Origine pétrolière abiogène

Bien que l’existence d’ Hydrocarbures sur des corps extraterrestres comme Titan , la lune de Saturne, indique que les Hydrocarbures sont parfois produits naturellement par des moyens inorganiques , l’origine pétrolière abiogénique est une hypothèse largement discréditée qui propose que la plupart des gisements de pétrole et de gaz naturel de la Terre se soient également formés de manière inorganique. Les théories dominantes sur la formation d’Hydrocarbures sur terre indiquent une origine de la décomposition d’organismes morts depuis longtemps. Les théories expliquant l’origine du pétrole comme abiotique ne sont généralement pas bien acceptées par la communauté scientifique, et sont rejetées par la plupart des chercheurs et des théories scientifiques sur le sujet. ^[1]

L’ hypothèse des gaz profonds de Thomas Gold indique que certains gisements de gaz naturel se sont formés à partir d’ Hydrocarbures dans les profondeurs du manteau terrestre . Des études antérieures sur les roches dérivées du manteau provenant de nombreux endroits ont montré que les Hydrocarbures de la région du manteau peuvent être trouvés largement dans le monde. Cependant, la teneur en ces Hydrocarbures est en faible concentration. ^[2] Bien qu’il puisse y avoir d’importants gisements d’Hydrocarbures abiotiques, des quantités importantes d’Hydrocarbures abiotiques à l’échelle mondiale sont jugées peu probables. ^[3]

Aperçu des hypothèses

Certaines hypothèses abiogéniques ont proposé que le pétrole et le gaz ne proviennent pas de gisements fossiles, mais plutôt de gisements de carbone profonds, présents depuis la formation de la Terre . ^[4]

L’hypothèse abiogénique a retrouvé un certain soutien en 2009 lorsque des chercheurs de l’Institut royal de technologie ( KTH ) de Stockholm ont déclaré qu’ils pensaient avoir prouvé que les fossiles d’animaux et de plantes ne sont pas nécessaires à la production de pétrole brut et de gaz naturel. ^{[5] [6]}

Histoire

Une hypothèse abiogénique a été proposée pour la première fois par Georgius Agricola au 16ème siècle et diverses hypothèses abiogéniques supplémentaires ont été proposées au 19ème siècle, notamment par le géographe prussien Alexander von Humboldt , ^{[ quand ? ]} le chimiste russe Dmitri Mendeleev (1877) ^[7] et le chimiste français Marcellin Berthelot . ^{[ quand ? ]} Les hypothèses abiogènes ont été relancées dans la dernière moitié du XXe siècle par des scientifiques soviétiques qui avaient peu d’influence en dehors de l’Union soviétique car la plupart de leurs recherches étaient publiées en russe. L’hypothèse a été redéfinie et rendue populaire en Occident par Thomas Gold, qui a développé ses théories de 1979 à 1998 et publié ses recherches en anglais.

Abraham Gottlob Werner et les partisans du neptunisme au XVIIIe siècle considéraient les seuils basaltiques comme des huiles ou du bitume solidifiés. Alors que ces notions se sont avérées infondées, l’idée de base d’une association entre le pétrole et le magmatisme a persisté. Alexander von Humboldt a proposé une hypothèse abiogénique inorganique pour la formation de pétrole après avoir observé des sources de pétrole dans la baie de Cumaux ( Cumaná ) sur la côte nord-est du Venezuela . ^[8] Il est cité comme disant en 1804, “le pétrole est le produit d’une distillation à grande profondeur et sort des roches primitives sous lesquelles se trouvent les forces de toute action volcanique”. ^[^{citation nécessaire ]}D’autres premiers partisans éminents de ce qui allait devenir l’hypothèse abiogénique généralisée comprenaientDmitri Mendeleev^[9]etBerthelot.

En 1951, le géologue soviétique Nikolai Alexandrovitch Kudryavtsev a proposé l’hypothèse abiotique moderne du pétrole. ^{[10] [11]} Sur la base de son analyse des sables bitumineux d’Athabasca en Alberta, au Canada , il a conclu qu’aucune “roche mère” ne pouvait former l’énorme volume d’Hydrocarbures, et a donc proposé le pétrole profond abiotique comme explication la plus plausible. ( Des charbons humiques ont depuis été proposés pour les roches mères ^[12] ) .Georgi E. Boyko , Georgi I. Voitov , Grygori N. Dolenko , Iona V. Greenberg , Nikolai S. Beskrovny et Victor F. Linetsky .

L’astronome Thomas Gold était un éminent partisan de l’hypothèse abiogénique en Occident jusqu’à sa mort en 2004. Plus récemment, Jack Kenney de Gas Resources Corporation s’est fait connaître, ^{[13] [14] [15]} soutenu par des études menées par des chercheurs du Institut royal de technologie (KTH) à Stockholm, Suède. ^[5]

Fondements des hypothèses abiogéniques

Dans le manteau, le carbone peut exister sous forme d’ Hydrocarbures – principalement du méthane – et sous forme de carbone élémentaire, de dioxyde de carbone et de carbonates. ^[15] L’hypothèse abiotique est que la suite complète d’Hydrocarbures trouvés dans le pétrole peut soit être générée dans le manteau par des processus abiogènes, ^[15] ou par traitement biologique de ces Hydrocarbures abiogènes, et que les Hydrocarbures sources d’origine abiogène peuvent migrer hors du manteau dans la croûte jusqu’à ce qu’ils s’échappent à la surface ou soient piégés par des strates imperméables, formant des réservoirs de pétrole.

