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• 12 Présentation de la maquette (1 : orifice de remplissage – 2 : orifice de vidange). TP 5 Modéliser le piégeage et la migration des hydroc Tectonique des plaques et géologie appliquée (2-A) « Tectonique des plaques et recherche d’hydro- carbures » Problématique scientifique La formation d’un gise- ment d’hydrocarbures né- cessite un piégeage de la ressource dans une roche réservoir. Un des aspects de la géologie appliquée à la prospection pétrolière est de comprendre les condi- tions de la migration des hydrocarbures au sein des formations géologiques et celles de leur piégeage. Mode opératoire Avant le TP Pendant le TP Les hydrocarbures prennent naissance dans la roche mère. Ils sont formés à partir de kérogène, mélange d’eau, de CO 2 , de carbone, d’hydrogène provenant de la décomposition de la matière organique. Or, dans la roche, les hydrocarbures occupent plus de place que le kérogène. Peu à peu, ils sont donc expulsés dans les couches rocheuses imbibées d’eau qui entourent la roche mère. Plus légers que l’eau contenue dans ces roches, le gaz et l’huile (autre nom du pétrole) ont tendance à monter len- tement et de façon continue vers la surface : c’est la migration. Cette migration est une ascension à travers des couches rocheuses. Les hydrocarbures se regroupent lorsqu’ils rencontrent des roches qui laissent circuler les fluides. Quand ces grands réservoirs sont recou- verts par des roches imperméables, la remontée des hydrocarbures est stoppée : un gisement pétrolier est formé. L’exploitation du modèle intervient en fin de thème, après avoir étudié les conditions favorables à la préservation de la matière organique dans des sédiments et celles favorables à la formation du pétrole. Il doit permettre de discuter des conditions assurant le piégeage des hydrocarbures au sein de roches réservoir. Il peut être exploité en classe pour donner une illustration concrète ou en TP par les élèves. Dans tous les cas, l'utilisation du modèle nécessite d’identifier les éléments du réel représen- tés et de discuter de ses limites. 1. Préparer un mélange constitué de 2/3 de succé- dané de milieu aqueux et de 1/3 de succédané de pétrole. Agiter vigoureusement afin de créer une émulsion. Que représente ce mélange dans le cadre de ce modèle ? Que représente chaque constituant du mélange ? 2. Verser sans trop tarder environ 150 mL du mé- lange dans l’orifice n°1. Décrire et expliquer le comportement du mélange et de chacun de ces constituants. Quel phénomène physique est impliqué ? 3. Décrire la disposition des constituants du mé- lange 1 minute après les avoir versés. Identifier alors la roche réservoir et la roche couverture de la ressource. 4. Indiquer les conditions qui paraissent essentielles au piégeage de l’huile. Comment la tectonique rend-elle parfois possible le piégeage de l’huile ? Trucs et astuces Récupérer le mélange en le versant par l’orifice n°2 dans un flacon pour une uti- lisation ultérieure. Rincer la maquette à l’eau courante. Laisser sécher à l’envers.

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    Prsentation de la maquette (1 : orifice de remplissage 2 : orifice de vidange).

    TP 5 Modliser le pigeage et la migration des hydrocarburesTectonique des plaques et gologie applique (2-A) Tectonique des plaques et recherche dhydro- carbures

    Problmatique scientifiqueLa formation dun gise-ment dhydrocarbures n-cessite un pigeage de la ressource dans une roche rservoir. Un des aspects de la gologie applique la prospection ptrolire est de comprendre les condi-tions de la migration des hydrocarbures au sein des formations gologiques et celles de leur pigeage.

    Mode opratoire

    Avant le TP

    Pendant le TP

    Les hydrocarbures prennent naissance dans la roche mre. Ils sont forms partir de krogne, mlange deau, de CO2, de carbone, dhydrogne provenant de la dcomposition de la matire organique.Or, dans la roche, les hydrocarbures occupent plus de place que le krogne. Peu peu, ils sont donc expulss dans les couches rocheuses imbibes deau qui entourent la roche mre. Plus lgers que leau contenue dans ces roches, le gaz et lhuile (autre nom du ptrole) ont tendance monter len-

    tement et de faon continue vers la surface : cest la migration.Cette migration est une ascension travers des couches rocheuses. Les hydrocarbures se regroupent lorsquils rencontrent des roches qui laissent circuler les fluides. Quand ces grands rservoirs sont recou-verts par des roches impermables, la remonte des hydrocarbures est stoppe : un gisement ptrolier est form.

