Le pétrole
Le terme pétrole (du latin Petra : pierre et oléum: huile) peut être défini comme un produit fossile incorporé dans des sédiments. C’est un produit combustible apparaissant par suite de l’accumulation et de la transformation complexe biochimique des restes organiques animaux et végétaux.
On peut extraire dans un gisement de pétrole les éléments suivants :
- Une partie solide constituant les Asphaltes et les Paraffines
- Une partie liquide de nature huileuse appelée « brut » de couleur brun noir
- Une partie gazeuse qui constitue les gaz de pétrole
I. ORIGINE
- Certains gisements contiennent des bactéries et de la matière organique
- La présence d’hormones ainsi que des différents restes animaux et végétaux a également été signalée dans certains pétroles
- Beaucoup d’huiles lourdes contiennent des « porphyrines » (pigments dérivés de la chlorophylle)
Ces observations permettent de confirmer l’origine organique du pétrole.
D’ ailleurs la plupart des géologues pensent que ce sont des Organismes unicellulaires et en particulier des bactéries qui seraient les principaux « fabricants » d’hydrocarbures.
La matière première du pétrole doit donc être recherchée dans des SAPROPELS qui sont des dépôts en putréfaction mélangés à de la boue et à du sable, dans les lagunes littorales : le sapropel se trouve soumis dès son dépôt à des fermentations bactériennes anaérobies qui brisent les molécules d’acide gras et les transforment en hydrocarbures. Notons cependant que le développement d’abondantes quantités de matières organiques est une condition nécessaire mais non suffisante pour donner naissance à la formation d’accumulation d’hydrocarbures.
II. MODE DE FORMATION DU PÉTROLE
Des accumulations d’organismes planctoniques (ensemble des plantes et d’animaux de petite taille en suspension dans l’eau qui flottent près de la surface) ont pu se faire d’une manière continue dans un milieu marin anaérobie; les fonds vaseux des zones peu agitées semblent particulièrement favorables à ce phénomène.
Sous l’action de bactéries anaérobies, les lipides et les protides de ces organismes se transforment en hydrocarbures. Il s’agit ici d’une diagenèse biochimique suivie par une diagenèse physico-chimique. Lorsque par subsidence la température et la pression augmentent, la roche- mère se consolide en donnant naissance à un schiste imprégné d’hydrocarbures.
Le liquide ainsi formé a tendance à migrer dans les zones superficielles de l’écorce terrestre et à s’échapper à l’air libre.
Il forme des gisements là, où, sous la surface du sol se trouve un dispositif de roches imperméables en forme de toit qui arrête son ascension et une roche poreuse susceptible de le retenir. Celle- ci appelée roche-magasin ou roche réservoir est le plus souvent constituée par un grès, un calcaire, un sable ou une dolomie. Ces dispositifs sont appelés des « pièges à pétroles ».
III. MODE DE GISEMENT DU PÉTROLE
Un gisement est toujours localisé en un point singulier ou une anomalie naturelle permettant de se rassembler en un point, haut, sous une couverture imperméable (argile, marne) qui est interdit de s’échapper.
Les pièges les plus courants sont : les anticlinaux, les dômes de sel en forme de champignon, les failles qui ont amené un terrain sédimentaire imperméable en face de la roche- mère ou roche- magasin (grès, calcaire), les discordances. Ce n’est que très rarement qu’on trouve le pétrole dans un lac sous- terrain, des fissures ou des cavités contrairement à ce qu’on pense.
Les deux caractéristiques principales des milieux favorables à la genèse d’hydrocarbures sont :
a) Une forte proportion de matières organiques.
b) Un milieu réducteur favorable à l’évolution et la conservation de ces matières organiques
Les différentes phases peuvent être schématisées comme suit
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Roches mères |
Migrations primaires |
Roches réservoirs ou Roches magasins |
Migrations secondaires |
Roches protectrices ou roches de couverture |
1) Les roches mères
Les roches mères pétrolifères sont des roches sapropeliennes dont les altérations anaérobies engendrent le pétrole. Elles doivent être à grains fins comme les argiles et les calcaires organiques: de telles roches favorisent la formation du pétrole mais ne se prêtent pas à la concentration des huiles et à l’accumulation sur place d’une gîte pétrolière.
Comme le gisement de pétrole ne s’observe que dans certaines conditions de température et de pression assez limitées, des forces de différentes origines contribuent à réaliser ces conditions et produisent alors les migrations.
Celles-ci ont pour résultat : l’accumulation du pétrole dans des roches-magasins.
2) Distensions et la destruction des gîtes ainsi que la production d’indices superficiels.
3) Les roches réservoirs ou roches- magasins : on nomme ainsi toutes roches poreuses et perméables qui peuvent renfermer du pétrole et l’abandonner facilement.
