I. Sources d’origine pétrolière Le pétrole est dû à la transformation des

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Le pétrole est un composé d’hydrocarbure présent dans la nature dont les principaux éléments sont le carbone et l’hydrogène. Il peut y avoir d’autres éléments tels que le soufre, l’oxygène et l’azote. Le pétrole se trouve à l’état solide, liquide ou gazeux dépendant de sa composition, son énergie thermique, sa pression et l’environnement du pétrole accumulé.

I. Sources d’origine pétrolière

Le pétrole est dû à la transformation des restes d’êtres vivants (animaux et végétaux) sédimentés et enterrés dans le sol en présence des bactéries, de la chaleur et de la pression des couches de roches pendant plusieurs millions d’années. Cette transformation est la dégradation en l’absence de l’oxygène permettant aux matières organiques dans les restes des êtres vivants se décomposent en hydrocarbures de différentes propriétés telles que : les propriétés liquides telles que le pétrole brut ; les propriétés gazeux telles que les gaz de pétrole et les gaz naturels. En général, le pétrole est emprisonné sous une couverture de roches imperméables dans les vides de roches poreuses appelées réservoirs et exclusivement dans les bassins sédimentaires.

Les hydrocarbures formés sont des hydrocarbures saturés appelés

« alcanes » de plus petite molécule telle que le méthane (CH4) jusqu’aux hydrocarbures possédant plusieurs atomes de carbone. Le pétrole brut possède de 1 à 50 atomes de carbone ; les gaz naturel de C1–C₄ ; le pétrole possède des alcanes mélangé avec d’autres hydrocarbures.

Le pétrole est un composé d’hydrocarbure présent dans la nature dont les principaux éléments sont le carbone et l’hydrogène. Il peut y avoir d’autres éléments tels que le soufre, l’oxygène et l’azote. Le pétrole se trouve à l’état solide, liquide ou gazeux dépendant de sa composition, son énergie thermique, sa pression et l’environnement du pétrole accumulé.

II. Exploration pétrolière

La plupart du pétrole se trouve dans le sol, il faut donc explorer et forer pour l’utilisation. L’exploration du pétrole est difficile et complexe, nécessite de la haute technologie et beaucoup d’argent.

L’exploration actuelle pour le forage du pétrole de la surface de la terre

est presque terminée, elle a étendu la zone de la mer et l’océan. Il existe de nombreuses façons d’explorer telles que l’exploration géologique et l’exploration géophysique présentées dans le diagramme ci-dessous.

1.

Exploration

Diagramme 29.1 Exploration géologique

Cette exploration aide à prédire la structure et le type des roches permettant de déterminer un réservoir de la roche du pétrole qui deviendra la prochaine source de pétrole.

2. Exploration géophysique

Diagramme 29.2 Exploration géophysique Exploration

géologique

De la carte

De la photographie aérienne

Du rapport géologique

Exploration géophysique

Mesure l’intensité du champ magnétique

Mesure la gravité de la

Terre

Mesure de vibrations

Mesure la largeur et la profondeur des

schistes argileux

Types de schistes argileux

sous-terrain

La forme et la structure des schistes argileux

sous-terrain

III. Raffinage du pétrole brut

Le raffinage du pétrole brut est le processus le plus important dans l’industrie ; c’est une séparation du pétrole brut en divers produits et l’amélioration la qualité du pétrole selon les besoins.

Comme le pétrole est un mélange de plusieurs hydrocarbures, il est nécessaire de subir une série de séparation pour être utilisable. La séparation des composants d’hydrocarbures contenus dans le pétrole brut subit une distillation fractionnée en tête de colonne à distiller.

