Sédimentation : enfouissement de matière organique en milieu anaérobie

Les hydrocarbures viennent de la matière organique. Cette matière organique provient du continent et est accompagnée de sédiments (= charge terrigène) et plus au large provient principalement de la couche de plancton(= charge allochimique). Dans les deux cas, les sédiments contiennent une certaine quantité de matière organique qui n’a pas été oxydée durant la sédimentation. Ces quantités de matière organique peuvent atteindre les 10, 15 et même 20% du volume du sédiment. Dans ce sédiment, le peu d'oxygène libre qu'il peut y avoir est rapidement consommé par l'oxydation d'une partie de la matière organique, ce qui fait que les conditions dans le sédiment deviennent rapidement des conditions anoxiques, c'est-à-dire sans O₂; on dit qu'il s'agit d'un milieu anaérobie. La matière organique, composée de carbone, hydrogène, oxygène et azote (CHON) est, dans ce milieu, protégée de l'oxydation, mais non de l'action des bactéries anaérobies. Ces bactéries soustraient donc des CHON, les O et les N, laissant les carbones (C) et les hydrogènes (H): c'est la dégradation biochimique de la matière organique. Les carbones et les hydrogènes s'unissent alors pour former de nouvelles molécules composées principalement de ces deux éléments et qu'on appelle des hydrocarbures (HC). Ce type d’hydrocarbures, sorte de pétrole embryonnaire porte le nom de kérogène. Une des premières molécules à se former dans les couches supérieures du sédiment est le CH₄, le méthane (gaz naturel).

Transformation du kérogène

A mesure de l'empilement des sédiments sur le plancher océanique (ce qui se mesure en milliers de mètres), les molécules d'HC sont amenées à des températures et pressions de plus en plus élevées; c'est l'enfouissement. A partir d'ici, les molécules d'hydrocarbures vont devenir de plus en plus complexes. La dégradation passera de biochimique (régie par les bactéries) à thermique (régie par l'augmentation de température). Au fur et à mesure de l’augmentation de la température (et donc de la profondeur), le kérogène se transforme en huile et en gaz. La dégradation thermique conduit progressivement à des phénomènes de carbonisation qui transforment les kérogènes non transformés en huile ou en gaz en résidus de carbone. Si l'enfouissement dépasse les 4000 mètres, tout est cuit et les pétroles, huile et gaz, sont détruits. En langage pétrolier, on appelle "fenêtre à l'huile" cette fourchette de profondeurs ou se forme l'huile, et "fenêtre à gaz" là où se forme le gaz.

Migration des gouttelettes d’hydrocarbures disséminées

A ce stade, on a une certaine quantité d'hydrocarbures liquides et gazeux, sous forme de gouttelettes disséminées dans la roche nommée roche-mère. Il faut en arriver à ce que les gouttelettes se concentrent, en se déplaçant par exemple. C'est le processus de la migration. Il faut que les conditions géologiques soient telles que les gouttelettes en viennent à être expulsées de la roche-mère, puis transportées dans une roche perméable pour venir se concentrer dans ce qu'on appelle une roche-réservoir où le pétrole se trouve dans les pores de la roche, sorte de roche éponge. La migration des gouttelettes de pétrole se fait grâce au déplacement de l'eau dans les formations rocheuses, eaux souterraines qui se trouvent dans les couches superficielles, mais aussi en grande profondeur où elles circulent très lentement. Ce sont elles qui, en migrant, entraînent les gouttelettes de pétrole.

Il faut enfin des conditions géologiques de piégeage des produits pétroliers pour sceller la roche-réservoir et donc stopper la migration des gouttelettes. Une couche imperméable (argile) peut jouer ce rôle.  Il se fait alors dans la roche-réservoir une séparation des phases selon leurs densités respectives : gaz, huile puis eau (de haut en bas). D’autres conditions de piégeages existent géologiquement : failles, dômes de sel (= diapirs)...  D'après Pierre-André BOURQUE

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