive de la MO est courte ou brutale, l'altération chimique entraîne un
allègement des huiles qui leur permet de mieux migrer mais ce qui entraîne une diminution de leur
taille (les chaînes carbonées se raccourcissent, le maximum de réduction est le méthane CH4).
L'attaque par des microorganismes, la biodégradation entraîne un alourdissement des huiles dans le
piège pétrolifère.
C, H, O, N, S sont les éléments fondamentaux mais on trouve aussi des éléments
métalliques associés Pb, Ni, Cr, Va, Fe, Cu, ... Le calcaire noir par exemple contient de la
calcopyrite (« or des fous » CuFeS2 Sulfures)
Les éléments de bases sont issus :
 des organismes procaryotes (bactéries, cyanobactéries) eucaryotes unicellulaires,
phytoplancton et zooplancton et aussi des pluricellulaires (végétaux surtout et animaux)
 des espèces chimiques : protéines, carbohydrates (glucides, cellulose, chitine), lipides
(esters, acides gras, alcool, lignine)
Les sédiments contiennent en général moins de 0,5% de MO. Exceptionnellement jusqu'à 5 %
poids de MO en poids total.
(doc 4) Analyse par fractionnement successif :
Partie mobile extrêmement faible sur le volume de roche mère. Selon l'âge du sédiment pas
les mêmes quantités.
Pour mesurer la MO utile (mobilisable) dans un roche, on utilise les instruments de
pédologie. Une partie des éléments sont encore hydrolysables. On va donc solubiliser les acides, il
ne restera que l'humus qui représente 90% à 100% de la MO. Géochimie pétrolière : isolement par
destruction de la phase minérale acide fluorhydrique ou chlorhydrique, on a alors que la MO.
II La fraction insoluble soit les kérogènes :
Évolution des kérogènes :
Les éléments figurés : dans la MO terrestre fragments de tissus qui ont plus ou moins concerné leur
structure. Cela constitue les groupes macéraux.
MO en relation avec le type de tissu :
 exinites : cires, spores, cuticules, pollen. Réduit (gel colloïdaux)
 vitrinites : gels humiques
 inertites : vestiges, fusain
Les phénomènes de remaniement sont très importants : la MO provient de l'érosion de roche
sédimentaire avec des restes organiques.
Micro fossiles organiques (dinoflagellés, chlorophycées, Acritarches, Chitinozoaires)
(doc 5) Kérogènes amorphes: types de kérogènes
Diagramme de Van Kreuelen 3 types I, II, III en fonction des rapports atomiques entre
H/C et O/C.
Type I : kérogènes lacustres, rapport O/C faible H/C important (très fort potentiel pétrolier)
Type II : kérogènes océaniques
Type III : kérogènes continentaux (charbon) O/C important H/C faible (fort potentiel
gazier. Fleuve indonésien Mahakam)
Si la diagenèse est limitée les charbons n'ont pas un bon potentiel calorifique. En
revanche plus la température et la pression augmentent plus on a un bon charbon.
Les bitumes ne sont pas composés que de C, H. Ils sont distribués dans 2 grandes familles si
ils ont des cycles aromatiques.
Sédiments anciens :
 non aromatiques H et C saturés
 cyclique
 non cyclique
Les biomarqueurs sont des molécules organiques contenues dans les bitumes.
 Stéroïdes : cholestérol des organismes membrane zoo et phytoplancton
 Isoprénoïdes : structure comparable à la chlorophylle
 Hopanoïdes : éléments fréquents des membranes cellulaires des procaryotes.
III Formation et migration des hydrocarbures :
(doc 6) Les hydrocarbures sont quasiment tous allochtones. Ils peuvent parcourir
quasiment 100km.
Migration primaire : expulsion des hydrocarbures de la roche mère. On trouve de l'eau,
minéraux et hydrocarbures qui suivent l'eau. Le moteur de cette expulsion est la charge
sédimentaire qui entraîne une baisse de la porosité.
