La formation du pétrole, du gaz naturel et du charbon

Les combustibles fossiles ont été formés il y a des millions d’années.

Les combustibles fossiles sont issus de plancton,  algues et végétaux terrestres,  qui contiennent une forte proportion d’atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote. Lorsqu’ils meurent, leur matière organique est décomposée par des microorganismes. En milieu aérobie, c’est-à-dire en présence d’air, donc d’oxygène, tout le carbone est transformé en CO2. On dit qu’il y a minéralisation totale.

Lorsque la matière organique est en milieu anaérobie (sans oxygène), une faible partie sédimente sans être minéralisée (environ 1%). Cette fraction peut conduire à la formation de pétrole, de gaz naturel ou de charbon. Les bactéries anaérobies vont consommer l’oxygène et l’azote présents dans la matière organique et conduire à un résidu riche en carbone et hydrogène : le « kérogène ». La couche sédimentaire riche en kérogène, qui se situe initialement jusqu’à environ 1000 m de profondeur, constitue ce que l’on appelle la « roche mère ».

Si le mouvement des plaques tectoniques  provoque un enfoncement  de cette roche mère, sa température  augmente à cause de l’énergie géothermique. Elle augmente lentement avec la profondeur, d’environ 0,5 à 20°C par million d’années. Lorsqu’elle atteint des températures allant de    50 °C à 120 °C le kérogène est soumis à une « pyrolyse » qui produit principalement du pétrole, entre 2 et 3 km de profondeur, puis du gaz naturel vers 3 à 4 km.  Le pétrole et le gaz naturel formés peuvent être expulsés de la roche mère,  et rencontrer sur leur parcours des roches poreuses (roches réservoirs) qui vont les piéger et former des gisements d’hydrocarbures. Des minéraux étanches, comme l’argile, peuvent empêcher les hydrocarbures de s’échapper et les retenir piégés en profondeur.

Alors que le pétrole et le gaz naturels sont issus d’un kérogène d’origine marine (plancton, algues…), le charbon provient d’un kérogène formé à partir de biomasse végétale (fougères, arbres…). Selon la durée et la température de la pyrolyse naturelle, sont générés des charbons de plus en plus riches en carbone : tourbe (50 à 55%), lignite (55 à 75%), houille (75 à 90%) et anthracite (>95%). La pyrolyse prolongée fournit aussi du pétrole et du gaz naturel. Ce dernier, présent dans les mines de charbon, est responsable des « coups de grisou ».

Il a fallu des dizaines de millions d’années pour que la nature synthétise des combustibles fossiles, dans des conditions qui étaient beaucoup plus favorables qu’aujourd’hui, en particulier lors de la période du carbonifère. Celle-ci s’est étendue entre 300 et 360 millions d’années avant notre ère, et a produit une grand partie du charbon présent aujourd’hui sur Terre.