En 1888, des scientifiques allemands, Hoefer et Engler, firent une expérience en soumettant du poisson à une température de 400 °C sous une pression de 1 MPa. Ils parvinrent à obtenir des hydrocarbures, de la paraffine, de l'huile lubrifiante, contenant des alcènes, des naphtènes et des arènes.
Plus tard en 1919, l'académicien Zelinsky tint une expérience similaire mais avec un matériau initial composé de la vase organique - le sapropèle, originaire du lac Balkhach. Il obtint dans la tranformation du benzène, du kérozène, de l'huile brute ainsi que du méthane.
Par cette expérience, il prouva l'origine organique du pétrole. Que pourrait-il y avoir de plus compliqué ?
Pourtant, d'autres partis survinrent, en 1866 le chimiste français Berthelot suggéra que le pétrole était formé dans les entrailles de la terre à partir de minéraux. Il founit plusieurs expériences en soutien de sa théorie, synthétisant des hydrocarbures à partir de substances inorganiques.
Dix ans plus tard, le 15 octobre 1876, Mendeleïev soumit un exposé détaillé sur la formation du pétrole à la société des sciences chimiques de Russie. Le savant pensait que lors de la formation de la croûte terrestre des fissures laissèrent pénétrer l'eau dans les couches profondes, rencontrant finalement les carbures de fer pour réagir sous l'influence de la température et de la pression ambiantes, ce qui conduisit à la formation d'oxydes de fer et des hydrocarbures tels que l'éthane. La substance résultante monte vers la croûte supérieure par les mêmes fractures et sature les roches poreuses. Ainsi des dépôts de gaz et de pétrole se forment.
Dans son raisonnement, Mendeleïev se réfère à des expériences sur l'obtention de l'hydrogène et des hydrocarbures non saturés à partir d'une action de l'acide sulfurique sur la fonte enrichie en carbone.
Il est vrai que les hypothèses du « chimiste pur » Mendeleïev n'eurent pas beaucoup de succès auprès des géologues, qui pensaient que des expériences menées en laboratoire différaient beaucoup des processus produits dans la nature.
D'une manière inattendue, la théorie de l'origine carbonée, ou comme on l'appelle, a-biologique, a acquis de nouvelles preuves venant des astrophysiciens. L'étude des spectres des corps célestes a montré que l'atmosphère de Jupiter ainsi que celle d'autres grandes planètes et les gaz des comètes contiennent des composés de carbone et d'hydrognène. Et donc cela veut dire que la nature synthétise des matières organiques à partir de substances inorganiques. C'est en effet sur ce fait que la théorie de Mendeleïev a été construite.
Donc à ce jour, il existe deux théories sur l'origine de la formation du pétrole, l'une biologique qui voit son origine dans les restes d'animaux et de plantes, l'autre a-biologique, développée par Mendeleïev prétendant que son origine est dans la synthèse naturelle de composés inorganiques.
Et bien que la plupart des géologues adhèrent à la théorie biogénique (ndt biologique), les litiges subsistent encore jusqu'à ce jour. L'enjeu de la vérité sur cette affaire est trop important : si les partisans de la théorie biogénique ont raison, alors il est à craindre que les réserves de pétroles seront bientôt épuisées. Si la vérité est du côté de leurs adversaires, alors ces craintes sont vaines. En effet, les tremblements de terre qui se produisent aujourd'hui fracturent la croûte terrestre et il y a suffisament d'eau pour réagir avec le noyau qui selon eux est composé de fer. En résumé, tout ceci permet de penser que du pétrole se forme de nos jours ce qui veut dire qu'il n'est pas à craindre de voir ses réserves s'épuiser.
Examinons les arguments en faveur de l'une ou l'autre théorie.
Mais d'abord quelques remarques sur la structure de la terre qui nous permettront de comprendre la construction des hypothèses scientifiques. Pour résumer, la terre se compose de trois sphères concentriques. La première couche est la croûte terrestre solide. Vient ensuite le manteau. Enfin au centre se trouve le noyau. Cette structure est identique depuis 4.5 Mds d'années. Entre la croûte et le manteau du noyau existe une chaleur intense provoquant des phénomènes géologiques - tremblements de terre, éruptions volcaniques, dérive des continents...
LES THEORIES NON-ORGANIQUES
Les premières théories sur l'origine du pétrole remontent à l'antiquité. On a retrouvé par exemple, un récit grec du savant Strabon qui vécut il y a deux mille ans : « Dans le royaume d'Appolon, écrit-il, il existe un lieu appelé Nymphée, un rocher crachant le feu, sous lequel coulent des sources d'eau chaude et de l'asphalte provenant de la fusion des blocs dans les profondeurs de la terre ».
