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Formation 

Le pétrole est issu de la décomposition de matières organiques végétales et animales qui se sont accumulées au fond des océans il y a des millions d'années (notamment lors du Silurien, du Jurassique et du Crétacé). Cette matière organique, collectée dans des endroits confinés (lagunes, deltas, ...) s'enfonce alors lentement à des profondeurs de plus en plus importantes.

Par l'effet de la chaleur interne (propre à la Terre) et de la pression environnante, ainsi que par la présence de bactéries et par l'absence de l'oxygène, l'ensemble des matières organiques en présence ont été lentement décomposées et transformées en gaz et en un liquide plus ou moins visqueux qui est le pétrole.

Selon la configuration du terrain, la variété des produits enfouis (matières végétales, animales, plancton, etc.) et d'autres paramètres, le pétrole formé peut être plus ou moins soufré, plus ou moins léger ou contenir plus ou moins de sel.

Le pétrole léger, moyen ou lourd est le résultat de la décomposition d'organismes du carbonifère (micro-organismes, animaux et végétaux), pris au piège dans les sédiments. Il se forme d'abord en kérogène qui se transforme lui-même (suivant les différentes conditions environnementales) en pétrole, gaz ou charbon. Cette transformation n'a lieu qu'en milieu réducteur (cette condition est généralement liée à la pauvreté du milieu en oxygène), par un ensemble de réactions chimiques complexes dans des conditions de température et de pression élevées.

Il est aussi dénommé produit fossile, comme pour le charbon (résultat d'une transformation différente qui se produit sur des organismes de la même époque), en raison de la durée nécessaire pour la formation des sédiments, de l'ordre de dizaines voire des centaines de millions d’années. Cependant, dans quelques rares cas, il a été déterminé une formation beaucoup plus rapide, de l'ordre du million d'années.

Pour obtenir dans un endroit un système pétrolier actif, cinq conditions doivent être réunies :

  1. Présence d'une roche source (ou roche mère), strate sédimentaire très riche en matière organique. En général, il s'agit de grès, d'argile, de schiste ou de charbon généré durant l'une des six périodes de fort réchauffement climatique, le jurassique supérieur et l'aptien étant les plus productives. Les sédiments en question se solidifient en roches poreuses, pouvant se retrouver à plusieurs centaines de mètres de profondeur (jusqu'à trois kilomètres pour les plus profondes).
  2. Maturité de la roche source : Pour que les matières organiques se transforment en plusieurs phases en eau et en kérogène, puis en pétrole et en gaz naturel, il faut avoir atteint la « fenêtre » nécessaire, en temps et en température.
    Ces hydrocarbures finissent par quitter la roche mère sous l'effet de la pression ; leur faible densité (généralement inférieure à la densité de l'eau) les entraîne vers la surface. Si aucune barrière naturelle ne s'oppose à cette migration, le pétrole peut remonter jusqu'à la surface et y affleurer, d'où une nouvelle condition nécessaire :
  3. Présence d'une roche réservoir, suffisamment poreuse (sables, carbonates ou dolomites sont les réservoirs les plus courants) pour que les hydrocarbures s'y imprègnent. Au plus le réservoir est poreux, au plus l'extraction sera facile.
  4. La condition pour que cette couche conserve le pétrole est qu'elle soit surmontée par une couche imperméable, dite de couverture, qui peut être une roche comme de l'argile par exemple, ou un dépôt dû à l'évaporation d'eau de mer (sel, gypse). Ce sont alors des pièges stratigraphiques.
  5. Pour que les fluides se réunissent en un point, il faut encore qu'il existe une structure piège, c'est-à-dire un dôme dans la surface de contact entre le réservoir et la roche de couverture. Les pièges les plus vastes sont ceux formés par les déformations anticlinales, mais les failles jouent aussi un rôle important. Certains pièges sont directement issus d'anciens éléments du paysage : par exemple, un récif corallien, une fois fossilisé et encastré dans une roche imperméable, peut être une structure piège convenable.

Si les conditions dynamiques (mouvements des hydrocarbures fluides dans le réservoir) naturelles ou provoquées artificiellement sont favorables, alors le gisement est exploitable.