Les hypothèses abiogènes rejettent généralement la supposition que certaines molécules présentes dans le pétrole, appelées biomarqueurs , sont indicatives de l’origine biologique du pétrole. Ils soutiennent que ces molécules proviennent principalement de microbes se nourrissant de pétrole lors de sa migration ascendante à travers la croûte, que certaines d’entre elles se trouvent dans des météorites, qui n’ont vraisemblablement jamais contacté de matière vivante, et que certaines peuvent être générées de manière abiogénique par des réactions plausibles dans le pétrole. ^[14]

Certaines des preuves utilisées pour soutenir les théories abiogéniques comprennent:

Promoteurs	Article
Or	La présence de méthane sur d’autres planètes, météores, lunes et comètes ^{[16] [17]}
Or, Kenny	Mécanismes proposés de synthèse chimique abiotique des Hydrocarbures dans le manteau ^{[13] [14] [15]}
Kudryavtsev, Or	Les zones riches en Hydrocarbures ont tendance à être riches en Hydrocarbures à différents niveaux ^[4]
Kudryavtsev, Or	Les gisements de pétrole et de méthane se trouvent dans de grands modèles liés aux caractéristiques structurelles profondes à grande échelle de la croûte plutôt qu’à la mosaïque de dépôts sédimentaires ^[4]
Or	Interprétations de la composition chimique et isotopique du pétrole naturel ^[4]
Kudryavtsev, Or	La présence de pétrole et de méthane dans les roches non sédimentaires sur la Terre ^[18]
Or	L’existence de gisements d’ hydrate de méthane ^[4]
Or	Ambiguïté perçue dans certaines hypothèses et preuves clés utilisées dans la compréhension conventionnelle de l’origine du pétrole . ^{[4] [13]}
Or	La création de charbon bitumineux est basée sur des suintements profonds d’Hydrocarbures ^[4]
Or	Bilan de carbone de surface et niveaux d’oxygène stables sur des échelles de temps géologiques ^[4]
Kudryavtsev, Or	L’explication biogénique n’explique pas certaines caractéristiques des gisements d’Hydrocarbures ^[4]
Szatmari	La distribution des métaux dans les pétroles bruts correspond mieux au manteau serpentinisé supérieur, au manteau primitif et aux modèles de chondrite qu’à la croûte océanique et continentale, et ne montre aucune corrélation avec l’eau de mer ^[19]
Or	L’association des Hydrocarbures avec l’hélium , un gaz rare ^{[ précision nécessaire ] [4]}

Enquête récente sur les hypothèses abiogéniques

Apprendre encore plus Cette section peut être déséquilibrée par rapport à certains points de vue . ( juillet 2009 ) Please improve the article or discuss the issue on the talk page.

Depuis 2009 ^[update], peu de recherches sont orientées vers l’établissement de pétrole ou de méthane abiogéniques , bien que la Carnegie Institution for Science ait signalé que l’éthane et des Hydrocarbures plus lourds peuvent être synthétisés dans les conditions du manteau supérieur . ^[20] La recherche principalement liée à l’ astrobiologie et à la biosphère microbienne profonde et aux réactions de la serpentinite continue cependant de donner un aperçu de la contribution des Hydrocarbures abiogéniques dans les accumulations de pétrole.

porosité des roches et voies de migration du pétrole abiogénique ^[21]
réactions de Serpentinisation de la péridotite du manteau et autres analogues naturels de Fischer – Tropsch ^[22]
Hydrocarbures primordiaux dans les météorites , les comètes , les Astéroïdes et les corps solides du système solaire ^{[ citation nécessaire ]}
- Sources primordiales ou anciennes d’Hydrocarbures ou de carbone sur Terre ^{[23] [24]}
  - Hydrocarbures primordiaux formés à partir de l’hydrolyse des carbures métalliques du pic de fer d’abondance élémentaire cosmique ( chrome , fer , nickel , vanadium , manganèse , cobalt ) ^[25]
études isotopiques des réservoirs d’eau souterraine, des ciments sédimentaires, des gaz de formation et de la composition des gaz nobles et de l’azote dans de nombreux champs pétrolifères
la géochimie du pétrole et la présence de métaux traces liés au manteau terrestre (nickel, vanadium, cadmium, arsenic , plomb , zinc , mercure et autres)
Vous ne trouvez pas de couches de charbon dans un champ pétrolifère, que ce soit au-dessus ou en dessous des gisements de pétrole. Si le pétrole provient de restes fossilisés, pourquoi ne trouve-t-on pas de charbon mélangé à du pétrole dans un champ pétrolifère ?
Les réserves épuisées pourraient mettre plusieurs millions d’années à se reconstituer lentement, à condition que toutes les conditions soient encore viables.

Les chercheurs considèrent la théorie comme démystifiable. Certaines critiques courantes incluent :

Si du pétrole était créé dans le manteau, on s’attendrait à ce que le pétrole se trouve le plus souvent dans les zones de faille, car cela offrirait la plus grande opportunité pour le pétrole de migrer dans la croûte depuis le manteau. De plus, le manteau près des zones de subduction a tendance à être plus oxydant que le reste. Cependant, les emplacements des gisements de pétrole ne se sont pas avérés corrélés avec les zones de failles.