Strabon a ainsi lié deux faits : l'éruption du volcan et la formation de l'asphalte - ainsi qu'il appelait le pétrole. Et... s'est trompé ! Il y a ving siècles, n'existait pas à cet endroit de volcan actif dans les lieux mentionnés. Ce que Strabon prenait pour une éruption était en fait l’éjection d'eaux souterraines, accompagnées de pétrole et de gaz. Phénomène que l'on peut observer de nos jours à Apchéron et dans la péninsule de Taman.
Cependant, malgré l'erreur du raisonnement de Strabon, il y avait l'hypothèse correcte de la transformation dans la terre. Cette voie a été abandonnée pour longtemps. C'est seulement en 1805 que le célèbre naturaliste allemant Humboldt, se basant sur ses observations des éruptions du Vésuve, reprend ce point de vue : « Nous ne pouvons douter du fait que le pétrole se produit par distillation dans les roches primitives dans de très grandes profondeurs où se produisent les phénomènes volcaniques », écrit-il.
La théorie inorganique s'est peu à peu installée, et lorsque Mendeleïev présenta sa théorie carbonique de l'origine du pétrole, de nombreux arguments et faits en sa faveur s'étaient accumulés. Et les années qui suivirent virent encore l'apparition de nouveaux arguments dans ce sens.
Au cours des années 1877-1878, des chercheurs français faisant réagir de l'acide chlorhydrique sur de la fonte blanche (ndt- saturée en carbone), de la vapeur d'eau sur du fer incandescent, obtinrent de l'hydrogène ainsi qu'un grand nombre d'hydrocarbures dont l'odeur était proche de celle du pétrole.
Outre l'hypothèse volcanique chez les partisans de l'originie inorganique du pétrole, existe aussi celle de l'origine extra-terrestre. En 1889, le géologue Sokolov émis l'hypothèse que dans une période très ancienne, lorsque notre planète n'était encore qu'une bulle de gaz, celui-ci contenait des hydrocarbures. Lors du refroidissement des gaz et la condensation en phase liquide, ces hydrocarbures se sont dissouts dans le magma formé. Quand ce liquide magmatique s'est solidifié sur la croûte terrestre, selon les lois de la physique, il s'est séparé des hydrocarbures. Ces hydrocarbures sont passés à travers les fissures de la croûte, remontant dans les hautes strates et formant ainsi les gisements de gaz et de pétrole.
A notre époque, les deux hypothèses, volcanique et cosmologique, ont été fusionnées par un chercheur contemporain de Novossibirsk, Salnikov. Il a émis l'hypothèse qu'un satellite, contenant en son sein beaucoup d'hydrocarbures, avec une orbite proche de la terre, serait progressivement tombé sur notre planète, comme il arrive parfois avec les satellites artificiels. La poussée intense a augmenté la tectonique des plaques. Des milliards de tonnes de cendre volcanique, de puissantes coulées de boues ont enseveli les hydrocarbures apportés du cosmos dans les couches profondes de la terre, où sous l'effet des hautes températures et pressions ils se sont tranformés en pétrole et en gaz.
Pour légitimer ses conclusions, Salnikov indique l'emplacement particulier de ces gisements. En reliant les emplacements des gisements découverts, il a obtenu des sinusoïdes parallèles qui, d'après lui, ressemblent aux trajectoires des satellites artificiels de la terre.
La liste des hypothèse inorganiques ne serait pas complète sans mentionner le célèbre pétro-géologue Koudriavtsev. Il a rassemblé et synthétisé dans les années 50, de gigantesques données géologiques sur les gisements de pétrole et de gaz connus dans le monde.
Tout d'abord, il a attiré l'attention sur le fait que la plupart des gisements de pétrole et de gaz ont été découverts dans les zones de fractures profondes de l'écorce terrestre. Cette idée n'est pas nouvelle en soi : ce fait a également attiré l'attention de Mendeleïev. Mais Koudriavtsev a considérablement élargi l'application géographique de ces conclusions ainsi que leur argumentation.
Par exemple, dans le nord de la Sibérie, dans une région appelée la ride de Markhinine, on trouve très souvent des résurgences de pétrole en surface. Sur une profondeur de deux kilomètres les roches sont imbibées de pétrole. Et dans le même temps, l'analyse montre que la proportion de carbone est très faible : entre 0.02% et 0.04%. Mais à mesure qu'on s'éloigne de la ride, la quantité de roche enrichie en composés organiques augmente, alors que la quantité de pétrole diminue fortement.
