Le pétrole et le gaz naturel. (Travail de recherche)

1° Pourquoi le pétrole est-il une matière importante pour l’économie des pays industrialisés tels que la Belgique ?

Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de l’économie industrielle contemporaine, car le pétrole fournit la quasi- totalité des carburants liquides. On l'utilise beaucoup pour l'industrie plastique et toutes sortes de dérivés.Le pétrole est facile à produire, transporter, stocker et utiliser alors que le charbon est difficile à produire et manipuler, que l'électricité ne peut être stockée, et que le gaz naturel est une énergie diffuse et peu concentrée. C'est parce qu'il se prête mieux qu'aucune autre source d'énergie aux usages éloignés ou mobiles que le pétrole joue un rôle exceptionnel dans l'équilibre énergétique mondial.http://ecole.steangele.laissac.pagesperso-orange.fr/Cycle%203/Les%20%E9nergies/nrj.htmhttp://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9trole

2° Comment le pétrole s’est-il formé ? Quelle est son origine ?

Il est formé par la décomposition de petits animaux marins. Cette décomposition va former une boue qui sera recouverte par des sédiments (sable,argile). A l'abri de l'air et au fil du temps , cette boue s'est transformée en pétrole.

Etapes de la formation du pétrole et quelques exemples de pièges

Source : CNUCED, d'après Pomerol C. et Renard M. (1999), Eléments de Géologie, Masson, Paris et Sheppard S. Directeur de recherche, Ecole Normale Supérieure de Lyon

http://ecole.steangele.laissac.pagesperso-orange.fr/Cycle%203/Les%20%E9nergies/nrj.htm

3° Quels sont les moyens de prospection mis en œuvre pour découvrir les gisements de pétrole ?L'exploration pétrolière commence par l'identification d'indices permettant de supposer où se trouve le pétrole et en quelle quantité. Géologue et géophysicien collaborent à cette enquête minutieuse à fort enjeu économique qui commence à la surface de la terre pour descendre vers le sous-sol. - La géologie pétrolière ou l’observation de la surface :

C'est la première étape, qui permet de repérer les zones sédimentaires méritant d'être étudiées (plissements, failles…). Les géologues utilisent des photographies aériennes et des images satellites puis vont sur le terrain examiner les affleurements. Ces derniers peuvent en effet renseigner sur la structure en profondeur. Ensuite l'analyse en laboratoire d'échantillons de roche prélevés permet de déterminer l'âge et la nature des sédiments afin de cerner les zones les plus prometteuses. Cette étape représente 5 % du budget consacré à la prospection. - La géophysique ou étude des profondeurs :

Son objectif : donner le maximum d'informations pour que les forages soient entrepris ensuite avec le maximum de chance de succès. Il s'agit essentiellement d'accumuler des données sismiques riches en informations, grâce à une sorte d'"échographie" du sous-sol ou "sismique réflexion". Ces données sont obtenues à l'aide de vibreurs pneumatiques (ou autres) qui génèrent de mini-ébranlements du sous-sol. Les signaux recueillis en surface sont traités par de puissants logiciels de calcul qui reconstituent l'image du sous-sol. Les pièges possibles mis en évidence sont classés selon leur probabilité d'existence et leur volume prévisionnel. Cette étape représente 15 % du budget consacré à la prospection. - Vérification des hypothèses : C'est l'étape du forage d'exploration qui seule permet de certifier la présence de pétrole. On perce la roche à l'aide d'un trépan. À terre, l'ensemble du matériel est manipulé à partir d'un mât de forage. En mer, l'appareil de forage doit être supporté au-dessus de l'eau par une plateforme métallique spécialement conçue. Le coût du forage d'exploration varie de 500 000 euros à terre, à 15 millions d'euros pour les puits en mer. Cette étape qui dure de 2 à 6 mois est la plus lourde dans le budget d'exploration : 60 % en moyenne.

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4° Quelles sont les techniques de forage qui permettent de recueillir le pétrole ?

