[PDF] Les combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel)

Activité 3 : cycle du carbone et formation des combustibles

Activité 3 : cycle du carbone et formation des combustibles fossiles L’atmosphère a don aquis une omposition et une struture ompatile ave l’apparition de la vie dans les océans puis sur les continents Cependant, l’Homme tend à modifier ette composition de par ses activités

Chapitre 9 Les combustibles fossiles

II) La formation des combustibles fossiles, comme le pétrole, se déroule dans des circonstances géologiques particulières Sous l’action de bactéries, dans un environnement pauvre en oxygène et sous l’effet d’une lente augmentation de la température lors de

2nde - SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

formation des combustibles fossiles (II) La partie du programme traitée dans la tâche complexe est : « La présence de restes organiques dans les combustibles fossiles montre qu’ils sont issus d’une biomasse Dans des environnements de haute productivité, une faible proportion de la matière organique échappe à l’action des

:: A2 - Photosynthèse et combustibles fossiles

des combustibles fossiles Cette augmentation de la concentration atmosphérique en CO 2 : accroît l'effet de serre naturel et entraîne une hausse de la température moyenne, ce qui est à l'origine d'un dérèglement climatique non sans conséquence sur la biodiversité des écosystèmes continentaux ;

Les combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel)

I- Formation, variétés, utilisations, contenu énergétique Les combustibles fossiles ont tous leur origine dans la très lente transformation au cours des temps géologiques des débris organiques (les kérogènes) contenus dans certains sédiments Riches

Energies carbonées fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon

3-2-1 De la tourbe à l’anthracite : la formation des gisements de charbon 3-2-2 Les gisements de schistes bitumineux : des roches riches en kérogène, n’ayant jamais été suffisamment enfouies pour avoir produit du pétrole 4 Une vision d’ensemble des combustibles fossiles

TP3 la formation du charbon - svt-dalainefr

IV les combustibles fossiles, énergie solaire du passé A L’origine biologique des combustibles fossiles (charbon et pétrole) 1°) Mise en évidence, à l’échelle macroscopique La présence de restes organiques dans les schistes, roches présentes dans les mines au contact du charbon, montre qu’ils sont issus de matière organique

r/t:TUDE SUR LA COMBUSTION DU CHARBON RAPPORT DE SYNTHÈSE

1 Étude de la formation des mâchefers en pot-foyer expérimental (1) (2) 1 1 Généralités Les foyers mécaniques de chauffage au charbon se sont beaucoup développés en Europe au cours des 15 années qui ont suivi la guerre, en raison des avantages de confort et d'économie thermique qu'ils

[PDF] origine des combustibles fossiles seconde

[PDF] formation du charbon schéma

[PDF] somme de racine carré

[PDF] calcul avec racine carré seconde

[PDF] formation du sac embryonnaire chez les spermaphytes

[PDF] formation du grain de pollen pdf

[PDF] fusion partielle et cristallisation fractionnée

[PDF] magmatisme de dorsale

[PDF] taux de fusion partielle

[PDF] fusion partielle définition

[PDF] décompression adiabatique du manteau

[PDF] fusion partielle de la péridotite exercice

[PDF] nombres réels cours pcsi

[PDF] caractérisation de la borne inférieure

[PDF] schema formation petrole

Sauvons Le Climat Conseil Scientifique février 2014

B.DURAND

Résumé

Les combustibles fossiles sont les produits d'une trğs lente transformation au cours des temps

naturel, 12 pour le pétrole, et 4 à 8 pour le charbon selon les qualités. On en tire, par raffinage et

autres traitements, des produits utilisables pour fournir de la chaleur domestique ou industrielle, ou

bien transformée en énergie mécanique ou en électricité dans des convertisseurs, moteurs ou

centrales électriques. Les combustibles fossiles fournissent actuellement un peu plus de 80 й de l'Ġnergie primaire

mondiale. Leur consommation, en premier lieu celle du pétrole, sera obligée de décroître au cours de

ce siğcle pour raison d'Ġpuisement des gisements. Le fonctionnement des sociĠtĠs trğs

consommatrices en sera profondément perturbé si elles sont incapables de les relayer à temps par

d'autres sources d'Ġnergie. L'usage des combustibles fossiles est responsable de 82% des émissions anthropiques actuelles de CO2 (charbon 35%, pétrole 31%, gaz 16%). Il est également responsable de nombreux accidents

En particulier, le charbon est de trğs loin la plus dangereuse des Ġnergies utilisĠes par l'homme, aǀec

1 à 2 millions de morts provoquées chaque année dans le monde, dont la moitié environ due à la

pollution atmosphérique par les centrales électriques au charbon. Les déchets solides de son

exploitation et de son utilisation se comptent en centaines de millions de tonnes chaque année. I- Formation, variétés, utilisations, contenu énergétique Les combustibles fossiles ont tous leur origine dans la très lente transformation au cours des

temps géologiques des débris organiques (les kérogènes) contenus dans certains sédiments. Riches

en carbone et en hydrogène, leur combustion produit de la chaleur, utilisée comme telle ou

transformée en énergie mécanique ou en électricité. Ils fournissent environ 82 % de la

consommation mondiale d'Ġnergie primaire, et cette proportion est encore plus importante dans

Dans la comptabilitĠ internationale, production et consommation d'Ġnergie s'Ġǀaluent en

standard, soit 41,86 GJ (11,630 MWh) selon l'Agence Internationale de l'Ġnergie ( AIE).