Mécanismes proposés du pétrole abiogénique

Apprendre encore plus Cette section peut être trop technique pour être comprise par la plupart des lecteurs . ( juillet 2008 ) Please help improve it to make it understandable to non-experts, without removing the technical details. (Learn how and when to remove this template message)

Dépôts primordiaux

Les travaux de Thomas Gold se sont concentrés sur les gisements d’Hydrocarbures d’origine primordiale. On pense que les météorites représentent la composition principale du matériau à partir duquel la Terre a été formée. Certaines météorites, telles que les chondrites carbonées , contiennent de la matière carbonée. Si une grande quantité de ce matériau se trouve encore dans la Terre, il se peut qu’il ait fui vers le haut pendant des milliards d’années. Les conditions thermodynamiques au sein du manteau permettraient à de nombreuses molécules d’Hydrocarbures d’être à l’équilibre sous haute pression et haute température. Bien que les molécules dans ces conditions puissent se dissocier, les fragments résultants seraient reformés en raison de la pression. Un équilibre moyen de diverses molécules existerait en fonction des conditions et du rapport carbone-hydrogène du matériau. ^[26]

Création dans le manteau

Des chercheurs russes ont conclu que des mélanges d’Hydrocarbures seraient créés dans le manteau. Des expériences à des températures et des pressions élevées ont produit de nombreux Hydrocarbures, y compris des n- Alcanes jusqu’à C ₁₀ H ₂₂ , à partir d’oxyde de fer , de carbonate de calcium et d’eau. ^[15] Parce que ces matériaux se trouvent dans le manteau et dans la croûte subductée , il n’est pas nécessaire que tous les Hydrocarbures soient produits à partir de gisements primordiaux.

Génération d’hydrogène

De l’hydrogène gazeux et de l’eau ont été trouvés à plus de 6 000 mètres (20 000 pieds) de profondeur dans la croûte supérieure des forages de l’ anneau de Siljan et du forage Kola Superdeep . Les données de l’ouest des États-Unis suggèrent que les aquifères près de la surface peuvent s’étendre à des profondeurs de 10 000 mètres (33 000 pieds) à 20 000 mètres (66 000 pieds). L’hydrogène gazeux peut être créé par la réaction de l’eau avec des silicates , du quartz et du feldspath à des températures comprises entre 25 °C (77 °F) et 270 °C (518 °F). Ces minéraux sont communs dans les roches crustales telles que le granite . L’hydrogène peut réagir avec les composés carbonés dissous dans l’eau pour former du méthane et des composés carbonés supérieurs. ^[27]

Une réaction n’impliquant pas de silicates qui peuvent créer de l’hydrogène est :

Oxyde ferreux + eau → magnétite + hydrogène 3FeO + H ₂ O → Fe ₃ O ₄ + H ₂ ^{[23] [ <span title=”Cette équation apparaît dans la référence juste au-dessus de la Fig. 4, mais elle ne correspond pas ; le résultat serait en fait Fe ₃ O ₂ … (mai 2019)”>douteux – discuter ]}

La réaction ci-dessus fonctionne mieux à basse pression. À des pressions supérieures à 5 gigapascals (49 000 atm), presque aucun hydrogène n’est créé. ^[23]

Thomas Gold a rapporté que des Hydrocarbures ont été trouvés dans le trou de forage de l’anneau de Siljan et ont généralement augmenté avec la profondeur, bien que l’entreprise n’ait pas été un succès commercial. ^[28]

Cependant, plusieurs géologues ont analysé les résultats et ont déclaré qu’aucun hydrocarbure n’avait été trouvé. ^{[29] [30] [31] [32] [33]}

Mécanisme serpentinite

En 1967, le scientifique soviétique Emmanuil B. Chekaliuk a proposé que le pétrole puisse se former à des températures et des pressions élevées à partir de carbone inorganique sous forme de dioxyde de carbone, d’hydrogène et/ou de méthane.

Ce mécanisme est étayé par plusieurs lignes de preuves qui sont acceptées par la littérature scientifique moderne. Cela implique la synthèse de pétrole dans la croûte via la catalyse par des roches chimiquement réductrices. Un mécanisme proposé pour la formation d’Hydrocarbures inorganiques ^[34] est via des analogues naturels du processus Fischer-Tropsch connu sous le nom de mécanisme serpentinite ou processus serpentinite. ^{[19] [35]}

C H 4 + 1 2 O 2 → 2 H 2 + C O {displaystyle mathrm {CH_{4}+{begin{matrice}{frac {1}{2}}end{matrice}}O_{2}rightarrow 2H_{2}+CO} } ( 2 n + 1 ) H 2 + n C O → C n H 2 n + 2 + n H 2 O {displaystyle mathrm {(2n+1)H_{2}+nCOrightarrow C_{n}H_{2n+2}+nH_{2}O} }

Les serpentinites sont des roches idéales pour héberger ce processus car elles sont formées de péridotites et de dunites , des roches qui contiennent plus de 80% d’olivine et généralement un pourcentage de minéraux de spinelle Fe-Ti. La plupart des olivines contiennent également des concentrations élevées de nickel (jusqu’à plusieurs pour cent) et peuvent également contenir de la chromite ou du chrome comme contaminant dans l’olivine, fournissant les métaux de transition nécessaires.

Cependant, la synthèse de serpentinite et les réactions de craquage de spinelle nécessitent une Altération hydrothermale de la péridotite-dunite vierge, qui est un processus fini intrinsèquement lié au métamorphisme, et nécessite en outre un ajout important d’eau. La serpentinite est instable aux températures du manteau et se déshydrate facilement en granulite , amphibolite , talc – schiste et même éclogite . Ceci suggère que la méthanogenèse en présence de serpentinites est restreinte dans l’espace et dans le temps aux dorsales médio-océaniques et aux niveaux supérieurs des zones de subduction. Cependant, de l’eau a été trouvée jusqu’à 12 000 mètres (39 000 pieds), ^[36]les réactions à base d’eau dépendent donc des conditions locales. Le pétrole créé par ce processus dans les régions intracratoniques est limité par les matériaux et la température.