    Lexploitation du modle intervient en fin de thme, aprs avoir tudi les conditions favorables la prservation de la matire organique dans des sdiments et celles favorables la formation du ptrole. Il doit permettre de discuter des conditions assurant le pigeage des hydrocarbures au sein de

    roches rservoir. Il peut tre exploit en classe pour donner une illustration concrte ou en TP par les lves. Dans tous les cas, l'utilisation du modle ncessite didentifier les lments du rel reprsen-ts et de discuter de ses limites.

    1. Prparer un mlange constitu de 2/3 de succ-dan de milieu aqueux et de 1/3 de succdan de ptrole. Agiter vigoureusement afin de crer une mulsion. Que reprsente ce mlange dans le cadre de ce modle ? Que reprsente chaque constituant du mlange ?

    2. Verser sans trop tarder environ 150 mL du m-lange dans lorifice n1. Dcrire et expliquer le comportement du mlange et de chacun de

    ces constituants. Quel phnomne physique est impliqu ?

    3. Dcrire la disposition des constituants du m-lange 1 minute aprs les avoir verss. Identifier alors la roche rservoir et la roche couverture de la ressource.

    4. Indiquer les conditions qui paraissent essentielles au pigeage de lhuile. Comment la tectonique rend-elle parfois possible le pigeage de lhuile ?

    Trucs et astucesRcuprer le mlange en le versant par lorifice n2 dans un flacon pour une uti-lisation ultrieure. Rincer la maquette leau courante. Laisser scher lenvers.

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    TP de

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    Exemple de rsultats lors d'une manipulation de piegeage

    Matriel ncessaire R-f-

    Retrouvez le TP sur www.jeulin.fr

    1e

    Substitut d'un mlange hydro-carbure milieu aqueux Rf. 107 136

    Maquette Circulation d'hydrocarbures dans une roche permable Rf. 507 042

    TP 5 Modliser le pigeage et la migration des hydrocarbures

    En rsum

    Rsultats et exploitations

    La migration et le pigeage des hydrocarbures reposent sur des proprits lies aux roches et la tectonique.

    Le mlange reprsente le krogne, conte-nant de leau (succdan de milieu aqueux) et des molcules hydrocarbures (succdan de ptrole). Il occupe la couche de grs. Le grs est une roche poreuse dont les inters-tices entre les grains sont remplis de mol-cules deau et dhydrocarbures.

    Pour aller plus loin

    Reprage par sismique rflexion (mthode ExAO) de certaines caractristiques dune marge passive (blocs spars par des failles normales).

    Etude des proprits de certaines roches (roche mre, couverture, rservoir).

    Lexique :Roche couverture : roche impermable qui empche le ptrole et le gaz de poursuivre leur remonte vers la surface.Roche mre : mlange de sdiments et de quantits importantes de matire organique dposs au fond de la mer au fil du temps. Ces rsidus reposent intacts pendant des mil-lions dannes et senfoncent peu peu sous le poids des sdiments les plus rcents.Roche rservoir : situe sous la roche couver-ture, cest une roche poreuse et permable capable daccumuler de grandes quantits de ptrole et de gaz. Le ptrole et le gaz migrent depuis la roche mre au sein des roches sdimentaires jusquau rservoir.

    Les hydrocarbures se sparent ensuite de leau cause de leur diffrence de densit. Les hydrocarbures ont une migration ascen-dante dans la structure grce leur densit plus faible que leau. Ce mouvement est la consquence de laction de la gravit. Dans une roche rservoir, le fluide situ en bas est leau, ceux situs en haut sont les hydrocar-bures. Ici, une des limites du modle est que la migration observe est trs rapide, alors quelle prend plusieurs millions dannes en ralit.

    Le rassemblement des hydrocarbures dans des piges forme le ptrole (mlange de gaz et dhuile).Lhuile est pige au sommet dun pli de la roche rservoir (grs) sil y a au-dessus une couche impermable (la roche couverture est la couche dargile). Celle-ci stoppe las-cension de lhuile avant quelle natteigne

    la surface. Lexploitation de ce gisement ncessite alors un forage au sein du rser-voir. Lhuile peut tre pige plus prs de la surface si une faille a permis sa migration dans des couches plus superficielles.Plis et failles inverses sont des figures ty-piques dune tectonique en compression.

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