Avant traitement, on élimine l’eau et les minerais contenus dans le pétrole brut, ensuite on chauffe à une température de 340-400°C. Les constituants du pétrole brut sont presque tous vaporisés et émis au bas de la tour de colonne à distiller. Quand les vapeurs des constituants s’élèvent en tête de colonne à distiller, elles se condensent en diverses fractions, différenciées par leurs plages de points d’ébullition selon le tableau ci-dessous :

Produits obtenus par la distillation du pétrole brut

Nombre d’atomes

de carbone

Point d’ébullition

(°C)

État à

25°C Utilisation

Gaz de pétrole

C₁ – C₄ < 30 Gaz Utiliser comme carburant, fabrication des produits chimiques et des produits synthétiques.

Naphtas léger C₅ – C₇ 30 – 110 Liquide Solvants, essence.

Essence C6 – C12 40 – 205 Liquide Combustibles pour les machines à essence.

Kérosène C₁₀ – C₁₄ 170 – 250 Liquide Carburant aviation et la lampe.

Diesel (gazole)

C14 – C19 250 – 340 Liquide Combustibles pour les machines à diesel.

Lubrifiant C19 – C35 > 350 Liquide Lubrifiant dans les machines

Mazout C₃₅ – C₄₀ > 400 Liquide Combustibles pour les machines.

Cire C40 – C50 > 400 Solide Fabrication des bougies, des cosmétiques, des

détergents…

Bitume  50 > 400 Solide Fabrication de l’asphalte, utilisé comme

imperméabilisant.

Tableau 29.3 Présentation des produits obtenus par la distillation fractionnée du pétrole brut et leur utilisation

Le raffinage du pétrole brut donne 2 sortes de naphta : le naphta léger (C5-C7) et le naphta lourd (C6-C12). Le naphta léger sert de base dans la composition des essences ; il est aussi utilisé comme matière première pour la fabrication de certains produits chimiques tels que la préparation de l’essence, du toluène, du styrène…

Les produits obtenus par le raffinage du pétrole brut ont des utilisations différemment. Actuellement, le besoin d’utilisation de l’essence (C6-C12) et du diesel (C14-C19) est très élevé. La qualité du produit obtenu directement par la distillation ne correspond pas aux exigences. Les scientifiques transforment des hydrocarbures de masse moléculaire élevée et moins désirable en substance de masse moléculaire similaire à l’essence et au diesel, ainsi que l’amélioration de la restructuration des molécules en carburant de bonne qualité selon des façons suivantes :

1. Le processus de craquage

Le craquage est l’opération dans laquelle les grosses molécules d’hydrocarbure se brisent lorsqu’elles sont portées à 450 – 550°C sous basse pression et des catalyseurs dioxyde de silicium-oxyde d’aluminium (SiO2 – Aℓ2O3).

(Il peut donner d’autres produits) Exemples :

2. Le processus

de reformage

Le reformage a pour objectif de transformer les hydrocarbures de chaîne linéaire en chaîne ramifiée ou en hydrocarbures aromatiques et des hydrocarbures cycliques en hydrocarbures

aromatiques en présence de la chaleur, de la pression et un catalyseur.

3. L’alkylation

L’alkylation est une opération qui fait la synthèse des alcanes et des alcènes en présence d’un catalyseur d’acide sulfurique. Le produit obtenu est l’alcène à chaîne ramifiée, par exemple :

4. L’oligom

érisation

L’oligomérisation consiste à faire réagir des petites molécules des hydrocarbures insaturés entre elles, par exemple :

Le produit obtenu est un alcène ; cet alcène réagit avec le dihydrogène en présence du catalyseur (Ni ou Pt) en donnant un alcane.

Le reformage, l’alkylation et l’oligomérisation sont utilisés pour améliorer des carburants surtout l’essence car c’est la production des hydrocarbures à chaîne ramifiée puisque l’essence contenant des hydrocarbures à chaîne ramifiée a de meilleure qualité que des hydrocarbures à chaîne linéaires.