Les moyens techniques mis en œuvre diffèrent largement : de la foreuse manuelle, à la foreuse légère et mobile pour les forages de moins de 10 mètres, à une plate-forme pétrolière pour l'exploitation pétrolière offshore.Les progrès dans les techniques de forage autorisent désormais la réalisation de forages de petit diamètre, de forages déviés (obliques), horizontaux, multi-drains, etc... Ces progrès ont permis l'exploitation de gisements qui n'étaient jusqu'alors pas rentables, pour des raisons techniques et/ou économiques.Pour les gisements en mer (offshore), on a généralement recours à des plates-formes de pompages autonomes. Des navires spéciaux peuvent être utilisés pour l'exploitation de gisements de plus faibles capacité.Récupération naturelle du pétroleSi la pression du gisement est suffisante, le pétrole jaillit naturellement, à la manière d'un puits artésien. Cependant, on a souvent recours à l'installation de pompes à balancier. Après l'extraction de 20 à 30 % du pétrole présent dans le gisement, il est nécessaire de procéder à une récupération assistée.Récupération assistée du pétroleLorsque la pression du gisement est insuffisante, on procède à l'injection de fluide(s) pour forcer le pétrole à remonter. Ces fluides peuvent être du gaz (celui du gisement, ou du gaz de pétrole liquéfié), ou de l'eau.Des techniques encore plus évoluées (et plus gourmandes en énergie), comme les méthodes thermiques ou l'entraînement par fluide miscible, permettent d'exploiter les gisements délicats.La méthode thermique consiste à chauffer le pétrole pour le fluidifier (c'est-à-dire diminuer sa viscosité). La chaleur provient de l'injection de vapeur ou d'une combustion souterraine.L'entraînement par fluide miscible est effectué à l'aide de gaz carbonique ou de gaz de pétrole liquéfié, plus léger. Enfin, des méthodes chimiques tente le limiter la capillarité qui retient le pétrole dans les roches. On utilise pour cela des polymères ou des micros émulsions à base d'huiles, d'eau, d'alcools et de tensioactifs.

http://samuel.benoit.online.fr/fr/petrole-extraction-prospection-exploration-forage-recuperation-assistee-gisement

5° Quelles sont les principaux pays producteurs de pétrole ?Chiffres exprimés en millions de barils/jour (mbj)

Pays producteurs

Arabie saoudite 10,72

Russie 9,67

Etats-Unis 8,36

Iran 4,15

Chine 3,84

Mexique 3,71

Canada 3,29

Emirats Arabes Unis 2,94

Venezuela 2,80

Norvège 2,78

Koweït 2,67

Nigeria 2,44

Brésil 2,16

Irak 2,00

Source : Agence américaine d'information sur l'énergie (Energy Information Administration - EIA)http://www.ladocumentationfrancaise.fr/dossiers/petrole/principaux-producteurs-consommateurs-petrole.shtml

6° Quels sont les principaux pays consommateurs de pétrole ?Chiffres exprimés en millions de barils/jour (mbj)

Pays consommateurs

Etats-Unis 20,59

Chine 7,27

Japon 5,22

Russie 3,10

Allemagne 2,63

Inde 2,53

Canada 2,22

Brésil 2,18

Corée du sud 2,16

Arabie saoudite 2,07

Mexique 2,03

France 1,97

Royaume-Uni 1,82

Italie 1,71

Iran 1,63

 Source : Agence américaine d'information sur l'énergie (Energy Information Administration - EIA)

7° Comment le pétrole est-il transporté ?Il y a deux façons de transporter le pétrole :- le pipe line, c'est un ensemble de tubes soudés les uns au bout des autres. Il transporte le pétrole d'un pays à l'autre. Pour prendre du pétrole, l'oléoduc est posé, puis enterré dans le fond de la mer. Le pétrole est poussé dans l'oléoduc grâce à des puissantes pompes. Les pompes sont installées tout au long du trajet.

-le navire pétrolier ou tanker transporte également du pétrole. Ils peuvent transporter jusqu' à 500 000 tonnes. http://ecole.steangele.laissac.pagesperso-orange.fr/Cycle%203/Les%20%E9nergies/nrj.htmhttp://www.ac-grenoble.fr/ecole/blv.jean-moulin/dossiers/t-00-01/mer/energie/energie2.htm#ou

8° Quelles sont les causes des crises pétrolières successives ?

