Le forage pétrolier

Par définition, le forage pétrolier est un ensemble des techniques permettant de creuser un puits. Il sert à étudier l’écorce et les couches terrestres. Il sert aussi à l’exploration des produits du sous-sol : le pétrole, le gaz naturel, les mines,… . Il est utilisé dans le but d’extraire le pétrole de la terre. Il est pratiqué à l’aide d’outils en aciers très durs, appelés trépans, fixés à l’extrémité d’un train de tige de 9 mètres de long environ chacun etvissés bout à bout. Les outils et les tiges sont soutenus par un tour de forage appelé « derrick ». Dans le cas de trépan mu à distance, il n’y a plus d’intermédiaire métallique. (CAMPION, G., 1982/MARCEL, G., 1982/SOCOLOV, V., 1983)

Le transport des hydrocarbures

En général, les gisements pétroliers se situent dans des zones inhospitalières (dans les déserts, en pleine mer, ….) et très loin des lieux de consommation massive telle que usine de transformation. Le transport des bruts est donc impératif. Heureusement, le pétrole est un fluide. Son transport est facile grâce aux pipe-lines et tankers. (CAMPION, G., 1982/MARCEL, G., 1982/SOCOLOV, V., 1983)

Le stockage

On sait que les aspects physiques du pétrole dépendent de la température et de la pression ou de leurs conditions de conservation. Les techniques de stockage adaptées sont celles qui permettent d’emmagasiner de manière la plus économiquement possible toutes sortes de produits :
• A l’état liquide avec ou sans tension de vapeur à température ambiante ou réchauffée (fuel lourd).
• A l’état gazeux ou liquéfié aux températures normales ou cryogéniques.
Le stockage du pétrole doit être reparti en divers lieux et est lié à des objectifs bien précis pour ne pas dépenser trop d’argent :
Sur les champs pétroliers :Le stockage sur les champs pétroliers a pour but de conserver un volant d’expédition, d’assurer la collecte des produits et de pallier les incidents de production.
Aux extrémités des oléoducs :Aux extrémités les oléoducs, on stocke les pétroles afin de mieux gérer la capacité optimale de chargement et de déchargement des oléoducs, imposant la prévention des stockages importants. En plus, la séparation des pétroles aux bruts est indispensable pour différencier les origines.
Dans les raffineries et à proximité des lieux de consommation :C’est le stockage pratique permettant d’assurer la pérennité d’approvisionnement et la sécurité de mise en marche des usines. (CAMPION, G., 1982/MARCEL, G., 1982/SOCOLOV, V., 1983)

LE PETROLE A MADAGASCAR : L’EXPLORATION PETROLIERE A MADAGASCAR

L’exploration de pétrole à Madagascar commençait depuis très longtemps. Pendant la colonisation, en 1900, il y avait déjà exploration mais sans succès. Depuis 1948, deux gisements ont été déjà connus à Madagascar : ceux de Bemolanga et de Tsimiroro. Tous les deux se trouvent dans la  région ouest de Madagascar. Le pétrole de Bemolanga est du gré bitumeux, tandisque celui de Tsimiroro est de l’huile lourde. La firme américaine Ammocco a repris en 1980 les travaux déjà entamés en 1900. En 1980, Exxon Mobile, le roi mondial du pétrole a effectué ses recherches en surface (on shore) à Morondava. Mais, les études réalisées ont montré que l’exploitation n’était pas financièrement rentable à cette époque : la dépense d’exploitation n’est pas bénéfique à la consommation par rapport à la réserve mondiale du stock largement suffisant de produit. Depuis1997, les grandes compagnies étrangères d’investissement pétrolier se sont davantage intéressées sur les « offshore » malgaches : les recherches pétrolières en mer.
Maintenant, la hausse de prix mondial du pétrole sur le marché à environ 140 dollars le baril et la rupture des stocks des pays producteurs d’ici 50 ans favorisent la recherche et l’exploration de pétrole à Madagascar. D’où les partenariats d’exploitation correspondants . Actuellement, à Madagascar, il y a au total 122 blocs « offshore » et 10 « on shore ». 11 pays sont déjà venus à Madagascar pour la recherche du pétrole. Parmi eux,il y a ceux qui s’intéressent à l’exploration en terre et ceux qui s’intéressent à l’exploration en mer. Le tableau suivant donne la liste des entreprises qui exploitent (ou qui vont exploiter) du pétrole à Madagascar, avec leur pays d’origine, le type et le lieu d’exploration:

LA PREPARATION INDUSTRIELLE DE L’ESSENCE ET DU GAZOLE

La préparation des carburants à partir du brut détermine une chaîne successive de plusieurs opérations commençant par l’analyse préliminaire de distillations du brut, puis son fractionnement et finalement ses traitements aux fins de sa mise en consommation.