Se basant sur ce fait ainsi que d'autres données, Koudriavtsev affirme que le gisement pétrolifère de la ride Markhinine n'est probablement pas associé à la matière organique, mais à une fracture dans les profondeurs de la terre qui fournit le pétrole.
De semblables formations se trouvent dans d'autres régions du monde. Par exemple, dans l’état du Wyoming, États-Unis, les habitants se sont depuis longtemps chauffés avec des blocs d'asphalte qu'ils prennent dans les Montagnes de cuivres voisines. Mais ces montagnes granitiques ne peuvent accumuler le pétrole ou le gaz. Ces minéraux peuvent remonter des profondeurs terrestres à travers les fissures.
De plus, des traces d'huile apparaissent dans le tubes de kimberlite utilisée par la nature pour synthétiser le diamant. De tels canaux, venant des cassures explosives dans la croûte terrestre, conséquentes de la percée profonde des gaz et magmas, peuvent être tout à fait appropriés pour la formation de pétrole et de gaz.
Réunissant tous ces faits, Koudriavtsev a établi son hypothèse magmatique de l'origine du pétrole. Se sont d'abord formés dans le manteau de la terre à partir de carbone et d'hydrogène, sous hautes pressions et températures, les radicaux hydrocarbures CH, CH2 et CH3. Ils traversent la matière du manteau de la zone de haute pression vers la zone de basse pression, et prioritairement vers les zones de fractures, où la baisse de pression est particulièrement marquée. En montant dans les différentes couches de l'écorce terrestre, les hydrocarbures, dans des zones moins chaudes, réagissent entre eux et avec l'hydrogène formant le pétrole. Ainsi formé le pétrole liquide peut se déplacer verticalement et horizontalement à travers les fissures et s'accumuler dans des poches imperméables.
A partir de ces bases théoriques, Koudriavtsev conseilla de chercher de l'huile non seulement dans les couches hautes de l'écorce mais plus profondément. Cette prévision s'est brillament confirmée et chaque année les profondeurs de forage augmentent.
Dans les années 60 on a réussi à répondre à cette question importante : « Pourquoi les hydrocarbures si fragiles, constituant le pétrole, ne se désintègrent pas en éléments chimiques légers dans les couches profondes de la terre, siège de hautes températures ? » . Car en effet, c'est ce que l'on peut constater dans les expériences de laboratoire. De telles réactions sont à la base du procédé de craquage du pétrole. Il s'avère que dans la nature c'est l'association de réactions simples qui génère des composés complexes... La modélisation mathématique des réactions chimiques prouve qu'une telle synthèse est tout à fait possible si aux hautes températures nous combinons les hautes pressions. Ces deux paramètres comme on le sait, sont réalisés dans les entrailles de la terre.
D’autre part, certains scientifiques font valoir une autre théorie sur l’origine du pétrole, la théorie biogénique. Les théories biogéniques ont été soutenues par la plupart des scientifiques nationaux et étrangers. L’académicien V. I. Vernadsky, fondateur de la géochimie moderne du pétrole, a aussi écrit au début du siècle : « Les organismes sont sans doute à l’origine de l’apparition du pétrole ». L’académicien I. M. Goubkine, dans son livre « La science pétrologique », paru en 1932, y produit le résumé scientifique le plus complet et détaillé de cette époque de l’étude de l’huile et du gaz.
Goubkine considérait le sapropel (la vase bitumineuse d’origine végétale et animale) comme matériau originaire dans la formation du pétrole. Dans les zones côtières où la vie y est particulièrement riche, se produit une accumulation relativement rapide de ces résidus organiques. Après un certain temps, ils sont recouverts par des sédiments plus récents qui les protègent de l’oxydation. Les processus ultérieurs se produisent alors sans oxygène sous l’influence de bactéries anaérobiques. Sous l’effet de l’immersion de la plaque enrichie des composés organiques avec le dépôt d'atterrissements et le déplacement tectonique en profondeur, la température et la pression augmentent. Ces processus qui ont ensuite reçu l’appellation de catagenèse, conduisent finalement à la transformation des matières organiques en pétrole.
Les idées de Goubkine sur la formation du pétrole constituent le fondement de l’hypothèse moderne de son origine organique. De nos jours, beaucoup de ses positions ont été élargies et complétées. Ainsi, par exemple, on a longtemps cru que l’accumulation initiale des matières organiques devait se faire dans l’océan. Mais il semble que le pétrole puisse se former dans un environnement continental, dans les marais, les lacs, les rivières où se trouvent suffisamment de matières organiques.