Contrairement au premier et au deuxième choc pétrolier où les prix ont été multipliés par trois en quelques mois et en une fois à cause d'un événement précis (action des pays producteurs pour l'un, révolution iranienne et guerre Iran-Irak pour l'autre) qui a fait baisser l'offre, le troisième choc se caractérise par une hausse forte mais progressive de 2003 à 2007, puis une hausse d'une ampleur et d'un niveau sans précédent au premier semestre 2008, liée à une hausse de la demande, à une stagnation de l'offre et à la spéculation.

Les causes fondamentales relèvent d’une hausse forte et imprévue de la demande mondiale de pétrole, de la saturation des capacités de production de l’OPEP, de l’insuffisance des capacités de raffinages des pays consommateurs notamment aux USA. S’y ajoute la guerre de l’Irak et un sous-investissement dans l’industrie en raison de La faiblesse du prix du pétrole depuis 1985.Mais il y a aussi les causes ponctuelles dues à la forte tension géopolitique au Moyen-Orient : attentats terroristes en Arabie Saoudite, la situation chaotique en Irak, la crise nucléaire en Iran, les troubles sociaux et ethniques au Nigeria ou en Équateur, des grèves en Norvège, différence politique entre Le Venezuela et les États-Unis. Les cyclones et ouragans dans le Golf du Mexique participent aussi à cette crise : Yvan en 2004 et l’ouragan Katrina en 2005. Sans compter la spéculation sur les prix du pétrole.http://www.temoignages.re/petrole-causes-et-consequences-de,11011.html

9° En quoi consiste le « raffinage du pétrole » ? Décris brièvement les opérations.

Le pétrole brut n'est pas utilisé tel quel, mais après transformation en différents produits finis : carburants, combustibles, matières premières pour la pétrochimie et autres produits spécifiques (bitume, huiles lubrifiantes). C'est l'objectif du raffinage : mettre à la disposition du consommateur des produits de qualité, dans le respect de normes précises, notamment environnementales, et aux quantités requises par le marché. Cette étape regroupe différentes opérations : • L'obtention de produits intermédiaires par distillation : Les trois principales "coupes" pétrolières sont obtenues dans une tour de distillation : les légers (gaz, naphta et essences), les moyens (kérosène, diesel et fuel domestique) et les lourds (fuel lourd ou résidu atmosphérique). • L'amélioration de la qualité : Cette opération consiste à éliminer, dans les différentes coupes, certains composés indésirables comme le soufre. • La transformation de coupes lourdes en coupes légères : A l'aide de procédés dédiés, les produits lourds de moins en moins consommés (type fuel lourd) sont transformés en produits légers fortement demandés (diesel et kérosène).Les unités de raffinage impliquées sont "spécifiques". Elles doivent généralement travailler à haute température et/ou forte pression pour générer des hydrocarbures plus légers, "par craquage", et améliorer leur qualité, la plupart des composés indésirables (soufre, métaux, etc.) étant plutôt concentrés dans les coupes initialement lourdes. • La préparation finale des produits par mélange : On obtient les produits finis par mélange des produits intermédiaires ou semi-finis.Pour faire face à cette série d'opérations, les raffineries doivent disposer d'importants volumes de stockage, d'installations de réception des produits bruts et d'expédition des produits finis.

http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/espace-decouverte-mieux-comprendre-les-enjeux-energetiques/les-cles-pour-comprendre/les-sources-d-energie/le-petrole#11

10° Quelle est la composition du pétrole brut ?

Le pétrole brut est un fluide constitué essentiellement d’hydrocarbures ;il contient également des composés organiques soufrés, oxygénés et azotés.Le pétrole brut provient de l'exploitation d'un puits, à l'issue des traitements de dessablage, de décantation de l'eau, et éventuellement de séparation de la phase gazeuse à pression et température ambiantes. Il se mesure en barils ou en m3.Il existe des centaines de sortes de pétrole brut à travers le monde. Les plus connus sont :

le Brent (le brut de référence en Europe) ; le WTI (West Texan Intermediate,le brut de référence Américain) ; le Dubaï Light pour l'Asie.