Synthèse de serpentinite

Une base chimique du processus pétrolier abiotique est la Serpentinisation de la péridotite , en commençant par la méthanogenèse via l’hydrolyse de l’olivine en serpentine en présence de dioxyde de carbone. ^[35] L’olivine, composée de forstérite et de fayalite se métamorphose en serpentine, magnétite et silice par les réactions suivantes, avec de la silice issue de la décomposition de fayalite (réaction 1a) alimentant la réaction de forstérite (1b).

Réaction 1a :
Fayalite + eau → magnétite + silice aqueuse + hydrogène

3 F e 2 S i O 4 + 2 H 2 O → 2 F e 3 O 4 + 3 S i O 2 + 2 H 2 {displaystyle mathrm {3Fe_{2}SiO_{4}+2H_{2}Orightarrow 2Fe_{3}O_{4}+3SiO_{2}+2H_{2}} }

Réaction 1b :
Forstérite + silice aqueuse → serpentinite

3 M g 2 S i O 4 + S i O 2 + 4 H 2 O → 2 M g 3 S i 2 O 5 ( O H ) 4 {displaystyle mathrm {3Mg_{2}SiO_{4}+SiO_{2}+4H_{2}Orightarrow 2Mg_{3}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}} }

Lorsque cette réaction se produit en présence de dioxyde de carbone dissous (acide carbonique) à des températures supérieures à 500 ° C (932 ° F), la réaction 2a a lieu.

Réaction 2a :
Olivine + eau + acide carbonique → serpentine + magnétite + méthane

( F e , M g ) 2 S i O 4 + n H 2 O + C O 2 → M g 3 S i 2 O 5 ( O H ) 4 + F e 3 O 4 + C H 4 {displaystyle mathrm {(Fe,Mg)_{2}SiO_{4}+nH_{2}O+CO_{2}rightarrow Mg_{3}Si_{2}O_{5}(OH)_{4 }+Fe_{3}O_{4}+CH_{4}} }

ou, sous forme équilibrée : 18 M g 2 S i O 4 + 6 F e 2 S i O 4 + 26 H 2 O + C O 2 {displaystyle mathrm {18Mg_{2}SiO_{4}+6Fe_{2}SiO_{4}+26H_{2}O+CO_{2}} } → 12 M g 3 S i 2 O 5 ( O H ) 4 + 4 F e 3 O 4 + C H 4 {displaystyle mathrm {12Mg_{3}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}+4Fe_{3}O_{4}+CH_{4}} }

Cependant, la réaction 2(b) est tout aussi probable, et soutenue par la présence d’abondants schistes à talc-carbonate et de filonnets de magnésite dans de nombreuses péridotites serpentinisées ;

Réaction 2b :
Olivine + eau + acide carbonique → serpentine + magnétite + magnésite + silice

( F e , M g ) 2 S i O 4 + n H 2 O + C O 2 → M g 3 S i 2 O 5 ( O H ) 4 + F e 3 O 4 + M g C O 3 + S i O 2 {displaystyle mathrm {(Fe,Mg)_{2}SiO_{4}+nH_{2}O+CO_{2}rightarrow Mg_{3}Si_{2}O_{5}(OH)_{4 }+Fe_{3}O_{4}+MgCO_{3}+SiO_{2}} }

La valorisation du méthane en Hydrocarbures n-Alcanes supérieurs se fait par déshydrogénation du méthane en présence de métaux de transition catalytiques (par exemple Fe, Ni). Ceci peut être appelé hydrolyse spinelle.

Mécanisme de polymérisation du spinelle

La magnétite , la chromite et l’ilménite sont des minéraux du groupe Fe-spinelle que l’on trouve dans de nombreuses roches, mais rarement comme composant majeur dans les roches non ultramafiques . Dans ces roches, de fortes concentrations de magnétite magmatique, de chromite et d’ilménite fournissent une matrice réduite qui peut permettre le craquage abiotique du méthane en Hydrocarbures supérieurs lors d’événements hydrothermaux .

Des roches chimiquement réduites sont nécessaires pour conduire cette réaction et des températures élevées sont nécessaires pour permettre au méthane d’être polymérisé en éthane. Notez que la réaction 1a, ci-dessus, crée également de la magnétite.

Réaction 3 :
Méthane + magnétite → éthane + hématite

n C H 4 + n F e 3 O 4 + n H 2 O → C 2 H 6 + F e 2 O 3 + H C O 3 + H + {displaystyle mathrm {nCH_{4}+nFe_{3}O_{4}+nH_{2}Orightarrow C_{2}H_{6}+Fe_{2}O_{3}+HCO_{3}+ H^{+}} }

La réaction 3 donne des Hydrocarbures n-Alcanes, y compris des Hydrocarbures linéaires saturés, des alcools , des aldéhydes , des cétones , des aromatiques et des composés cycliques. ^[35]

Décomposition des carbonates

Le carbonate de calcium peut se décomposer à environ 500 ° C (932 ° F) par la réaction suivante : ^[23]

Réaction 5 :
Hydrogène + carbonate de calcium → méthane + oxyde de calcium + eau

4 H 2 + C a C O 3 → C H 4 + C a O + 2 H 2 O {displaystyle mathrm {4H_{2}+CaCO_{3}rightarrow CH_{4}+CaO+2H_{2}O} }

Notez que CaO (chaux) n’est pas une espèce minérale trouvée dans les roches naturelles. Bien que cette réaction soit possible, elle n’est pas plausible.