Migration secondaire : migration vers des horizons poreux mais néanmoins dominés par les
forces de gravité (pression sur les hydrocarbures) des hydrocarbures.
Le dismigration est la fuite des hydrocarbures du piège. Cela produit des feux éternels
(Bakou en Mer Noire) ou encore des lacs de bitume comme à Pitch lake (île de la Trinidad au Nord
du Vénézuela qui permis aux Anglais au XVIII d'avoir des routes goudronnées à Londres.
IV Autres combustibles carbonés :
Les charbons : Quasiment que des végétaux. Roche sédentaire déposée en milieu
continental sous une couverture aqueuse limité et pratiquement permanente. Le plus souvent les
charbons sont allochtones; stratifiés leur transfert est généralement limité. Zone lacustre, littoral
assez protégé des zones détritiques (bassins paraliques, ...)
Carbonification : traitement pyrolithique (crackage) traitement faible si le charbon est
ancien (vu qu'il a perdu sa fraction gazeuse). Formé au tertiaire pour les plus jeunes sinon
Carbonifère essentiellement.
Tourbe <65%
Lignite 65-75%
Houille 75-85%
Anthracite 85-95%
Graphite 100%
2 grands types de charbons :
Thermique : bassin paralique, limnique. Végétaux supérieurs
Sapropélique : sédimentation alguaire lacustre
Schistes bitumineux : produire de l'huile (pyrolyse industrielle)
C'est la pyrolyse qui détermine le rendement d'un gisement de schistes.
V La pyrolyse Rock-Eval : année 70-73 actuellement, on utilise la IIIème.
(doc 7) On fait bruler une roche et l'on évalue son potentiel de rétention de MO. On fait
chauffer la roche et s'en suit des libérations de Co2, hydrocarbures que l'on étudie ensuite.
Le second pic on renseigne sur le traitement nécessaire à faire subir à la roche pour l'utiliser.
Perspectives :
Les réserves de charbon sont considérables 1000GT dont on exploite 80% des réserves
connues. 500MT sont exploitables techniquement et économiquement. Bonne répartition du
charbon de part le monde. 80 pays en exploitent USA, Canada, Russie, Colombie. Il n'y a pas de
pression politique sur le charbon ce qui explique son faible coût et la stabilité des prix.
Les réserves : 23% Amérique du Nord. 15% Indes, 13% Chine (en 2003 1,1MT), 12%
Europe, 12% Afrique, Russie 10%, 9% Australie.
Les USA et l'Australie sont les principaux exportateurs. Il faut 1M d'années pour produire 1
année de consommation de charbon. 1 tonne de pétrole = 1 tonne de charbon.
On estime que le pétrole va « disparaître » en 2100 mais c'est très hypothétique. Vu
l'actualité la consommation diminue et les réserves sont ce que les pays veulent bien dire.




Dans le cas des roches carbonées on estime à :
7-6% les sables bitumineux
7-8% les gaz
77-80% le charbon
5% les hydrocarbures
Le pétrole est exploité depuis 5000ans pour le calfatage des bateaux puis au XIIème siècle on
connait un puits descendant jusqu'à 1100M. 1745 premier puits en Alsace, 1840 l'huile est extraite à
Autun dans le Massif Central, 1859 premier puits industriels percé par Francis DRAKE. L'huile est
tout d'abord utilisée pour faire des bougies et des lubrifiants pour les machines. En 1861 on met
l'huile dans des tonneaux « barrels » de 159L qui est encore l'unité.
On distingue 2 pics :
Celui d'Hubbert : pic de production d'un gisement
Le peack oil : maximum de production
Mais ce dernier pic, bouge à cause des récentes découvertes.
Réserves prouvées : 100% d'exploitation
Réserves probables : 50%
Réserves possibles : 25%
En 1930, 1ère exploitation en France. Production franco-américaine (ESSO). Consommation
x15 entre 47 et 73. Le pétrole est l'énergie du XIXème siècle. En 1982 40% de la consommation
mondiale était d'origine pétrolifère.
1973 : premier choc pétrolier les prix x2
1974 : second choc pétrolier les prix x2
1979-80 : Guerre Iran-Irak augmentation de 22$
2005 : le baril est à 60$
2007 : le baril est à 100$
L'énergie en France
Peu de ressources en France, alors que les voisins en ont beaucoup. 250MYT d'EP alors que
nous en produisons seulement 3%. Actuellement c'est >3%. Les énergies renouvelable,
hydrolique, déchets, solaire, vent, bois entre 6,5 et 7 % de nos besoins. L'électricité d'origine
nucléaire couvre 40% de notre consommation. L'EU totabilise 11% d'énergie produite par le
nucléaire. 4Ème position de la France dans le nombre de centrale nucléaire derrière le Japon,
l'Allemagne, les USA. La consommation par habitant nous pose en 13ème position. 58 réacteurs en
France produisant 63 à 68GWatts qui est le 2ème rang après la Suède (Canada, Japon, Suède,
Ukraine)
On est un des pays le moins émetteur de gaz à effet de serre. 14Ème place face à
l'indépendance énergétique.
Le charbon : la production est inexistante depuis 2004. 3 grands bassins : le Nord Pas de
Calais, Lorrain et Centralien.
1982-83 les charbonages de France recrute 12 000 mineurs qui entraîne depuis leur
fermeture une dette de 15milliards d'euros. Le charbon est lié à la 1ère révolution industrielle pour
le gaz de ville, le coke domestique, l'aciérie. Les réserves sont estimées à 1500MT
III Pétrole et gaz : (doc 8)
2 bassins sédimentaires bon réceptacle (bonne roche mère) mais réservoir déficient,
mauvaise conservation.
1993, 3% des besoins sont produits par l'extraction de 2MT de pétroles sur 50 champs
pétroliers. Le champ de Chaunoy 1MT, Villeperdue 0,4MT. Les roches intéressantes sont celles du
Jurassique inférieur (celles marneuses du Lias). Chaunoy réservoir Trais sup, Villeperdue calcaire
du Dogger.
(doc 9) Schistes bitumineux, imprénations Toarcien supérieur
(doc 10) Calcaires Aalénien
Bassin aquitain potentialité importante
(doc 12) Bassin de Parentis 30MT en production totale. Les failles particulières sont
appelées « flower structure » typiques d'un bassin de décrochement, cisaillement. Gisement de
Cazeaux 0,25MT/an. Il y a 10 000 forages en Aquitaine, bon potentiel gazier (gaz de Lacq) 3G de
m3 de gaz / an depuis 1957. Gisement de St Marcet, Maillon, Cap Ferret et Paratis
IV Ressources renouvelables :
énergies diversifiées : bois, solaire, vent, eau dont certaines sont quasi inépuisable. 13% des
besoins mondiaux sont produit par l'hydraulique et la biomasse.
 Hydraulique : problème de l'environnement (noyage des vallées) Bon potentiel mais
seulement dans les zones montagneuses. Excellent rendement 50 ouvrages 25GWatts
mais 90% des ressources sont exploitées (potentialité quasi nulle)
 Biomasse : énergie des plus prometteuses, production végétale issue de la biomasse.
Déforestation (exemple Haïti, Brésil où c'est une catastrophe).
 Éolien : seuil économique rentable. On est en retard par rapport aux autres. 2020 → 8M
d'habitants en autonomie. 1980 → taux de production x2, x3 de 100 à 3000KWatts/h
 Nucléaire : EPR 10 à 15% d'énergie supplémentaire récupérée. Mais l'uranium 238 a des
stock limité. On se tourne vers la fusion H+H → He Surgénérateur. La ressource est
immense deutérium dans l'eau de mer et tritium à partir du lithium de la croûte terrestre
et on obtient à la fin de l'eau.
 Marée motrice
 Géothermie (surtout ressources insulaires)