Formation

Tous les combustibles fossiles se sont formĠs ă partir de kĠrogğnes, c'est-à-dire de débris

d'organismes (surtout d'algues unicellulaires, de bactĠries et de ǀĠgĠtaudž terrestres) plus ou moins

altérés, préservés dans des sédiments argileux et argilo-calcaires (marnes). Ces sédiments se sont

accumulĠs dans de ǀastes dĠpressions de l'Ġcorce terrestre enǀahies par les eaudž, les bassins

sédimentaires.

Un bassin sédimentaire peut être comparé à un immense réacteur physicochimique alimenté

par le haut par des sĠdiments. Il s'approfondit et se dĠforme trğs lentement au cours des temps

fossile. leurs énormes durées, leurs effets finissent par être sensibles.

Si un sĠdiment contient du kĠrogğne, ce dernier s'enfouit lentement et est soumis ă des

dont ils sont issus et les transformations subies dans les sédiments (1). Au cours de cette pyrolyse, ils

perdent progressivement la majeure partie de leur oxygène, puis de leur hydrogène, et le kérogène

rĠsiduel s'enrichit donc en carbone. Ce processus est appelĠ carbonification ou maturation. Les

fortes pressions qui y règnent pour aller envahir des roches poreuses et perméables appelées

rĠserǀoirs. Mais l'essentiel du pĠtrole et du gaz se disperse dans la sĠrie sĠdimentaire et finit aǀec le

temps par se retrouver à la surface du bassin. Une partie en reste également dans la roche-mère. Ce

dans la roche-mère.

Les réservoirs sont le plus souvent des grès ou des carbonates poreux ou fissurés. Pétrole et

gaz s'y accumulent progressivement, donnant ainsi naissance aux futurs gisements de pétrole et de gaz. Tous les gisements de combustibles fossiles se sont formés de cette façon (1). Leur vitesse de

formation a été de 4 à 5 ordres de grandeur plus faible que la vitesse à laquelle nous les

consommons ͗ nous finirons probablement d'ici la fin de ce siğcle ă en Ġpuiser l'essentiel du stock

Les variétés de combustibles fossiles :

Les principaux combustibles fossiles sont le charbon, le pétrole, le gaz naturel et leurs

- Les charbons sont des sédiments très riches en kérogène, 40 % de leur poids sec et plus. Leur

kérogène, particulièrement riche en oxygène, est issu essentiellement de débris de végétaux

terrestres (arbres, plantes herbacées) accumulés dans des environnements sédimentaires très

spécifiques, en particulier des deltas marécageux de fleuves situés dans des régions à très forte

productivité végétale.

On les classe ă l'aide de critğres physico-chimiques selon les stades successifs de

restes végétaux. Viennent ensuite les stades lignite, charbon subbitumineux, charbon bitumineux,

puis anthracite, par ordre de houillification croissante. On trouve les charbons dans des bassins houillers dont la profondeur peut atteindre plusieurs

kilomğtres, sous formes de ǀeines dont l'Ġpaisseur ǀarie de la dizaine de centimğtres ă plusieurs

alternent avec des argilites contenant, mais en bien moindre proportion, un kérogène de même

gisements dont la profondeur ne dépasse pas 200 à 300 mètres, très fréquemment à ciel ouvert (en

découverte). Après leur extraction, les charbons doivent être débarrassés au maximum des débris de

incombustibles. L'essentiel proǀient, non pas des Ġpontes, mais de minĠraudž intimement mġlĠs au

kérogène.

gazĠification souterraine, c'est-à-dire en y pratiquant des forages horizontaux, puis en y injectant de

l'odžygğne et de la ǀapeur d'eau ă haute tempĠrature. On pourrait ainsi produire ă partir du gaz

formé, composé pour l'essentiel de monodžyde de carbone et d'hydrogğne, de l'Ġnergie ou des

environnementaux très mal évalués.