Preuve de mécanismes abiogéniques

Les calculs théoriques de JF Kenney utilisant la théorie des particules à l’échelle (un modèle mécanique statistique) pour une chaîne dure perturbée simplifiée prédisent que le méthane comprimé à 30000 bars (3,0 GPa) ou 40000 bars (4,0 GPa) kbar à 1000 ° C (1830 ° F) (conditions dans le manteau) est relativement instable par rapport aux Hydrocarbures supérieurs. Cependant, ces calculs n’incluent pas la pyrolyse du méthane produisant du carbone amorphe et de l’hydrogène, qui est reconnue comme la réaction prédominante à haute température. ^{[14] [15]}
Des expériences dans des cellules haute pression à enclume de diamant ont abouti à une conversion partielle du méthane et des carbonates inorganiques en Hydrocarbures légers. ^{[37] [6]}

Hydrocarbures biotiques (microbiens)

L ‘«hypothèse du pétrole biotique profond», similaire à l’hypothèse de l’origine du pétrole abiogénique, soutient que tous les gisements de pétrole dans les roches de la Terre ne peuvent pas être expliqués uniquement selon la vision orthodoxe de la géologie du pétrole . Thomas Gold a utilisé le terme de biosphère profonde et chaude pour décrire les microbes qui vivent sous terre. ^{[4] [38]}

Cette hypothèse est différente du pétrole biogénique en ce que le rôle des microbes vivant en profondeur est une source biologique de pétrole qui n’est pas d’origine sédimentaire et ne provient pas du carbone de surface. La vie microbienne profonde n’est qu’un contaminant d’Hydrocarbures primordiaux. Des parties de microbes produisent des molécules comme biomarqueurs.

L’huile biotique profonde est considérée comme un sous-produit du cycle de vie des microbes profonds. L’huile biotique peu profonde est considérée comme étant formée comme un sous-produit des cycles de vie des microbes peu profonds.

Biomarqueurs microbiens

Thomas Gold , dans un livre de 1999, a cité la découverte de bactéries thermophiles dans la croûte terrestre comme nouveau support du postulat selon lequel ces bactéries pourraient expliquer l’existence de certains biomarqueurs dans le pétrole extrait. ^[4] Une réfutation des origines biogéniques basée sur des biomarqueurs a été proposée par Kenney et al. (2001). ^[14]

Preuve isotopique

Le méthane est omniprésent dans les fluides et les gaz de la croûte. ^[39] La recherche continue de tenter de caractériser les sources crustales de méthane comme biogéniques ou abiogéniques en utilisant le fractionnement isotopique du carbone des gaz observés (Lollar & Sherwood 2006). Il existe peu d’exemples clairs de méthane-éthane-butane abiogénique, car les mêmes processus favorisent l’enrichissement en isotopes légers dans toutes les réactions chimiques, qu’elles soient organiques ou inorganiques. Le δ ¹³ C du méthane chevauche celui du carbonate inorganique et du graphite dans la croûte, qui sont fortement appauvris en ¹² C, et l’atteignent par fractionnement isotopique lors des réactions métamorphiques.

Un argument en faveur du pétrole abiogénique cite l’épuisement élevé en carbone du méthane comme résultant de l’épuisement observé des isotopes du carbone avec la profondeur de la croûte. Cependant, les diamants, qui sont définitivement d’origine mantellique, ne sont pas aussi appauvris que le méthane, ce qui implique que le fractionnement isotopique du carbone du méthane n’est pas contrôlé par les valeurs du manteau. ^[29]

Des concentrations d’ hélium extractibles commercialement (supérieures à 0,3 %) sont présentes dans le gaz naturel des champs de Panhandle- Hugoton aux États-Unis, ainsi que dans certains champs gaziers algériens et russes. ^{[40] [41]}

L’hélium piégé dans la plupart des occurrences de pétrole, comme l’occurrence au Texas, est d’un caractère distinctement crustal avec un rapport Ra inférieur à 0,0001 celui de l’atmosphère. ^{[42] [43]}

Produits chimiques biomarqueurs

Certains produits chimiques présents dans le pétrole naturel contiennent des similitudes chimiques et structurelles avec des composés présents dans de nombreux organismes vivants. Ceux-ci comprennent les terpénoïdes , les terpènes , le pristane , le phytane , le cholestane , les chlores et les porphyrines , qui sont de grosses molécules chélatrices de la même famille que l’ hème et la chlorophylle . Les matériaux qui suggèrent certains processus biologiques comprennent le diterpane tétracyclique et l’oléanane. ^{[ citation nécessaire ]}

La présence de ces produits chimiques dans le pétrole brut est le résultat de l’inclusion de matière biologique dans le pétrole ; ces produits chimiques sont libérés par le kérogène lors de la production d’huiles d’Hydrocarbures, car ce sont des produits chimiques très résistants à la dégradation et des voies chimiques plausibles ont été étudiées. Les défenseurs abiotiques affirment que les biomarqueurs pénètrent dans le pétrole lors de sa remontée lorsqu’il entre en contact avec d’anciens fossiles. Cependant, une explication plus plausible est que les biomarqueurs sont des traces de molécules biologiques de bactéries (archaea) qui se nourrissent d’Hydrocarbures primordiaux et meurent dans cet environnement. Par exemple, les hopanoïdes ne sont que des parties de la paroi cellulaire bactérienne présente dans l’huile en tant que contaminant. ^[4]