IV. La détermination la qualité de l’essence

L’essence est un carburant composé principalement l’alcane de 6- 12 atomes de carbone. L’essence a des propriétés variées en fonction du type et de la quantité des alcanes qui se composent. L’étude révèle que les isomères dont la chaîne carbonée ramifiée sont des carburants de meilleure qualité que les isomères à chaîne carbonée rectiligne, par exemple, un des isomères de l’octane (C₈H₁₈), appelé isooctane de structure :

L’isooctane est un meilleur carburant pour les moteurs à l’essence car elle contribue à maintenir des moteurs fonctionnant en douceur sans saccades. L’hydrocarbure inapproprié pour les moteurs à l’essence est n-heptane de structure CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2– CH3, lorsqu’il est utilisé comme combustible, il peut être enflammé facilement ce qui provoque les moteurs en saccade. Par conséquent, l’indice d’octane est une caractéristique essentielle qui détermine la qualité de l’essence tel que :

 L’essence possédant des propriétés combustibles comme l’isooctane a pour l’indice octane 100.

 L’essence possédant des propriétés combustibles comme n- heptane a pour l’indice octane 0.

 Pour les autres valeurs d’indice octane, il faut comparer le mélange d’isooctane et n-heptane en se basant sur le pourcentage de l’isooctane.

Exemples :

1) Un carburant d’indice d’octane 95 est un mélange de 95%

d’isooctane et 5% de n-heptane.

2) Un carburant d’indice d’octane 86 est un mélange de 86%

d’isooctane et 14% de n-heptane.

3) Un carburant d’indice d’octane 92 est un mélange de 92%

d’isooctane et 8% de n-heptane.

 Amélioration la qualité d’essence

Améliorer la qualité d’essence, c’est l’augmentation de l’indice d’octane car la plupart du raffinage du pétrole possède de bas indice d’octane. L’augmentation d’indice d’octane se fait en ajoutant certains produits chimiques tels que le tétraéthyl de plomb [(C2H5)4Pb] ou le tétraméthyl de plomb [(CH3)4Pb]. Ces deux substances sont des liquides à température ambiante, incolore, insoluble dans l’eau mais soluble dans l’essence. Elles aident à ne pas saccader des moteurs. Lorsque le pétrole brûle dans un moteur, le tétraéthyl de plomb ou le tétraméthyl de plomb se transforme en oxyde ou en carbonate de plomb sous forme de brouillard dans l’air, ce qui est toxique pour les humains et les animaux, en particulier le stockage dans le foie provoque la faible performance hépatique.

V. La détermination la qualité du diesel

Pour déterminer la qualité du diesel, on utilise la comparaison du cétane (C16H34) et de l’alpha-méthylnaphtalène (C10H7CH3), c’est pourquoi on détermine la qualité du diesel par l’indice de cétane. Le cétane a pour l’indice de cétane égal à 100 et l’alpha-méthylnaphtalène a pour l’indice de cétane égal à 0.

Le cétane de l’indice de cétane = 100

L’alpha-méthylnaphtalène de l’indice de cétane = 0

Exemple : Le diesel d’indice de cétane égal à 70 est un carburant constitué d’un mélange de 70% de cétane et 30% de l’alpha- méthylnaphtalène.

VI. Extraction du gaz naturel

Comme le gaz naturel contient de nombreux composés qui se divisent en 2 groupes :

 Le groupe qui n’est pas des hydrocarbures tels que N₂, CO2, H2S, Hg et H2O.

 Le groupe des composés d’hydrocarbure principalement de C₁C5

qui peut être à l’état gazeux, liquide ou dans les deux états dépendant de la température et de pression.

