Propriétés optiques des bitumes insolubles de réservoir et corrélation entre la réflectance des bitumes

Les bitumes de réservoir de la série naturelle ont été, à l'origine, classés par rang de maturité selon leur valeurs de réflectance. A l’exception de certains cas (Copard et al. 2000), la réflectance de la vitrinite est un indice fiable de maturité thermique et dont l'utilisation est, pour cette raison, très répandue. La réflectance des bitumes, ou « Solid Hydrocarbon Reflectance » (SHRo) a été proposée comme un indice analogue à VRo mais les doutes

demeurent en ce qui concerne la fiabilité du calibrage de SHRo.

Les valeurs de réflectance de la vitrinite modélisées indiquent un rapport raisonnable, bien que non linéaire (décrit dans la section 2.3.5), entre VRo et SHRo tout à fait convergent avec

les résultats de plusieurs autres études réalisées sur ce sujet (Riediger, 1993; Bertrand, 1993; Pawlewicz & King, 1992). Ces données sont montrées dans la figure 35 par rapport aux mêmes axes de coordonnées que ceux utilisés par Landis & Castaño (1995). Le rapport entre SHRo et VRo obtenu dans cette étude (figure 35) apparaît moins uniforme que celui de Landis

& Castaño (1995). Ces auteurs ont annoncé une corrélation linéaire forte entre VRo et SHRo

dans un domaine de valeurs de réflectance variant de 0,0 à 5,0 %Ro, c'est-à-dire bien au delà

des limites thermiques applicables à la prospection pétrolière. Le gradient de la courbe de corrélation est beaucoup plus élevé pour les bitumes de réservoir étudiés dans cette thèse que pour les échantillons connus à travers la bibliographie.

R2 _{= 0,971} R2 _{= 0,6544} 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Vitrinite Reflectance %VRo Bitu men Reflectan ce %SHR o Angola Oman IFP

Landis & Castaño 1995

VRo≡SHRo at 4.50%Ro

Figure 35. Rapport entre la réflectance des bitumes naturels et des vitrinites ayant subi une même histoire thermique (reconstituée) comparée à des données bibliographiques.

La corrélation rapportée par Landis & Castaño (1995) suggère que la réflectance de la vitrinite est élevée par rapport à celle du bitume jusqu' à une valeur de 4.5%Ro, à partir de

laquelle les courbes thermiques d'évolution de réflectance fusionnent (figure 35). Le gradient important de la courbe de corrélation obtenue avec les bitumes de réservoir de l'Angola indique que leur réflectance est, en fait, plus sensible à l'augmentation de température à des valeurs plus basses de Ro (et donc à de plus basses températures). Une explication possible de

la différence du comportement de réflectance des deux types de matières organiques (bitume et inertinite) peut être trouvée dans la différence de leurs textures. Le calibrage de Landis & Castaño a été réalisé en utilisant seulement des bitumes solides isotropes et non cokéfiables. Ce type de bitume représente une petite minorité des échantillons provenant de l'Angola (3 échantillons), et des échantillons d'Abu Dhabi et de l’Oman. Tous les autres bitumes ont montré des degrés variables d'anisotropie optique, révélés par les valeurs de biréflectance en lumière polarisée.

Les valeurs nettement plus grandes de Rmax des bitumes cokéfiables, comparée à celle des

bitumes non cokéfiables et isotropes, sont dues à leur biréflectance. Ce phénomène explique également la valeur supérieure de SHRo par rapport à celle de VRo aux valeurs les plus basses

de réflectance (>0,7% Ro) puisque la valeur de Rmax est utilisée pour les bitumes anisotropes

exhibant de la biréflectance. 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Vitrinite Reflectance %VRo Bi tu men Ref lect ance % S HR o Angola Anisotropic Angola Isotropic Oman IFP

Landis & Castaño 1995

Figure 36. Agrandissement de la figure 30 montrant la réponse élevée, à l'augmentation de la température, de la réflectance des bitumes de réservoir anisotropes par rapport a celle des bitumes isotropes (Landis & Castaño, 1995).

La figure 36 montre un agrandissement de la figure 35dans la zone où se situent les bitumes de réservoir de la série étudiée. Ici, l'idée exposée dans le paragraphe précédent, selon laquelle les valeurs nettement plus grandes de Rmax des bitumes cokéfiables, comparée à celle des

bitumes non cokéfiables et isotropes, sont dues à leur biréflectance est confirmée par la position des points représentatifs des 3 bitumes (non graphitisants) isotropes de l'Angola qui sont proches de la courbe de corrélation de Landis & Castaño, en comparaison de la position des points représentatifs des bitumes anisotropes qui en sont éloignés.

Si la série des bitumes insolubles de l'Angola peut être considérée comme « typique » de ceux trouvés dans les réservoirs, le calibrage de Landis & Castaño (1995) pour SHRo et VRo est

d'utilité limitée parce que la majorité des bitume solides sont anisotropes. L'application industrielle potentielle de SHRo exige que soient pris en compte les facteurs dont dépend la

réflectance de bitume, à savoir le degré de graphitisation, ou le développement de la cokéfaction, qui contrôlent, eux-mêmes, le degré d'anisotropie. En théorie, le calibrage convenable destiné à la mesure de la réflectance du bitume incorporera l'intensité de l'anisotropie indépendamment de la microtexture de bitume. De tels contraints ne sont pas possible en réalité (Duber & Rouzaud, 1999). Ceci est le cas des bitumes naturels évoqués ci- dessus (voir la figure 36). Les résultats obtenus n'ont donc pas d'utilité immédiate car la corrélation n'est pas suffisamment étroite pour être préférée, et substituée, à celle fournie par la réflectance de la vitrinite.

Cependant, les propriétés optiques présentées par les bitumes méritent une inspection plus minutieuse. Si la grande majorité des échantillons de la série de l'Angola sont optiquement anisotropes et, donc, inappropriés pour le calibrage thermique de la série d'après leur réflectance, la question demeure d'évaluer les mécanismes régissant l'évolution de l’anisotropie. Certains de ces facteurs ont été discutés dans la section 2.4.5. Ce sujet a fait l'objet de nombreuses études sur la propension à la cokéfaction des huiles lourdes lors de leur raffinage. Pour cette raison la propension à la cokéfaction des huiles selon leur composition globale sera discutée en regard des modèles de formation de la mésophase dans les précurseurs des bitumes.