4) Les roches protectrices : Ce sont des roches qui doivent être imperméables pour s’opposer à la dissémination de l’huile de pierre hors de son gisement.
Ces roches constituent le toit du gisement pétrolifère.
REMARQUE :
Ces modes de gisement sont toujours observés quel que soit le type de gisement de pétrole. Pour la prospection, les géologues recourent aux indices superficiels qui sont constitués par l’apparition d’une des trois substances que l’on trouve en profondeur : gaz, huile et eaux salée.
IV. DISTILLATION ET RAFFINAGE DU PÉTROLE
Pour la séparation des principaux constituants du pétrole brut et leur transformation en produits commerciaux nettement définis, de vente courante et de conservation assurée, l’industrie procède à une distillation fractionnée puis à un raffinage des premiers lots d’hydrocarbures à « rectifier » par la suite.
Les usines de grande production procèdent à une pré-distillation (à 140° et sous 5kg de pression) qui libère les fractions légères dissoutes (propane, butane, gazoline …)
1. Distillation primaire ou Topping
Le pétrole, ayant subi une prédistillation, est soumis à une première distillation sous pression normale, et suivant la température, on sépare quatre fractions.
· essence du 1er jet ou straigt-run T°eb 180° - 200°
· pétrole lampant T°eb 180° - 230°
· gas-oil T°eb 230° - 280°
· résidu dont on peut extraire d’autres fractions telles que : huiles de graissage, fuel- oïl, bitume …
Résumé
Pétrole brut-gaz légers
- essence du 1er jet : 20 à 25 % du pétrole brut
- naphte ou pétrole lampant ou kérosène: 3 à 5 % du pétrole brut
- résidu pouvant être distillé de nouveau: 50 % du pétrole brut
2. Distillation fractionnée des résidus du naphte brut :
La distillation fractionnée sous vide des résidus du « topping »permet l’extraction des huiles de graissage qui sont des mélanges d’hydrocarbures dits paraffiniques et naphténiques.
3. Raffinage :
Le but du raffinage est d’enlever les impuretés. Il peut se faire suivant trois procédés :
- raffinage par terres décolorantes dans lequel le liquide travers des argiles spéciales qui absorbent les impuretés
- raffinage par les solvants sélectifs
- raffinage par lavage
Les essences pour carburation et les huiles de graissage doivent être raffinées avant leur utilisation. L’essence pour carburation est le produit le plus important extrait du pétrole.
On peut augmenter le % d’essence du 1er jet des procédés de CRACKING appliqués aux fractions lourdes (gas-oil et pétrole lampant)
4. Le cracking
Le cracking est un traitement thermique qui a pour but de rompre, de « craquer » les molécules lourdes d’hydrocarbures dont l’intérêt est d’augmenter le pourcentage de pétrole lampant ou Kérosène : produit issu du naphte brut le plus intéressant.
Il y a deux méthodes de cracking :
- Cracking thermique en phase liquide
- Cracking thermique en phase vapeur ou « reforming » (ex ; Raffinerie de pétrole de Tamatave).
- Le raffinage des huiles de graissage consiste surtout à éliminer les hydrocarbures.
- La paraffine et la vaseline sont les produits récupérés après le déparaffinage.
- La paraffine et une substance blanche ou jaunâtre, sèche au toucher est utilisée pour la fabrication des bougies, des cirages, des isolants.
- La vaseline est une substance molle, incolore utilisée en pharmacie.
- Le gas-oil est un carburant de choix pour les moteurs de type diesel dans lesquels l’inflammation du mélange combustible dans le cylindre résulte d’un auto-allumage par compression.
- Le gas-oil forme facilement des peroxydes qui provoquent l’auto-allumage, on dit qu’il est autoxydable à chaud. On apprécie cette aptitude par l’indice d’octane qui s’exprime par le pourcentage d’octane du mélange qui à une inflammabilité semblable à celle du gas-oil, plus l’indice d’octane est élève plus la quantité du gas-oil est bonne.
- Le pétrole lampant est le carburant le mieux adapté aux moteurs d’avion à réactions dits : « turboréacteurs ». Il est aussi utilisé pour l’éclairage.
- Les « fuel- oils » remplacent de plus en plus l’huile dans le chauffage industriel et domestique.
- Le bitume est solide à la température ordinaire. Imprégné d’huile ou émulsionné dans l’eau il sert à réparer les revêtements de route.
V. PÉTROCHIMIE
La pétrochimie est l’industrie de la transformation chimique des matières premières de base résultant de la distillation de pétroles et des gaz naturels et leurs dérivés. Elle a favorisé la création des industries des carburants synthétiques, des explosifs, des solvants, des parfums et colorants, des drogueries (détergents, insecticides), des fibres synthétiques et enfin la production de protéines alimentaires obtenues à partir de levures cultivées sur gas-oil.