Métaux traces

Le nickel (Ni), le vanadium (V), le plomb (Pb), l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le mercure (Hg) et d’autres métaux sont fréquemment présents dans les huiles. Certains pétroles bruts lourds, tels que le brut lourd vénézuélien, ont jusqu’à 45% de teneur en pentoxyde de vanadium dans leurs cendres, suffisamment élevée pour qu’il s’agisse d’une source commerciale de vanadium. Les partisans abiotiques soutiennent que ces métaux sont communs dans le manteau terrestre, mais des teneurs relativement élevées en nickel, vanadium, plomb et arsenic peuvent généralement être trouvées dans presque tous les sédiments marins.

L’analyse de 22 oligo-éléments dans les huiles est significativement mieux corrélée avec la chondrite , la péridotite serpentinisée du manteau fertile et le manteau primitif qu’avec la croûte océanique ou continentale, et ne montre aucune corrélation avec l’eau de mer. ^[19]

Carbone réduit

Sir Robert Robinson a étudié en détail la composition chimique des huiles de pétrole naturelles et a conclu qu’elles étaient pour la plupart beaucoup trop riches en hydrogène pour être un produit probable de la décomposition des débris végétaux, en supposant une double origine pour les Hydrocarbures terrestres. ^[26] Cependant, plusieurs procédés qui génèrent de l’hydrogène pourraient fournir une hydrogénation du kérogène compatible avec l’explication conventionnelle. ^[44]

On aurait pu s’attendre à ce que les oléfines , les Hydrocarbures insaturés, prédominent de loin dans tout matériau dérivé de cette manière. Il a également écrit: “Le pétrole … [semble être] un mélange d’Hydrocarbures primordial dans lequel des bioproduits ont été ajoutés.”

Il a été démontré plus tard que cette hypothèse était un malentendu de Robinson, lié au fait que seules des expériences de courte durée étaient à sa disposition. Les oléfines sont thermiquement très instables (c’est pourquoi le pétrole naturel ne contient normalement pas de tels composés) et dans les expériences de laboratoire qui durent plus de quelques heures, les oléfines ne sont plus présentes. ^{[ citation nécessaire ]}

La présence d’Hydrocarbures à faible teneur en oxygène et pauvres en hydroxyles dans les milieux vivants naturels est soutenue par la présence de cires naturelles (n = 30+), d’huiles (n = 20+) et de lipides dans les matières végétales et animales, par exemple les graisses dans le phytoplancton, le zooplancton, etc. Ces huiles et cires, cependant, se produisent en quantités trop faibles pour affecter de manière significative le rapport global hydrogène/carbone des matériaux biologiques. Cependant, après la découverte de biopolymères hautement aliphatiques dans les algues, et que le kérogène générateur d’huile représente essentiellement des concentrés de tels matériaux, plus aucun problème théorique n’existe. ^{[ citation nécessaire ]}De plus, les millions d’échantillons de roche mère qui ont été analysés pour le rendement pétrolier par l’industrie pétrolière ont confirmé les grandes quantités de pétrole trouvées dans les bassins sédimentaires.

Preuves empiriques

Des occurrences de pétrole abiotique en quantités commerciales dans les puits de pétrole au large du Vietnam sont parfois citées, ainsi que dans le champ pétrolifère du bloc 330 de l’île Eugene et le bassin du Dniepr-Donets. Cependant, les origines de tous ces puits peuvent également être expliquées par la théorie biotique. ^[22] Les géologues modernes pensent que des gisements commercialement rentables de pétrole abiotique pourraient être trouvés, mais aucun gisement actuel n’a de preuves convaincantes qu’il provient de sources abiotiques. ^[22]

L’école de pensée soviétique a vu la preuve de leur hypothèse ^{[ clarification nécessaire ]} dans le fait que certains réservoirs de pétrole existent dans des roches non sédimentaires telles que le granit, les roches volcaniques métamorphiques ou poreuses. Cependant, les opposants ont noté que les roches non sédimentaires servaient de réservoirs pour le pétrole d’origine biologique expulsé de la roche mère sédimentaire voisine par le biais de mécanismes communs de migration ou de remigration. ^[22]

Les observations suivantes ont été couramment utilisées pour plaider en faveur de l’hypothèse abiogénique, mais chaque observation de pétrole réel peut également être entièrement expliquée par l’origine biotique : ^[22]

Champ d’évent hydrothermal Lost City

Il a été déterminé que le champ hydrothermal de Lost City avait une production d’Hydrocarbures abiogéniques. Proskurowski et al. a écrit: “Les preuves radiocarbonées excluent le bicarbonate d’eau de mer comme source de carbone pour les réactions FTT , suggérant qu’une source de carbone inorganique dérivée du manteau est lessivée des roches hôtes. Nos résultats illustrent que la synthèse abiotique d’Hydrocarbures dans la nature peut se produire en présence de des roches ultramafiques, de l’eau et des quantités modérées de chaleur.” ^[45]

