Le kérogène est la substance intermédiaire entre la matière organique et les combustibles fossiles. Charbon, gaz et pétrole, se sont formés à partir d'organismes vivants (algues, plancton, végétaux continentaux...) qui ont vécu au cours des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) géologiques (du Cambrien (Le Cambrien, qui s'étend de -542 ± 0.3 à...) au Tertiaire).
Cette formation est l'aboutissement d'un long processus de sédimentation qui nécessite une succession de phases bien particulières.
Sur notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...), vivent et meurent en permanence, des multitudes d'organismes, composés pour l'essentiel de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...), hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) et oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...). Ils constituent la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces...). Une faible partie (moins de 1 %) de cette biomasse sédimente à sa mort (lorsqu'elle se retrouve incluse dans des couches minérales sédimentaires en formation). Le processus de sédimentation est un processus lent et permanent au fond des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) et des lacs, qui produit certes peu d'effets à l'échelle d'une vie (La vie est le nom donné :) humaine, mais est d'une importance capitale (Une capitale (du latin caput, capitis, tête) est une ville où siègent les pouvoirs,...) à l'échelle des temps dits " géologiques " (quelques millions à quelques milliards d'années).
Tous les sédiments formés, s'ils sont minéraux en apparence, comportent une fraction de matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par...) (1 % en moyenne), qui se retrouve " piégée " dans le sédiment minéral en formation. Cette fraction organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...) subit une première transformation par les bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) en début de sédimentation, et conduit à la formation d'un composé solide appelé kérogène, disséminé - vu sa faible proportion : de simples petits filets dans la partie minérale. Cette dernière s'appellera la " roche mère ".
Bien qu'il ne soit présent qu'en faibles proportions dans les sédiments en règle générale, le kérogène représente, à l'échelle de la planète, une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) totale de 10 000 000 Gt. Seulement 0,1 % de ce kérogène (c’est-à-dire un millième de la totalité de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) organique sédimentée) forme le charbon (mais cela fait encore 10.000 Gt !), le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) et le pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...) représentent chacun 0,003 % du kérogène total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) en ordre de grandeur (mais cela fait encore quelques centaines de milliards de tonnes).
La formation proprement dite du kérogène commence par la formation de la roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...) dite mère : il s'agit initialement de boues dans lesquelles les molécules organiques sont présentes.
- Rappel : 1 Gt = 1 milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent...) de tonnes.
De par la tectonique des plaques (La tectonique des plaques (d'abord appelée dérive des continents) est le modèle actuel du...), les sédiments s'enfoncent lentement dans le sol. De par la géothermie (La géothermie, du grec géo (la terre) et thermie (la chaleur), est la science qui...), la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante augmente alors progressivement (incidemment l'énergie géothermique (La géothermie, du grec γ? (la terre) et θερμ?ς (la chaleur), est...) résulte de la radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur...) naturelle des roches terrestres). La vitesse (On distingue :) d'enfouissement étant variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...), la température de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) sédimentaire augmente de 0,5 à 20° C par million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) d'années. À son tour, chaque petit filet de kérogène produit de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) qui est parfois expulsée sous l'effet de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) des couches situées au-dessus du sédiment.
À partir de 50 à 120 °C, le kérogène subit, en anaérobie (On appelle milieu anaérobie un milieu où il n'y a pas présence de dioxygène (O2).), une décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) thermique : la pyrolyse. Dans un premier temps, cette décomposition " extrait " l'eau et le CO2 du kérogène. Ensuite, les températures croissant continuellement, le kérogène expulse des hydrocarbures liquides : le pétrole et le gaz "naturel". Chaque petit filet de kérogène commence donc à produire des hydrocarbures. Plus le sédiment est profond (et donc plus chaud), et plus la fraction de gaz est importante du fait d'une pyrolyse plus intense (en temps comme en température), décomposant ainsi plus fortement le kérogène puis les hydrocarbures liquides eux-mêmes. Il " suffit " de quelques millions d'années pour que le kérogène se transforme partiellement, sous l'effet de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...), en charbon ou pétrole, gaz, CO2 et eau.