LE CHOIX DU BRUT POUR DISTILLATION

Le brut à raffiner doit être soumis à une analyse de laboratoire permettant de savoir à quelle proportion plus avantageuse des dérivés doit-on ledécouper pour guider l’opération de raffinage. Donc, il s’agit ici de la colonne des traitements au laboratoire de raffinage du pétrole. Pour cela, on le chauffe dans un ballon et on recueille des dérivés à volumes égaux desdistillats issus de la condensation au fur et à mesure. Pour chaque dérivé, on note, à l’aide d’un thermomètre placé à la tête de la colonne, la température du début et de la fin de passage de la vapeur condensée. Et on fait la moyenne appelée « True Boilling Point » (ou TBP). Une fraction de traitement, qui distille entre 117°C et 123°C par exemple, a une TBP égale à 120°C ([117°C+ 123°C] /2=120°C) : Chaque constituant de cette fraction a une température d’ébullition voisine de 120°C. La température TBP, la densité, l’indice d’octane ou de cétane déterminent la nature de chaque coupe de distillation. (DURANDEAU, J.P. et col., 1997)

LE FRACTIONNEMENT INDUSTRIEL DU BRUT

La distillation industrielle du pétrole brut est un fractionnement d’un mélange complexe. Le brut provenant des stockages est porté à une température d’environ 350°C dans un four avant d’être introduit dans la colonne principale.

Le craquage catalytique

En craquage catalytique, la transformation se fait sous pression de 1 atmosphère et à une température de 450 °C. Cette transformation fait intervenir un catalyseur dont le silico-aluminate naturel ou synthétique. Un tel catalyseur favorise et déclenche le craquage des liaisons « carbonecarbone », surtout celles qui se trouvent au centrede la chaîne carbonée. Le procédé de craquage catalytique donne le même rendement d’essence dont la qualité est plus améliorée. (DOMINIQUE, F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et col., 2001)

L’hydrocraquage

L’hydrocraquage est un procédé catalytique évitant la production de coke et permettant d’empêcher l’accumulation d’oléfine par l’hydrogénation. L’opération se fait sous une haute pression de 100 atmosphères environ. Le catalyseur utilisé est à base d’un acide fort : acide fluorhydrique associé à un catalyseur d’hydrogénation tel que le nickel (tous les deux déposés sur un support d’alumine). Ce procédé ne donne ni formation de coke ni formation de fuel lourd. Plutôt, on a une formation d’essence lourde, de gazole, ou de kérosène. La coupe produite ne présente que très peu d’hydrocarbures insaturées et d’hydrocarbures aromatiques. (DOMINIQUE, F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et col., 2001).

LES PROCEDES DE REFORMING (REFORMAGE)

Le rôle de procédés de reforming est d’améliorer l’indice d’octane (N.O) de l’essence. On utilise donc de l’essence lourd C 7à C . Ces procédés utilisent les mêmes principes que ceux de cracking avec des charges à proportions et à natures différentes. Le premier procédé de reforming utilisé était un reforming thermique de synthèse qui utilise l’augmentation de pression à 40atmosphères à une température de 500°C. (DOMINIQUE,F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et col., 2001).

LES PROCEDES DE DESULFURATION

Rappelons que le brut contient du soufre sous forme d’hydrogène sulfuré (H 2 S), de mercaptans (RSH), de sulfure (RSR) parfois inclus dans les molécules lourdes. L’hydrodésulfuration est la méthode la plus utilisée pour les désulfurations. Il s’agit d’un hydrocraquage utilisant le cobalt et le molybdène sur alumine comme catalyseur. La réaction se fait entre 250 °C et 350 °C, sous une pression de 30 atmosphères d’hydrogène. Ce procédé conduit à une rupture des liaisons « carbone-soufre » sans rupture des liaisons « carbone-carbone » ni d’hydrogénation des hydrocarbures aromatiques présentes. Le soufre libéré est hydrogéné grâce à l’hydrogénation. La désulfuration se fait avec des coupes légères et moyennes. (DOMINIQUE, F. et col., 1998/DURUPTHY, A. et col., 2001)

LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DE L’ESSENCE ET DU GAZOLE

L’ESSENCE TOURISME

C’est un carburant pour moteur d’automobile composé d’hydrocarbures appartenant à la coupe C 4-C (Butane-Décane), de points d’ébullition compris entre 0°C et 200°C. L’étude des spécifications de l’essence tourisme a pour but de caractériser le couple « carburant-moteur » dans ses performances, c’est-à-dire, d’analyser l’incidence des diverses caractéristiques portant essentiellement sur :
• La qualité de son utilisation: consommations, démarrage, reprise, puissance, encrassement du moteur en rapport à la volatilité du produit ;
• L’aptitude à une combustion sans cliquetis du moteur en allumage commandé en rapport avec l’indice d’octane du produit. A Madagascar, selon l’arrêté n°9894/95 du 30 novembre 1995, est dénommée « Essence tourisme », le mélange d’hydrocarbures d’origine minérale ou de synthèse, destiné notamment à l’alimentation des moteurs thermiques à allumage commandé, répondant aux spécifications suivantes.

LES CARBURANTS : AGENTS RESPONSABLES DE LA POLLUTION ATMOSPHERIQUE ET DE LA DESTRUCTION DES ROUTES BITUMEES

L’ATMOSPHERE

GENERALITES

L’atmosphère est une couche essentiellement gazeuse qui enveloppe la Terre et d’autres corps célestes. L’atmosphère de la Terre a une masse d’environ un cinquième de la masse de la Terre (5130 millions de tonne). La densité et la pression de l’air sont inversement proportionnelles à l’altitude : elles décroissent rapidement quand on s’éloigne de la surface de la Terre. La moitié de cette masse est concentrée dans les 5,5 premiers kilomètres ; 99% dans les premiers kilomètres.
L’étude de l’atmosphère a déjà commencé depuis trèslongtemps, mais c’est à partir du XIXè siècle, grâce au progrès de l’aviation et de la radio, qu’on a remarqué une amélioration considérable de la connaissance de l’atmosphère. (Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

LA STRUCTURE THERMIQUE DE L’ATMOSPHERE

En considérant la répartition verticale des températures, l’atmosphère terrestre comprend 4 couches différentes, à savoir la troposphère, la stratosphère, la mésosphère, et la thermosphère.

LA TROPOSPHERE

La troposphère est la première couche de l’atmosphère à partir de la surface terrestre jusqu’à une altitude de 8km (dans les régions polaires) à 17km (dans les régions équatoriales). C’est dans cette couche qu’évoluent les phénomènes météorologiques à l’origine des temps. La température y décroît de 6°C tous les 1000m jusqu’àson sommet appelé «tropopause » où la température atteint -80°C au-dessus des pôles. (Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

LA STRATOSPHERE

La stratosphère est la couche qui succède à la troposphère. Elle s’étend jusqu’à 50Km d’altitude à partir de la tropopause. Dans les 20 premiers kilomètres d’altitude, la température y est presque constante. La température varie ensuite jusqu’à son niveau supérieur appelé « stratopause » où la température est de 0°C à 20°C. C’est dans cette couche que se trouve la couche d’ozone.(Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

LA MESOSPHERE

La mésosphère est la troisième couche, après la stratosphère. Elle s’étend jusqu’à environ 35km à partir de la stratopause. On trouve peu d’air dans cette couche. La température y diminue très rapidement jusqu’à atteindre une valeur moyenne d’environ -90°C à sa limite supérieure appelée « mésopause ». (Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

LA THERMOSPHERE

La thermosphère est la dernière couche de l’atmosphère selon la répartition verticale de l’atmosphère. Son épaisseur est de 80 à 300km. L’air y est très rare mais la température peut s’élever jusqu’à 1000°C à cause de l’absorption desrayons solaires par les gaz. (Sélection du READERSS DIGUEST, 1993).