- Les pétroles et les gaz naturels exploitables sont des fluides formés dans des roches-mères et

généralement accumulés dans des roches-réservoirs de forte perméabilité. Les pétroles contiennent

surtout des hydrocarbures liquides, c'est-à-dire des molécules composées uniquement de carbone et

d'hydrogğne ayant un nombre d'atomes de carbone supĠrieur ă 4, mais aussi en proportions trğs

variables des résines et des asphaltènes, composés organiques de haut poids moléculaire contenant

naturels contiennent des hydrocarbures qui sont gazeux une fois à la surface, méthane (CH4)

Pétrole et gaz naturel sont fréquemment associés dans un même réservoir, et y forment souvent des phases distinctes, en fonction des conditions thermodynamiques du réservoir : une

phase pétrole contenant du gaz dissout (dit gaz associé) et une phase gaz moins dense, contenant du

existe aussi des gisements de pétrole sans gaz associé, et de gaz sans pétrole associé (gaz "sec»)

Leur exploitation se fait par forage de puits. La productiǀitĠ d'un puits dĠpend de la ǀitesse

par la différence de pression entre le réservoir et la surface. Pour maintenir la pression du pétrole

pétrole et de gaz dits non conventionnels : - Les pétroles dits extra lourds (bitumes, huiles extra lourdes) contenus pour une très large part dans les sables bitumineudž (tar sands) de l'Athabasca au Canada, ou dans les gisements peu

plus riches en oxygène et beaucoup plus visqueux que les pétroles conventionnels, et sont donc de

moindre valeur et beaucoup plus difficiles à exploiter. Au Canada, une partie en est extractible par

des exploitations minières à ciel ouvert, qui sont, ainsi que les techniques subséquentes de

séparation des bitumes de leur gangue minérale, très polluantes et très destructrices des paysages.

Une autre partie est exploitée par forages horizontaux et injection de vapeur pour en diminuer la

viscosité. Au Venezuela, les huiles dites extralourdes se trouvent accumulées sous des bouchons de

bitumes formés dans les réservoirs par la dégradation du pétrole.

- Le pétrole et le gaz contenus dans des réservoirs de très faible perméabilité (tight) ou restés

hydraulique.

Le terme huile de schistes est utilisé, mais à tort comme on le verra plus loin, pour désigner du

" pétrole de roche-mère » récupérable dans des roches-mğres, c'est-à-dire des roches à kérogène

ayant produit naturellement du pĠtrole, mais ne l'ayant pas totalement edžpulsĠ. En fait, ce pĠtrole

ne se trouǀe d'ailleurs pas au sein des roches-mères proprement dites, mais dans des roches-

réservoirs de faible épaisseur et très faible perméabilité (tight) situées au sein de certaines roches-

mères ou à leur contact immédiat. Le gaz de schistes se trouve quant à lui dans des roches-mères ayant produit du gaz, mais ne

l'ayant pas complğtement edžpulsĠ. Ce gaz est parfois rĠcupĠrable par forage horizontal et

fracturation hydraulique lorsque la roche-mère contient des niveaux relativement perméables

important à la production de gaz naturel. Quand la roche-mère est du charbon, on parle de gaz de

veines de charbon (en Anglais CBM pour coal bed methane).

Pétroles et gaz ne peuvent être commercialisés directement à la sortie des puits, car il faut les

poids moléculaires de leurs constituants amène à les séparer en diverses catégories pour en

seront transportés par gazoduc ou, après liquéfaction, par navire méthanier (gaz naturel liquéfié,

GPL et hydrocarbures liquides extraits du gaz naturel sont comptabilisés dans le pétrole non conventionnel sous la rubrique liquides de gaz naturel (LGN). Les statistiques internationales des quantités produites se font en tonne (métrique) pour le

charbon, en baril pour le pétrole (2), et en mille m3 dans les conditions normales (N.m3) ou en millions

de British Thermal Units (MBTU, 1 BTU= 1055 joules) pour le gaz naturel.

- Les schistes bitumineux sont des roches peu profondes très riches en kérogène, exploitables

naturellement du pétrole ou du gaz. On les pyrolyse dans des fours à des températures de 500 à 800

°C, donc bien supérieures aux températures régnant dans les bassins sédimentaires, pour produire

polluants.

Utilisations

A l'Ġchelle mondiale, les charbons ont trois utilisations principales͗ en й poids, la production

fabrication de la fonte dans les hauts-fourneaux (15%), et le chauffage domestique (5%), ce dernier

essentiellement dans les pays d'Asie, Chine et Inde en particulier. Le reste est utilisĠ par diǀerses

industries comme combustible pour fournir de la chaleur à haute température.

Les principales utilisations du pétrole sont, après raffinage, en % poids : à 65 % les carburants

(essence et gazole pour les véhicules, kérosène pour les avions, fioul lourd pour les bateaux), à 22%

les combustibles (dont 15% le fioul domestique pour le chauffage et 7% le fuel lourd pour la

production de chaleur industrielle et la production d'ĠlectricitĠ), et ă 8й les bases de synthğse pour

fabriqués dans des raffineries à partir du pétrole brut.