Cratère de l’anneau de Siljan

Le cratère de météorite Siljan Ring , en Suède, a été proposé par Thomas Gold comme l’endroit le plus probable pour tester l’hypothèse car c’était l’un des rares endroits au monde où le sous-sol de granit était suffisamment fissuré (par l’impact d’une météorite) pour permettre au pétrole de s’Infiltrer. du manteau; en outre, il est rempli d’un placage relativement mince de sédiments, qui était suffisant pour piéger toute huile abiogénique, mais a été modélisé comme n’ayant pas été soumis aux conditions de chaleur et de pression (connues sous le nom de «fenêtre à huile») normalement nécessaires pour créer de l’huile biogénique . Cependant, certains géochimistes ont conclu par analyse géochimique que le pétrole dans les suintements provenait du schiste ordovicien Tretaspis riche en matières organiques, où il a été chauffé par l’impact de la météorite. ^[46]

En 1986–1990, le forage Gravberg-1 a été foré à travers la roche la plus profonde de l’anneau de Siljan dans lequel les promoteurs espéraient trouver des réservoirs d’Hydrocarbures. Il s’est arrêté à une profondeur de 6 800 mètres (22 300 pieds) en raison de problèmes de forage, après que des investisseurs privés ont dépensé 40 millions de dollars. ^[30] Quelque quatre-vingts barils de pâte de magnétite et de boues contenant des Hydrocarbures ont été récupérés du puits ; Gold a soutenu que les Hydrocarbures étaient chimiquement différents et non dérivés de ceux ajoutés au trou de forage, mais les analyses ont montré que les Hydrocarbures provenaient du fluide de forage à base de carburant diesel utilisé dans le forage. ^{[30] [31] [32] [33]} Ce puits a également échantillonné plus de 13 000 pieds (4 000 m) d’inclusions contenant du méthane. ^[47]

En 1991–1992, un deuxième trou de forage, Stenberg-1, a été foré à quelques kilomètres à une profondeur de 6 500 mètres (21 300 pieds), obtenant des résultats similaires.

Tapis bactériens

L’observation directe de tapis bactériens et de carbonate et d’ humine de remplissage de fractures d’origine bactérienne dans des forages profonds en Australie est également considérée comme une preuve de l’origine abiogénique du pétrole. ^[48]

Exemples de gisements de méthane abiogéniques proposés

Le champ Panhandle – Hugoton ( bassin d’Anadarko ) dans le centre-sud des États-Unis est le plus important champ gazier contenant de l’hélium commercial. Certains partisans abiogéniques interprètent cela comme une preuve que l’hélium et le gaz naturel provenaient du manteau. ^{[42] [43] [49] [50]}

Le champ pétrolier de Bạch Hổ au Vietnam a été proposé comme exemple de pétrole abiogénique car il s’agit de 4 000 m de granit de socle fracturé, à une profondeur de 5 000 m. ^[51] Cependant, d’autres soutiennent qu’il contient de l’huile biogénique qui s’est infiltrée dans le horst du sous-sol à partir de roches mères conventionnelles du bassin de Cuu Long . ^{[18] [52]}

Un composant majeur du carbone dérivé du manteau est indiqué dans les réservoirs de gaz commerciaux des bassins pannonien et viennois de la Hongrie et de l’Autriche. ^[53]

Les gisements de gaz naturel interprétés comme étant dérivés du manteau sont le champ de Shengli ^[54] et le bassin de Songliao, dans le nord-est de la Chine. ^{[55] [56]}

Le suintement de gaz de Chimaera, près de Çıralı , Antalya (sud-ouest de la Turquie), a été continuellement actif pendant des millénaires et il est connu pour être la source du premier incendie olympique de la période hellénistique. Sur la base de la composition chimique et de l’analyse isotopique, le gaz Chimaera serait environ à moitié biogénique et à moitié abiogénique, la plus grande émission de méthane biogénique découverte; des accumulations de gaz profondes et sous pression nécessaires pour maintenir le flux de gaz pendant des millénaires, supposées provenir d’une source inorganique, peuvent être présentes. ^[57] La géologie locale des flammes de Chimaera, à la position exacte des flammes, révèle un contact entre l’ophiolite serpentinisée et les roches carbonatées. ^{[ citation nécessaire ]}Le procédé Fischer – Tropsch peut être une réaction appropriée pour former des gaz d’Hydrocarbures.

Arguments géologiques

Arguments accessoires pour l’huile abiogénique

Compte tenu de la présence connue de méthane et de la catalyse probable du méthane en molécules d’Hydrocarbures de poids atomique plus élevé, diverses théories abiogéniques considèrent ce qui suit comme des observations clés à l’appui des hypothèses abiogéniques :

les modèles de synthèse de serpentinite, de synthèse de graphite et de catalyse spinelle prouvent que le procédé est viable ^{[19] [35]}
la probabilité que l’huile abiogénique s’échappant du manteau soit piégée sous les sédiments qui scellent efficacement les failles captant le manteau ^[34]
obsolètes ^{[ citation nécessaire ]} calculs de bilan massique ^{[ quand ? ]} pour les champs pétrolifères supergéants qui ont fait valoir que la roche mère calculée n’aurait pas pu fournir au réservoir l’accumulation connue de pétrole, ce qui implique une recharge profonde. ^{[10] [11]}
la présence d’Hydrocarbures encapsulés dans des diamants ^[58]

Les partisans de l’huile abiogénique utilisent également plusieurs arguments qui s’appuient sur une variété de phénomènes naturels pour étayer l’hypothèse :

la modélisation de certains chercheurs montre que la Terre a été accrétée à une température relativement basse, préservant ainsi peut-être les dépôts de carbone primordiaux dans le manteau, pour conduire la production d’Hydrocarbures abiogéniques ^{[ citation nécessaire ]}
la présence de méthane dans les gaz et les fluides des champs hydrothermaux du centre de propagation de la dorsale médio-océanique . ^{[34] [6]}
la présence de diamants dans les kimberlites et les lamproïtes qui échantillonnent les profondeurs du manteau proposées comme étant la région source du méthane du manteau (par Gold et al.). ^[26]

Arguments accessoires contre l’huile abiogénique

Les gisements de pétrole ne sont pas directement associés aux structures tectoniques.