L’HETEROSPHERE

L’hétérosphère débute à une altitude de 90 à 100Km à partir d’une couche de transition  appelée « homopause ». La composition de l’air y est significativement différente. Les oxygènes moléculaires (O2 ) sont transformés en oxygènes atomiques sous l’effet de la photodissociation par le rayonnement ultraviolet (UV) du soleil. A130Km d’altitude, les deux tiers des oxygènes moléculaires sont brisés en atomes. Les gaz les plus lourds se concentrent dans la partie inférieure de l’hétérosphère ; les légers au-dessus. Cette couche porte aussi le nom de « Ionosphère » car c’est le lieu d’ionisation des gaz par les rayonnements X et UV. (BELTRANDO, G. et col., 1995/DOMINIQUE, F. et col., 1998/Sélection du READERSS DIGUEST, 1993)

L’EXOSPHERE

L’exosphère est la troisième couche de l’atmosphère, après l’hétérosphère. Sa limite inférieure commence donc à partir de 750Km d’altitude. Le vide interplanétaire y est progressivement atteint et que les lois physiques des gaz ne s’appliquent plus. Certaines molécules des gaz hélium et hydrogène parviennent à s’échapper vers l’espace. (BELTRANDO, G. et col., 1995/DOMINIQUE, F. et col., 1998/Sélection du READERSS DIGUEST, 1993).

LE MECANISME DE LA GENESE DES POLLUANTS DANS UN MOTEUR AUTOMOBILE

LES MOTEURS A ESSENCE

Le moteur à essence de l’Ingénieur Américain Brayton en 1872 (moteur à allumage commandé) utilise le cycle thermodynamique à deux ou à quatre temps (Admission, Compression, Combustion et Echappement) de Beau de Rochas (Ingénieur Français de 1815 à 1893). Comme tous les moteurs à allumage commandé, il fonctionne par une inflammation du mélange air- essence, effectuée par une étincelle d’une bougie d’allumage. (DOMINIQUE, F. et col., 1998)

DEFINITION

Le moteur à essence est un moteur à combustion interne et à allumage commandé utilisant l’essence comme combustible.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Le mélange air-carburant est d’abord aspiré dans lachambre de combustion (le cylindre) par le mouvement de descente du piston. Ensuite, lepiston remonte et comprime ce mélange. A ce stade, ce dernier s’échauffe. Enfin, l’étincelle dela bougie d’allumage enflamme le mélange déjà chauffé. (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989)
La plupart des moteurs à allumage commandé sont basés sur un cycle à deux ou à quatre temps. Mais, la majorité des moteurs à essence sontà quatre temps : l’admission (ou l’aspiration), la compression, l’explosion et l’échappement. (REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 1989).

Table des matières

INTRODUCTION
Ière PARTIE : GENERALITE SUR LE PETROLE, L’ESSENCE ET LE GAZOLE
I-Le pétrole
A-Historique du pétrole (Usage du pétrole en tant que source d’énergie)
B-Formation du pétrole
1-Théories organiques
2-Théories inorganiques
C-Le brut pétrolier
1-Nature chimique et propriétés physico-chimiques des hydrocarbures
2-La manutention du brut pétrolier
D-Le pétrole à Madagascar : l’exploration pétrolière à Madagascar
II-La préparation industrielle de l’essence et du gazole
A-Choix du brut pour distillation
B- Le fractionnement industriel du brut
C- Les différents procédés de transformation chimique des coupes pétrolières
III-Les principales caractéristiques de l’essence et du gazole
CONCLUSION DE LA PREMIERE PARTIE
II ème PARTIE : LES CARBURANTS : AGENTS RESPONSABLES DE LA POLLUTION ATMOSPHERIQUE ET DE LA DESTRUCTION DES ROUTES BITUMEES
I-L’atmosphère
II-Mécanisme de la genèse des polluants dans un moteur automobile
A-Les moteurs à essence
B-Les moteurs diesel
C-Propriétés des principaux polluants
D-La genèse de ces polluants dans un moteur automobile
E-L’« additif » plomb tétraéthyle (PTE)
III-Destruction des routes bitumées par les carburants
A-La construction des routes
B-La destruction des routes
CONCLUSION DE LA DEUXIEME PARTIE
III ème PARTIE : LUTTE CONTRE LA POLLUTION ET INTERET PEDAGOGIQUE
I-Lutte contre la pollution par les gaz d’échappement
A-Lois sur les émissions de fumées relatives aux gaz d’échappement
B-Mesure administrative : La DGSR et le MIKOJA
C-Les carburants de remplacement
1-L’éthanol
2-Le diester
D-Suggestion de lutte
1-Maintenance du moteur
2-Règlementaton de la circulation
3-Révision et application des textes
II-Intérêt pédagogique
CONCLUSION DE LA TROISIEME PARTIE
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES