basses-terres du saint-laurent et leur potentiel en hydrocarbure

AHMAT DJIDDI HISSEIN
BASSES-TERRES DU SAINT-LAURENT ET LEUR
POTENTIEL EN HYDROCARBURE
Mémoire présenté
à la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l’Université Laval
dans le cadre du programme de maîtrise en Sciences de la Terre
pour l’obtention du grade de Maître ès sciences (M.Sc)
DÉPARTEMENT DE GÉOLOGIE ET DE GÉNIE GÉOLOGIQUE
FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE
UNIVERSITÉ LAVAL
QUÉBEC
2011
© Ahmat Djiddi Hissein, 2011

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Résumé
Les Basses-Terres du Saint-Laurent sont une plate-forme des roches sédimentaires très
anciennes, situées entre les Appalaches et le Bouclier canadien (Province de Grenville) et
s’étendent tout au long du fleuve Saint-Laurent, de l’Ontario jusqu’au-delà de la ville de
Québec. Elles sont formées d’unités géologiques datant du Cambrien à l’Ordovicien.
L’ensemble est recouvert de sédiments non consolidés d’âge quaternaire. Ces unités ont été
affectées par des phénomènes géodynamiques (interne et externe) qui ont généré des
structures intéressantes permettant de promouvoir l’exploration pétrolière et gazière dans la
région.
Le Québec est entré dans le cercle de production d’hydrocarbures en 1860, avec la réalisation
du premier forage en Gaspésie par la Gaspé Bay Mining Company et les Basses-Terres du
Saint-Laurent ont prouvé leur potentiel en hydrocarbure depuis 1954 avec la découverte du
gisement de Pointe-du-Lac. Malgré les travaux intenses et perpétués de l’exploration
d’hydrocarbures réalisés ces dernières années au Québec, il faut rappeler que le sous sol
québécois demeure largement sous exploité par rapport aux autres bassins sédimentaires du
Canada et de l’Est américain. Toutefois, les travaux effectués jusqu’à ce jour ont permis de
bien cibler les unités géologiques qui contiennent les meilleurs potentiels d’hydrocarbures.
Notamment les calcaires Ordoviciens du Groupe de Trenton et du Black-River qui
constituent une cible pour le modèle de dolomitisation hydrothermale et la production
gazière à partir du shale Ordovicien du Groupe d’Utica. La production de manière
économique du gaz contenu dans des shales gazéifères a été rendue possible grâce à
l’optimisation de deux nouvelles procédés développés aux États-Unis : (i) le forage
horizontal; (ii) la fracturation hydraulique avec proppant. Les gisements faisant recourt à ces
types d’opérations d’extraction du gaz sont appelés gisement « non-conventionnel ».

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Ce projet de recherche a pour objectif de comprendre succinctement l’architecture structurale
de la région des Basses-Terres du Saint-Laurent et ce, dans un contexte géologique afin
d’appréhender la disponibilité des hydrocarbures (gaz et ou pétrole).
Une analyse et interprétation géologique des diagraphies réalisées sur les puits Saint-Louis-
de-Richelieu No1 et Saint-François-du-Lac No1, montrent que selon l’expression des
signatures de la courbe des rayons gamma, le Shale d’Utica et les Calcaires du Trenton et du
Black-River contiendraient des hydrocarbures du fait de leur faible teneur en matière
organique par rapport au Groupe de Lorraine sus-jacent. Cette matière organique est
quantifiée en taux de carbone organique totale dans la roche et évolue rationnellement avec
la maturité thermique. Ainsi donc une analyse faite du carbone organique total et de la
maturité thermique, suggère que la quasi-totalité des hydrocarbures dans les Basses-Terres
du Saint-Laurent existent sous forme gazeuse. Les données actuellement disponibles et les
méthodes mises en œuvre pour l’exploration des sites ne nous permettent pas de localiser de
manière précise les endroits prospects des shales gazéifères dans les Basses-Terres du Saint-
Laurent. Cependant une nouvelle réinterprétation des données sismiques combinée aux
mesures de la réflectance standardisée à celle de la vitrinie du kérogène ont permis de
déduire que dans les Basses-Terres du Saint-Laurent, le gaz abonde particulièrement dans la
section entre Québec et Montréal. On note également une importance graduelle du gaz du
Bouclier canadien vers les Appalaches (jusqu’au niveau de la faille de Logan) où le gaz
évolue du type biogénique à thermogénique en fonction de l’augmentation de l’effet
thermique relative à l’augmentation de la profondeur des unités géologiques.
Une gamme colossale de publications d’ordre aussi bien technique que scientifique
décortique les Basses-Terres du Saint-Laurent, mais beaucoup sont conçus de manière à
aborder la région sous une compétence particulière et bien canalisée. Ce document est l’un
des rares à être rédigé en français pour aborder les Basses-Terres du Saint-Laurent à la fois
sous un angle géologique, géophysique, géochimique, pétrophysique, technique et
environnemental de manière concordante permettant d’advenir à éventer son potentiel en
hydrocarbure.

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Remerciements
Je profite de cette rare occasion pour remercier toutes les personnes qui m’ont apporté de
l’aide dans la réalisation de ce travail.
Tout d’abord, je tiens à remercier particulièrement d’une grande énergie mon directeur de
recherche Dr. Paul Glover pour son support exceptionnel tout au long de cette formation,
d’avoir fait preuve de confiance à l’égard de ma personne en m’orientant et en me
préparant à un sujet d’importance capital dans le domaine pétrolier, tout en
m’accompagnant dans la rédaction de chaque chapitre de ce document avec une belle
pédagogie, mais aussi, de m’avoir mis en contact avec des personnes ayant une bonne
volonté pour l’avenir de la science. Je lui suis infiniment reconnaissant.
Je tiens également à remercier avec toutes mes convictions, Monsieur Raymond Savoie
président de la compagnie Gastem Inc., qui a contribué au financement de mon projet de
recherche et d’avoir mis à ma disposition tous les documents nécessaires à la réalisation
de ce projet, tout en me mettant dans des très bonnes conditions de travail. J’associe à ces
remerciements, Monsieur John Molson et Monsieur Stephan Séjourné d’avoir fait partie
des jurys évaluant ce mémoire. Je vous suis très reconnaissant.
Je voudrai exprimer mes reconnaissances en vers mes maîtres de stages Stephan Séjourné
et Christine Saint-Laurent. Pour leur indéfectible assistance durant mes séjours de stage à
Gastem Inc. Ils m’ont orienté à l’interprétation géologique des données diagraphiques. Ils
m’ont accompagné, formé, assisté et ont répondu à toutes les questions que je me posais
tout au long de cette expérience professionnelle avec beaucoup de patience. Vos
invitations aux conférences ne seront pas épargnées, car elles ont été les plus bénéfiques.
Ainsi que votre aide à la rédaction de ce mémoire était crucial. Vous avez été d’un apport
inestimable.
Sans s’oublier les remarquables contributions de Monsieur Robert Thériault, Monsieur
Rudolf Bertrand et Monsieur Dénie Lavoie. Qui m’ont fournis des supports sur la notion