Avant d’être utilisé, il faut passer par un processus de séparation pour obtenir un bon produit aux besoins. Le procédé de séparation des gaz naturels est la suivante :

1. Séparer les composés qui ne sont pas des hydrocarbures à partir des gaz naturels en séparant d’abord Hg et H2S car Hg et H2S affectent la corrosion des canalisations et des instruments. On sépare le CO2

en utilisant une solution de carbonate de potassium (K2CO3) qui absorbe le CO2 du gaz naturel. À saturation, K2CO3 peut être réutilisé à nouveau en baissant la pression et augmentant la température. Le CO2 est libéré. Ensuite, éliminer l’humidité en utilisant un tamis moléculaire qui est une substance poreuse pouvant absorber l’eau à partir du gaz. La raison de séparer le CO₂ et H2O en premier, car ces deux substances, entrant dans la séparation des gaz dans l’étape de diminution de température, se transforment à l’état solide, peuvent bloquer les canalisations. Le CO2 isolé peut être faite la glace carbonique.

2. Séparer les composants des gaz naturels en augmentant la pression et diminuant la température jusqu’à ce que le gaz devienne un liquide puis envoyer à la colonne de distillation. Le procédé de la séparation est la suivante :

- Augmenter la température pour extraire le méthane en gaz méthane, les autres substances sont des liquides. Séparer le gaz méthane et envoyer des gaz liquéfié au tour de distillation d’éthane.

- Augmenter la température pour extraire l’éthane en gaz éthane, les autres substances sont des liquides, envoyer-les au tour de distillation du propane.

- Augmenter la température jusqu’au propane se transforme en gaz. Cette colonne de distillation sépare du propane, du gaz du pétrole liquéfié (C3+C4) et du gaz naturel (à partir de C5) à part.

Composés Formule moléculaire

Pourcentage

volumétrique Utilisation Méthane

CH4 60 – 80

- Carburant de la centrale électrique, cimenterie, céramique…

- Carburant pour les véhicules.

- Matières premières dans la production des engrais chimiques, des alcools et du gaz naturel liquéfié (GNL) Ethane

C2H6 4 – 10

- Matières premières dans la pétrochimie telle que la production du plastique, les fibres synthétiques.

Propane

C₃H₈ 3 – 5

- Le propane mélangé avec le butane, appelé gaz de pétrole liquéfié (GPL) est utilisé comme combustible-cuisine, carburant dans les moteurs et dans certains industries.

Butane

C4H10 1 – 3

- Matières premières pour l’industrie pétrochimie telle que la production du plastique, les fibres synthétiques.

Pentane

C₅H₁₂ 0,1 – 1

- Matières premières pour l’industrie pétrochimie telle que la production des solvants, de l’essence.

Dioxyde de

carbone CO2 15 – 25

- Production de la glace sèche (glace carbonique).

- Utilisé dans l’industrie des boissons, du feu liquide.

Diazote

N2 Inférieur à 3 - Production des engrais azotés.

Autres (vapeur d’eau, hélium, sulfure d’hydrogè ne et le mercure)

– Très peu

Supplémentaire

Le gaz de pétrole liquéfié, abrégé en GPL, est composé essentiellement de propane et de butane de proportion variable dépendant aux besoins de chaque pays. Le GPL est stocké dans le réservoir à l’état liquide à haute pression. Le GPL est incolore et inodore, c’est pourquoi on y ajoute de l’éthylmercaptan (C₂H5SH) ou du méthylmercaptan (CH3SH), substance d’odeur caractéristique d’œuf pourri, qui permet de détecter des fuites de gaz. Le GPL, en cas de fuite, entraîne un danger d’explosion. Cela entraîne également un danger d’asphyxie, le GPL remplaçant l’air et diminuant donc la concentration en oxygène. Le règlement impose donc que tout local dans lequel se trouve un appareil à GPL soit bien ventilé.

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1. Qu’est-ce que le pétrole ?

2. Combien de méthodes y-a-t-il pour explorer du pétrole ? citer-les.

3. Le processus du raffinage du pétrole est-il important ? Pourquoi?

4. Quels sont les étapes d’améliorer la qualité d’essence ?

5. Une essence est composée de 27 parties d’isooctane et 3 parties d’heptane, quel est l’indice d’octane de cette essence?

a) 90 b) 92 c) 95 d) 98

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