C'est l'apparition du gaz, au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure que le kérogène est porté à une température croissante (résultant de l'enfouissement), qui finit par stopper la pyrolyse. La pression de gaz dans les petites poches qui contenaient le kérogène initial augmente en effet dans les couches profondes (de plus en plus chaudes), et lorsque cette pression devient suffisante pour vaincre " l'imperméabilité " de la roche mère, la fraction liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) et la fraction gazeuse sont progressivement expulsées de la roche mère.
L'âge de la roche mère varie de 1 million à 1 milliard d'années au moment de la migration. Pour le pétrole, l'âge le plus fréquent se situant aux alentours de 100 millions d'années.
Il est dû à une variété particulière de kérogène, qui se forme à partir de débris de végétaux dits " supérieurs " (arbres, fougères, prêles, lycopodes ...). C'est un kérogène qui présente la caractéristique d'être dominant dans le sédiment au lieu d'y être minoritaire. Le premier stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...) de sédimentation conduit à la tourbe (La tourbe est le produit de la fossilisation de débris végétaux sur 1000 à 2500 ans dans des...). Lors de l'enfouissement, la pyrolyse conduit ensuite à la formation de lignite, puis de houille (La houille (mot francisé venant du wallon hoye), est une roche carbonée. C'est...), puis d'anthracite, qui est du carbone presque pur, débarrassé de l'essentiel de son hydrogène (et comme il s'agit d'un stade ultime de pyrolyse, l'anthracite est généralement le plus profond des charbons). Comme pour les autres kérogènes, le charbon produit du pétrole et du gaz au cours de son enfouissement, bien qu'en moindres quantités en ce qui concerne le pétrole. La formation de pétrole à partir du charbon a lieu au stade houille, et le méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...) formé s'appellera... le grisou (Le grisou (le mot vient de grégeois) est un gaz naturel qui se dégage des couches de...).
Mais l'histoire de ce réservoir de pétrole ne s'arrête pas là : pris dans le mouvement de tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n »...) des plaques, il se trouve inexorablement entraîné vers les couches profondes de plus en plus chaudes. De ce fait, le pétrole peut subir une nouvelle pyrolyse, (un peu l'équivalent d'une distillation (La distillation est un procédé de séparation de substances, mélangées sous forme liquide. Elle...) en raffinerie) qui va produire du gaz et une variété particulière de bitume (Le bitume est une substance composée d'un mélange d'hydrocarbures, très visqueuse...) (le pyrobitume) en quantités croissantes avec le temps et la température.
Si le réservoir, décrit ci-dessus, est bien étanche (d'argile (L'argile (nom féminin) est une roche sédimentaire, composée pour une large part de...), de glaise, ...), cette nouvelle plongée entraîne la formation d'un gisement essentiellement gazier. Si le réservoir est insuffisamment étanche, le gaz s'échappe et il ne reste que les bitumes (ou asphaltes) dans les porosités de la roche réservoir. Ceci explique pourquoi, dans les bassins sédimentaires, les réservoirs de gaz sont généralement plus profonds que les gisements pétroliers (en fait pétro-gaziers).
La formation des combustiles fossiles (charbon, hydrocarbures et gaz) est donc une conséquence naturelle, à très long terme, de la sédimentation dès lors qu'il y a une fraction organique notable dans la matière de départ. Cette sédimentation produit un corps particulier : le kérogène, capable lui-même de produire (charbon ou pétrole et/ ou gaz) suivant l'évolution des différentes conditions environnementales. Mais sans des processus aussi longs (plusieurs millions d'années) que particuliers (la tectonique des plaques) permettant de " concentrer " les produits formés, à l'origine, de manière très diffuse, aucun gisement de combustile fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement...) n'existerait aujourd'hui.
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