Outre les températures et pression impliquées dans les processus naturels, il y a aussi l’électricité. L’académicien Vorobiev a émis l’hypothèse que l’électricité joue un rôle important dans les processus de développement de notre planète. Selon lui, les roches ont des propriétés diélectriques beaucoup plus grandes que l’atmosphère. Et par conséquent, les tempêtes peuvent se produire non seulement dans l’atmosphère, mais aussi dans la terre. De fortes décharges électriques produisent des particules de plasma qui présentent une forte réactivité chimique. Cette circonstance crée à son tour les conditions préalables aux réactions qui ne seraient pas possibles sans elles. Selon Vorobiev, le méthane libéré par les composants organiques, lorsque soumis à des décharges électriques, peut libérer des atomes d’hydrogène, formant ainsi les radicaux libres hydrocarbonés CH1, CH2 et CH3. Se liant entre eux, ils forment l’acétylène, l’éthylène et d’autres hydrocarbures que l’on retrouve dans le pétrole.
Selon Vorobiev, un des mécanismes d’ électrisation des masses minérales se produit lors du glissement tectonique de deux plaques rocheuses en contact. Par conséquent, les processus de rupture des plaques de la croûte terrestre peut favoriser la conversion d’énergie mécanique en électricité. Et figurez-vous que ces arguments tout à fait inattendus ont été confirmés par la pratique géologique. Ainsi, on remarqua en 1933, que la forme des nuages dans les zones de faille de l’écorce terrestre étaient tout à fait différentes de celle observée hors de ces zones. Les instruments de physique modernes indiquent que la conductivité électrique augmente dans les zones de fractures.
Il existe aussi une hypothèse intéressante selon laquelle le pétrole se forme aussi à partir des éléments organiques joints avec les sédiments dans les régions océaniques où se produit la subduction de la plaque océanique sous la plaque continentale. En d’autres termes, il existe des processus tectoniques qui autorisent la présence de matières dans les grandes profondeurs terrestres. Ce mécanisme de serrage par pression dans les zones de subduction des plaques est similaire à celui utilisé pour contraindre l’huile d’un moteur à circuler dans les différentes pièces mécaniques de la machine.
Le pétrole déjà formé peut être soumis à diverses influences. Par exemple, sous la pression de la couche lithosphérique qui glisse depuis le continent, il peut être « épreint » des roches sédimentaires et migrer activement dans la direction de la poussée. Cet effet « fer à repasser » permet d’expliquer la formation d’importants gisements de pétrole dans une zone relativement petite comme celle du golfe Persique.
Par suite de la migration des substances organiques dans le manteau, de leur transformation ultérieure et de l’éjection avec les eaux géothermiques des hydrocarbures ainsi formés dans les couches supérieures de la croûte terrestre, ceux-ci se trouvent présents dans les gaz volcaniques durant les éruptions.
Une telle théorie, qui tient compte de la tectonique des plaques de la croûte terrestre, s’est avérée très productive aussi du point de vue pratique. Par exemple, aux USA, des forages sont menés dans les zones des Rocheuses dites synclinales chevauchées. Et pour l’instant, deux champs de pétroles et de gaz y ont été trouvés, qui selon les règles standards n’auraient pu y être.
En 1980, dans l’état de Wyoming, un puits de forage de prospection à 1888 mètres a pénétré une couche du précambrien constituée de granit. Après avoir traversé encore 2700 mètres de la roche, on a découvert des sédiments calcaires du crétacé. Inexplicable, cette alternance de roches d’âges géologiques différents, a trouvé une explication simple : une plaque de granit, en son temps, a été déposée sur les roches sédimentaires.
Le forage a été poursuivi, et les foreurs ont découvert des gisements de gaz exploitables à une profondeur de 5,5 km. De nos jours, l’exploitation commerciale est en cours dans les Rocheuses, et les gisements probables sont estimés à 2,8 Mds de tonnes de carburant conventionnel. C'est un gisement singulier.
Le cycle du carbone dans la nature
Ainsi, comme vous avez pu le constater, les deux points de vue sont productifs, et les deux reposent non seulement sur des conclusions logiques, mais aussi sur des faits réels. Alors est-il nécessaire de discuter plus avant ? Cela ne vaut pas la peine. Un point de vue intéressant de cette conclusion a été présenté par le géologue réputé V. P. Gavrilov.