Par ailleurs on distingue 3 grandes familles de brut, suivant leur composition chimique : les bruts à prédominance paraffinique ; les bruts à prédominance naphtinique ; les bruts à prédominance aromatique.

D'autres sortes de pétrole bruts, plus lourds, sont aptes à faire du bitume. Plus un brut est léger, plus il est apte à fournir une large gamme de produits dérivés de qualité. Les caractéristiques et les compositions d'un pétrole brut conditionnent son prix de vente.

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9trole_bruthttp://samuel.benoit.online.fr/fr/petrole-formation-gisements-roche-mere-kerogene-brut-lourds-non-conventionnels-sables-bitumineux-baril

11° Quels sont les principaux produits obtenus à partir du pétrole ?

On associe le plus souvent le pétrole aux carburants, notamment l’essence et le gazole. Et nous ressentons d’ailleurs les augmentations du prix du baril à la pompe. En effet, il reste le carburant indispensable de la plupart de nos moyens de transports, avion et bateau compris. En réalité, le pétrole est la clef de voûte de nos sociétés industrialisées. Il est partout. Il sert aussi de combustible sous forme de fioul pour le chauffage par exemple ou pour la production d’électricité. Il recouvre routes et bâtiments sous forme de bitume. On le retrouve aussi dans l’agriculture et pas uniquement pour alimenter les tracteurs et moissonneuses-batteuses. Les engrais azotés et la plupart des pesticides sont produits à partir de lui.

On oublie souvent que les matières plastiques sont dérivées du pétrole. Un rapide coup d’œil dans nos maisons montre à quel point nous en sommes dépendants. La pétrochimie nous offre aussi solvants, nylons, détergents, peintures, colles, huiles, encres d’imprimerie, médicaments (aspirine), paraffine, produits alimentaires (chewing-gum)... La liste est longue. http://samuel.benoit.online.fr/fr/petrole-extraction-prospection-exploration-forage-recuperation-assistee-gisement

12° Quel est le fonctionnement d’un moteur 4 temps ?

Admission : 1er temps  Au début le piston est en position haute, il commence à redescendre, la soupape d’admission s’ouvre et l’air et l’essence rentrent.

 A la fin le piston est en bas. Compression : 2nd temps La soupape d’admission se ferme.  Le piston remonte et comprime l’air avec l’essence.

 Le piston est en position haute. Explosion : 3eme temps

 La bougie produit une étincelle qui fait exploser les gazs ce qui fait descendre le piston.

 Quand le piston est en bas, la soupape d’échappement s’ouvre. Echappement : 4eme temps Le piston grace au vilbrequin remonte et expulse les gaz brûlés.

 Quand le piston est en haut, la soupape d’échappement se ferme. Les moteurs de voiture basique ont 4 pistons et 2 soupapes par piston, après il y a des voiture plus puissantes à 6 pistons ( ex V6) et des voitures avec 4 soupapes par piston (ex 16 S).http://www.jexpoz.com/349-fonctionnement-moteur-4-temps

13° En quoi consiste le phénomène de cliquetis ? Dans un moteur à explosion, le cliquetis est le phénomène résultant d'une résonance de l'explosion sur les parois de la chambre de combustion ou du piston. Ces résonances sont facilement décelables à l'oreille étant donné qu'il s'agit d'un bruit métallique bien connu des motoristes.

Le cliquetis est un phénomène extrêmement important dans les moteurs. Il est un facteur limitant pour le motoriste. En effet, pour un moteur donné, le taux de compression ne peut être augmenté indéfiniment. A partir d’un certain taux limite, le cliquetis apparaît.

Le Cliquetis :

Comment l’éviter ?

L’avance à l’allumage a également un effet sur le cliquetis. La compression et la combustion sont deux facteurs qui provoquent une augmentation de la pression.