Celles du gaz naturel sont principalement la production d'ĠlectricitĠ (40 й), les combustibles

pour le chauffage domestique et la cuisine (28%) et la production de chaleur pour l'industrie (22 й),

divers produits chimiques et aussi comme carburant sous forme du gaz naturel véhicule (GNV) utilisé

par les voitures à gaz.

Contenu énergétique

L'Ġnergie produite est la chaleur dĠgagĠe par odžydation par l'odžygğne de l'air du carbone et de

La comptabilitĠ ă grande Ġchelle des productions d'Ġnergie se fait en tonne-équivalent-pétrole

moyenne de 41,86 milliards de joules (GJ), ou encore 11,630 MWh. En 2008, la consommation mondiale d'Ġnergie primaire Ġtait d'enǀiron 12 milliards de tep (Gtep), dont 81,7 % provenait des combustibles fossiles : 34% pour le pétrole, 20,9 % pour le gaz

naturel et 27 % pour le charbon (tableau). Cette consommation a depuis augmenté à un rythme de

des combustibles fossiles. Par contre, la proportion de gaz naturel et surtout celle de charbon a

augmenté, au détriment de celle du pĠtrole. D'autre part, la consommation de la Chine a beaucoup

augmenté, la faisant passer au premier rang des consommateurs de combustibles fossiles.

Consommation

2008 ( Mtep)

Consommation

(% énergie primaire) Pays pétrole gaz charbon total pétrole gaz charbon total

Monde 4066 2500 3230 9800 34 20,9 27 81,7

Etats-Unis 866 512 532 1910 38,9 23 23,9 85,8 EU 27 694 495 350 1540 34,5 24,6 17,4 76,5

Chine 355 59 1304 1718 18,1 3 66,5 87,6

Japon 200 72 102 374 44,8 16,2 22,9 83,9 Inde 166 41 300 507 23,3 5,7 42,1 71,1

Corée du

Sud

124 44 87 255 39,5 14 27,7 81,2

Allemagne 113 83 86 282 31,4 23 24 78,4 Brésil 95 21 14 130 39,1 8,7 5,6 53,4 Italie 94 50 19 163 46,6 25 9,4 81 France 88 41 14 143 31 14,3 4,8 50,1

Royaume-

Uni

84 105 66 255 32,6 40,7 17,3 90,6

Espagne 76 41 16 133 46,6 25 9,6 81,2 Tableau 1: Les 11 pays les plus consommateurs de pétrole en 2008, classés par importance

décroissante de leur consommation, avec la part des trois principaux combustibles fossiles dans leur

de la production mondiale de

la plus faible proportion de combustibles fossiles dans son approvisionnement énergétique (50,1%),

grâce au nucléaire. Source

Si l'Ġnergie contenue par tonne de combustible commercialisĠ ǀarie assez peu pour le pĠtrole

charbon, où elle varie considĠrablement selon le stade de houillification, mais aussi l'origine et la

teneur en cendres : sur produit sec, en moyenne environ 0,25 tep/ tonne pour la tourbe, 0,35 pour le lignite, 0,45 pour le charbon subbitumineux, 0,65 pour le charbon bitumineudž et l'anthracite. La moyenne de la production mondiale 2010 (6,5 Gt) est de 0,5 tep/tonne, et 0,6 tep/t en moyenne

pour le charbon-vapeur, mélange en quantités variables de variétés de charbon utilisé en particulier

pour produire l'ĠlectricitĠ.

Notes et références

1- Durand, B. (1987) : Du kérogène au pétrole et au charbon : les voies et les mécanismes des

Mém.Soc.Géol.France, n.s., n°151, p.77-95

utilise pour cela une unité de volume anglo-saxonne, le baril, qui vaut 159 litres. Pour calculer une

masse, il faut connaître la densité, et pour calculer la valeur énergétique, le contenu énergétique par

unité de masse. En moyenne, il faut 7,3 barils pour faire une tep. 1 million de barils par jour équivaut

à environ 50 millions de tonnes par an.

__________________ II- Emissions de gaz à effet de serre, économie, perspective• †ǯƒ˜‡‹"

Les combustibles fossiles sont les principaux responsables des émissions de gaz à effet de serre

du 19ème siècle.

Dans les grands pays industriels, ils fournissent l'essentiel de l'Ġnergie nĠcessaire ă la

diminution prévisible avant la fin du siècle de leur disponibilité, en premier lieu le pétrole, puis le gaz

naturel, et enfin le charbon, est prĠoccupante pour l'aǀenir des pays fortement consommateurs.

Emissions de gaz à effet de serre

Figure 1, source J-M. Jancovici (1): reconstitution des émissions anthropiques de gaz carboniquequotesdbs_dbs4.pdfusesText_8