« On peut trouver une solution, - écrit-il, - si l’on suit le cycle du carbone dans la nature. Le premier à avoir présenté un essai réussi du processus global de circulation du carbone dans la nature, fut V. I. Vernadsky. Il a supposé que le carbone, ainsi que les éléments associés à la formation du pétrole, du gaz, de la houille et d’autres roches font partie du système géochimique global du cycle dans la croûte terrestre ».
Cela étant, suivons le chemin parcouru par le carbone et ses composés dans la nature.
Le plus commun des composés est le dioxyde de carbone.
La quantité totale de cette substance dans l’atmosphère est estimée à la quantité astronomique de 400 Mds de tonnes. Durant les cycles de l’eau et la photosynthèse, plus de 800 M de tonnes sont absorbées annuellement. Si le cycle du carbone n’existait pas, le carbone aurait disparu de l’atmosphère il y a quelques milliers d’années, emprisonné dans les roches naturelles. Selon des évaluations récentes, la masse de dioxyde de carbone piégée dans les roches, représente approximativement 500 fois celle de l’atmosphère.
Un autre transporteur de carbone est le méthane. Il est présent dans l’atmosphère pour une quantité non-négligeable : 5 Mds de tonnes. Cependant, le méthane s’échappe de l’atmosphère terrestre vers les couches stratosphériques et ensuite dans l’espace. De plus, du méthane est consommé dans des réactions photochimiques. La durée de vie des molécules de méthane dans l’atmosphère est d’environ 5 années.
Par suite, pour remplir cette masse, il devrait parvenir 1 Md tonnes de méthane des réserves souterraines terrestres, lequel vient effectivement de l’évaporation du méthane, ou, comme spécifié par Vernadsky, « le gaz de respiration de la terre ».
Si on se limite au cycle classique du carbone, alors toutes les réserves atmosphériques de la terre, de la biomasse et des océans seraient épuisées au cours de 50 à 100 mille ans. Cependant, cela ne se produit pas. Il est nécessaire d’admettre que les réserves de carbone de la planète se remplissent continuellement. Les scientifiques considèrent que les sources principales de carbone sont le cosmos et le manteau de la Terre.
L’espace nous fournit la matière carbonique avec les météorites. Plus exactement, devrait-on dire « il avait fourni ». De nos jours, la matière carbonée venant de l’espace est insignifiante : elle représente à peine 10-9 de la masse collectée dans une année à travers le processus de sédimentation. Mais selon la plupart des spécialistes, il n’en a pas été toujours ainsi : aux ères géologiques précédentes, la poussière cosmique était beaucoup plus importante.
En second, et de nos jours, le principal fournisseur de carbone est le manteau planétaire, principalement non seulement lors de l’éruption de volcans, comme considéré précédemment, mais aussi dû au dégazage des couches profondes, comme résultant de la respiration de la planète. De même, les réserves de carbone ne sont pas illimitées et doivent donc être remplies d’une manière ou d’une autre. Et un tel mécanisme a pleinement fonctionné jusqu’à maintenant. C’est le mécanisme de glissement des plaques océaniques et du manteau terrestre l’une sur l’autre qui entraîne les sédiments de la croûte océanique dans le manteau.
Tel est en apparence le cycle du carbone dans la nature. Cela devrait réconcilier les tenants de la théorie organique avec ceux de la théorie non-organique. Les pro-organiques pensent que le carbone prérequis à la formation du pétrole a nécessairement pour origine la matière vivante. Et il en est très probablement ainsi. Des recherches sur d’autres planètes comme Vénus et Mars ont montré l’absence de gaz d’hydrocarbures, très probablement à cause de l’absence de la biosphère sur ces planètes, donc, le cycle terrestre de transformation du carbone n’y existe pas.
Mais les non-organiques ont aussi raison puisque toutes les substances vivantes organiques ont aussi été formées à partir des matières non-organiques. Cependant, le voile n’a pas été entièrement levé et la compréhension n’est pas totale, mais en fin de compte la science connaîtra la vérité un jour.
Cela veut dire qu’il est nécessaire d’utiliser toutes les théories et hypothèses dont dispose la science moderne et ne pas limiter leur champ à un procédé particulier, ce qui aboutira à la réussite. Et comme dit le célèbre géologue américain M. Halbouty : « Je suis fermement convaincu qu’à l’avenir nous trouverons beaucoup plus de pétrole et de gaz qu’aujourd’hui. Je pense que nous sommes limités uniquement par notre manque d’imagination et de détermination ».
Source ngfr.ru
Traduit par Piero Canova pour TdR
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