Note de la rédaction : Cette série d’articles occasionnels s’intéresse aux choses vitales de notre vie et à la chimie dont elles sont faites.
On pense que le pétrole, l’élément vital du transport américain aujourd’hui, commence par les restes de minuscules organismes qui vivaient il y a des millions d’années, mais la transformation chimique exacte est quelque peu mystérieuse. De nouvelles recherches se penchent sur le rôle joué par les micro-organismes qui vivent dans les entrailles sombres et profondes de la Terre.
Une minorité de scientifiques disent le contraire, mais la plupart des géologues pensent que le pétrole que nous pompons du sol (et que nous raffinons ensuite en essence et autres carburants) provient principalement des fossiles de la vie marine, comme les algues et le plancton.
« Il y a beaucoup de preuves pour soutenir l’origine biogénique », a déclaré Everett Shock, un biogéochimiste de l’Arizona State University. « Certaines des molécules de pétrole, par exemple, ressemblent aux lipides que l’on trouve dans les membranes des cellules bactériennes. »
Alors que la plupart des matières mortes de l’océan sont recyclées par les bactéries, les lipides sont des molécules coriaces, semblables à des graisses, qui « ont tendance à être les moins désirables à manger », a déclaré Shock. Ils sont généralement rejetés et tombent au fond de la mer, où ils sont enfouis sous des couches de sédiments et finissent par être cuits en pétrole.
Une fois que les restes organiques sont enfouis dans la roche, la plupart des scientifiques ont supposé que la biologie se termine et que la géologie prend le relais. Cependant, les expéditions de forage profond des dernières décennies ont permis de découvrir des bactéries vivant à des milliers de pieds sous la surface, aux mêmes profondeurs où le pétrole se forme.
« Ces micro-organismes sont-ils directement impliqués dans les réactions qui transforment la matière organique en pétrole ? » a demandé Shock.
Il dirige un groupe de recherche financé par la National Science Foundation qui vise à comprendre de quoi ces microbes vivant en profondeur peuvent se nourrir et quelle influence ils peuvent avoir sur la chimie du pétrole.
Batterie de pétrole
Même si une certaine incertitude demeure sur le chemin chimique exact vers le pétrole, le point de départ ne fait aucun doute.
« La source ultime d’énergie est le soleil, et le pétrole n’est qu’une « batterie » », a déclaré Barry Katz, chercheur chez Chevron.
Les plantes et certaines bactéries utilisent la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone en sucre. Cette énergie chimique stockée est transmise le long de la chaîne alimentaire, et quelques « miettes » finissent par être enfouies sous terre.
Une fois là, cette matière organique est transformée par la chaleur et la pression en un mélange complexe appelé kérogène. Selon les ingrédients initiaux et les conditions géologiques, le kérogène peut produire soit du charbon (un combustible solide riche en carbone provenant principalement de plantes ligneuses), soit des hydrocarbures (une substance relativement riche en hydrogène qui provient d’algues et de diverses parties de plantes contenant des lipides).
Les hydrocarbures sont généralement de longues chaînes d’atomes de carbone et d’hydrogène. Les plus petites molécules d’hydrocarbures (comme le méthane, le propane et le butane) se trouvent dans le gaz naturel. Les hydrocarbures plus gros (comme l’hexane et l’octane) constituent le pétrole.
Comme cela a été mentionné, certains types de kérogène se forment et libèrent des hydrocarbures – généralement lorsque la température dépasse 212 degrés Fahrenheit (100 degrés Celsius).
« C’est un processus très inefficace », a déclaré Katz. « Moins de 1 % de la matière organique qui se développe dans l’océan devient des hydrocarbures. »
Même lorsque du pétrole se forme, il ne dure pas toujours. Une partie migre vers la surface, où des microbes mangeurs de pétrole en consomment les meilleures parties (créant ce qu’on appelle les sables bitumineux). Pour éviter cela, il faut une formation géologique capable de piéger le pétrole dans un réservoir.
« Charger » cette batterie de pétrole peut prendre entre 1 million et 1 milliard d’années, la plupart du pétrole que nous utilisons ayant environ 100 millions d’années.
Drain d’énergie
L’énergie solaire stockée chimiquement est érodée par le long et complexe processus de formation du pétrole.
« Le pétrole dans le sol est à un état de faible énergie », a déclaré Shock à LiveScience. « Il ne devient énergétique que lorsqu’on le remonte à la surface et qu’on l’introduit dans une atmosphère d’oxygène. »
Le potentiel énergétique réduit de la matière organique enfouie pose la question suivante : sur quoi survivent les microbes vivant en profondeur ?
« Nous ne savons pas ce qu’ils font », a déclaré Shock. « Nous venons juste de les rencontrer. »
Une possibilité est qu’ils mangent de petits sous-produits organiques qui sont expulsés du kérogène en même temps que les hydrocarbures. L’autre possibilité est que ces coriaces insectes aident activement à catalyser les réactions qui créent le pétrole et siphonnent un peu de l’énergie restante pour eux-mêmes.
Simuler à grande vitesse
L’équipe de Shock prévoit de créer du pétrole en laboratoire pour voir s’il y a un aspect du processus qui pourrait soutenir les bactéries.
Ce ne sera pas la première fois que les scientifiques simulent la formation naturelle de pétrole. Pour accélérer le processus de cuisson, les chercheurs montent généralement la température à plusieurs centaines de degrés Celsius.
« Personne ne veut attendre environ 10 millions d’années pour qu’une expérience se termine », a déclaré Shock.
L’hypothèse est que les mêmes réactions se produisent à haute et à basse température, mais personne ne peut dire avec certitude que c’est le cas.
« Il est assez remarquable que nous soyons si dépendants du pétrole, et pourtant nous ne comprenons vraiment pas comment il est fabriqué dans tous ses détails sanglants », a déclaré Shock.
Peut-être que ces microbes souterrains aideront à combler les pièces manquantes.
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