La forme de la chambre permet également de limiter l’apparition du cliquetis. Suivant la place de la bougie et des soupapes, les gaz frais sont plus ou moins chauffés.

Il est également possible de jouer sur le refroidissement du piston pour éviter le cliquetis.

L’augmentation de la turbulence au sein du piston provoque une augmentation du taux de combustion, ce qui limite les points de surpression dans les gaz frais.

Un facteur très important de l’apparition du cliquetis est la limite d’auto-inflammation du carburant. C’est l’indice d’octane qui permet de quantifier cela. Plus le carburant contient d’octane, moins il a de chance de subir une auto-inflammation lors de la combustion.

http://www.f1-technologies.fr/moteur/2007/12/les-carburants-en-formule-1.html

14° Définis «  indice d’octane »

L’indice d’Octane d’une essence est sa capacité, en mélange avec l’air, à supporter une compression sans entraîner une auto-inflammation, donc sa résistance à l’auto inflammation. Il ne s’agit pas d’une grandeur physique.L’indice d’octane est déterminé par la composition du mélange d’un produit détonant, le n-heptane (indice 0), et d’isooctane, très résistant à la détonation (indice 100). Un carburant d’indice 95 a le même comportement qu’un mélange à 95 p. 100 d’isooctane et 5 p. 100 de n-heptane Quels sont les indices d’octane des essences distribuées sur le marché belge ?Comment peut-on augmenter l’indice d’octane d’une essence ?Pour accroître l’indice d’octane d’un carburant, on peut utiliser, dans le supercarburant plombé, du plomb tétraméthyl ou du plomb tétraéthyl. Pour les supercarburants sans plomb, on utilise des composés organiques, comme le méthyltertiobutyl éther.http://www.f1-technologies.fr/moteur/2007/12/les-carburants-en-formule-1.html

15° Quel est le but du reformage catalytique ?Le reformage catalytique est une méthode de raffinage pour convertir les molécules naphténiques en molécules aromatiques ayant un indice d'octane élevé servant de base dans la fabrication des carburants automobiles.Le reformage catalytique a pour objectif de transformer les constituants naphténiques (à bas indice d'octane) en constituants aromatiques à haut indice d'octane servant de base au mélange des essences.L'unité de reformage est constituée essentiellement d'une série de trois réacteurs contenant du catalyseur et un fractionneur servant à séparer les différents produits à la sortie des réacteurs. Ce catalyseur est très sensible à la présence de produits sulfurés et azotés, aussi la charge de reformage doit être exempte de soufre, d'azote et de leurs dérivés.La réaction se passe sous haute pression et à haute température (de l'ordre de 550 °C) avec production d'hydrogène venant des molécules naphténiques.http://fr.wikipedia.org/wiki/Reformage_catalytique

16° L’utilisation de produits pétroliers entraîne des pollutions. Quels sont les efforts consentis par l’industrie pétrolière pour atténuer les nuisances sur l’environnement ?

Quels sont les devoirs du consommateur dans ce domaine ?La pollution atmossphérique :Le pétrole comme source d'énergie est aussi une source importante de pollution atmosphérique. Les objectifs recouvrent les émissions de six principaux gaz à effet de serre : dioxyde de carbone, méthane, monoxyde de diazote, hydrofluorocarbone (HFC), perfluorocarbone (PFC) et hexafluorure de souffre. La pollution maritime : la convention MARPOL 73/78- l'interdiction de rejeter à la mer des hydrocarbures ou des mélanges d'hydrocarbures dans des zones spéciales : mer Rouge, mer Méditerranée, mer Baltique, mer du Nord, mer d'Irlande, mer Celtique, Manche ainsi que la zone des golfes ;- l'utilisation de citernes à usage de ballasts indépendantes des citernes à pétrole;- l'utilisation de citernes réservées à la récupération des eaux de nettoyage des citernes à pétrole ou le nettoyage par la technique de pétrole brut sous pression ;- l'obligation pour les navires de plus de 5000 tonnes construits après le 6 juillet 1996 ou les navires ayant plus de trente ans de posséder une double coque ou un équivalent en terme de sécurité (pont intermédiaire ou coque à double paroi latérale) ;- la création dans les ports de chargement ou de déchargement de structures capables d'accueillir et de traiter les eaux de nettoyage ;- l'inspection régulière des bateaux par les autorités des ports où accostent les bateaux (et non plus uniquement les autorités des pavillons des bateaux).

17° Le gaz naturel : 1- Quelle est sa composition ?

Le Gaz naturel est un mélange d’hydrocarbures saturés composé essentiellement de méthane (70 à 95 %, en volume, selon le gisement). Il est associé à d'autres alcanes (éthane, propane, butane, ...), à du diazote N2, à du dioxyde de carbone CO2 et à du sulfure d'hydrogène H2S. Le gaz naturel peut être utilisé, comme les autres combustibles fossiles, charbon et pétrole, aussi bien comme combustible et carburant que comme matière première. Il présente donc, au moins potentiellement, une large gamme d’usages massifs.http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/espace-decouverte-mieux-comprendre-les-enjeux-energetiques/les-cles-pour-comprendre/les-sources-d-energie/le-gaz-naturelhttp://marquant.free.fr/petrole/composition.htm

2- Quelles sont les régions de production ?Environ 40 % des réserves prouvées de gaz naturel sont concentrées dans les quelques 25 gisements géants de la planète, dont deux se trouvent en Europe (Groningue aux Pays-Bas et Troll en mer du Nord norvégienne). Les réserves de gaz naturel se trouvent principalement au Moyen-Orient (40 %) et dans la CEI (31 %). Jusqu'en 2008, la Russie a été le plus gros pays producteur de gaz naturel (615 milliards de m3), devant les États-Unis (540 milliards de m3). A la fin de l'année 2009, la production de gaz des États-Unis semble avoir dépassé celle de la Russie. Cette augmentation de la production américaine s'explique par la rapide montée en puissance de la production des gaz "non conventionnels".

http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/espace-decouverte-mieux-comprendre-les-enjeux-energetiques/les-cles-pour-comprendre/les-sources-d-energie/le-gaz-naturel

3- Comment assure-t-on son transport ?Son transport comporte des contraintes qui influent sur le développement de son commerce international. • Le transport par gazoduc : c'est l'option la plus répandue. Elle est quatre ou cinq fois plus coûteuse que le transport du pétrole par pipe-line. Le gaz naturel doit être comprimé tous les 120 à 150 km par des stations de compression. Car c'est la différence de pression qui provoque le déplacement du gaz à une vitesse de 15 à 20 km/heure. • Le transport par méthanier : offrant une plus grande flexibilité d'approvisionnement que l'option gazoduc, il devrait connaître un bel essor dans les années à venir. On y a recours en cas de longues distances ou de difficultés liées aux conditions géopolitiques ou géographiques des pays traversés. Cela nécessite de liquéfier le gaz naturel le temps de son transport. Il est alors appelé GNL (gaz naturel liquéfié) et voyage par mer avant d'être à nouveau gazéifié dans le pays acheteur. L'importance des coûts de transport place la notion de distance au cœur de la problématique de commercialisation du gaz : 70 % de la production mondiale est commercialisée au sein du pays producteur. Les 30 % restants font l'objet de contrats internationaux. L'éloignement progressif des zones de production par rapport aux centres de consommation va conduire à un développement rapide des échanges gaziers au niveau mondial. http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/espace-decouverte-mieux-comprendre-les-enjeux-energetiques/les-cles-pour-comprendre/les-sources-d-energie/le-gaz-naturel

4- Quels sont les domaines d’utilisation ?On connaît surtout son usage domestique pour le chauffage et la cuisson. Mais l'utilisation du gaz naturel se développe dans d'autres domaines, comme les centrales électriques ou le transport, en raison de ses qualités favorables au respect de l'environnement. La part du gaz naturel dans la consommation mondiale d'énergie croît régulièrement, notamment en Europe depuis 30 ans. http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/espace-decouverte-mieux-comprendre-les-enjeuxenergetiques/les-cles-pour-comprendre/les-sources-d-energie/le-gaz-naturel