Les arguments contre les réactions chimiques, telles que le mécanisme serpentinite, étant une source de gisements d’Hydrocarbures dans la croûte comprennent:

le manque d’espace poreux disponible dans les roches à mesure que la profondeur augmente. ^{[ citation nécessaire ]}
- ceci est contredit par de nombreuses études qui ont documenté l’existence de systèmes hydrologiques opérant sur une gamme d’échelles et à toutes les profondeurs de la croûte continentale. ^[59]
l’absence de tout hydrocarbure dans les zones du bouclier cristallin ^{[ clarification nécessaire ]} des principaux cratons , en particulier autour des principales structures profondes qui devraient contenir du pétrole selon l’hypothèse abiogénique. ^[29] Voir Lac Siljan .
manque de preuve concluante ^{[ clarification nécessaire ]} que le fractionnement isotopique du carbone observé dans les sources de méthane crustales est entièrement d’origine abiogénique (Lollar et al. 2006) ^[39]
le forage de l’anneau de Siljan n’a pas réussi à trouver des quantités commerciales de pétrole, ^[29] fournissant ainsi un contre-exemple à la Règle de Kudryavtsev ^{[ clarification nécessaire ] [30]} et échouant à localiser le pétrole abiogénique prédit.
l’hélium dans le puits Siljan Gravberg-1 était appauvri en ³ He et non compatible avec une origine mantellique ^[60]
- Le puits Gravberg-1 n’a produit que 84 barils (13,4 m ³ ) de pétrole, dont il a été démontré plus tard qu’ils provenaient d’additifs organiques, de lubrifiants et de boue utilisés dans le processus de forage. ^{[30] [31] [32]}
La Règle de Kudryavtsev a été expliquée pour le pétrole et le gaz (pas le charbon) – les gisements de gaz qui se trouvent sous les gisements de pétrole peuvent être créés à partir de ce pétrole ou de ses roches mères. Parce que le gaz naturel est moins dense que le pétrole, comme le kérogène et les Hydrocarbures génèrent du gaz, le gaz remplit le haut de l’espace disponible. Le pétrole est poussé vers le bas et peut atteindre le point de déversement où le pétrole fuit autour du ou des bords de la formation et s’écoule vers le haut. Si la formation d’origine est complètement remplie de gaz, tout le pétrole aura fui au-dessus de l’emplacement d’origine. ^[61]
les diamantoïdes omniprésents dans les Hydrocarbures naturels tels que le pétrole, le gaz et les condensats sont composés de carbone provenant de sources biologiques, contrairement au carbone présent dans les diamants normaux. ^[29]

Preuve d’essai sur le terrain

Carte pronostique des Andes d’Amérique du Sud publiée en 1986. Cercles rouges et verts – sites prévus comme futures découvertes de gisements de pétrole/gaz géants. Cercles rouges – où les géants ont vraiment été découverts. Les verts sont encore sous-développés.

Ce qui unit les deux théories sur l’origine du pétrole est le faible taux de réussite dans la prédiction de l’emplacement des gisements de pétrole/gaz géants : selon les statistiques, la découverte d’un géant nécessite le forage de plus de 500 puits d’exploration. Une équipe de scientifiques américano-russes (mathématiciens, géologues, géophysiciens et informaticiens) a développé un logiciel d’intelligence artificielle et la technologie appropriée pour les applications géologiques, et l’a utilisé pour prédire les emplacements des gisements géants de pétrole/gaz. ^{[62] [63] [64] [65]} En 1986, l’équipe a publié une carte pronostique pour la découverte de gisements géants de pétrole et de gaz dans les Andes en Amérique du Sud ^[66] basée sur la théorie de l’origine du pétrole abiogénique. Le modèle proposé par le professeur Yury Pikovsky ( Université d’État de Moscou) suppose que le pétrole se déplace du manteau vers la surface à travers des canaux perméables créés à l’intersection de failles profondes. ^[67] La technologie utilise 1) des cartes de zonage morphostructural, qui décrivent les nœuds morphostructuraux (intersections de failles), et 2) un programme de reconnaissance de formes qui identifie les nœuds contenant des gisements géants de pétrole/gaz. Il était prévu que onze nœuds, qui n’avaient pas été développés à l’époque, contiennent des gisements de pétrole ou de gaz géants. Ces 11 sites ne couvraient que 8% de la superficie totale de tous les bassins des Andes. 30 ans plus tard (en 2018) a été publié le résultat de la comparaison du pronostic et de la réalité. ^[68]Depuis la publication de la carte pronostique en 1986, seuls six gisements géants de pétrole/gaz ont été découverts dans la région des Andes : Cano-Limon, Cusiana, Capiagua et Volcanera (bassin des Llanos, Colombie), Camisea (bassin d’Ukayali, Pérou) et Incahuasi ( Bassin du Chaco, Bolivie). Toutes les découvertes ont été faites dans des endroits indiqués sur la carte pronostique de 1986 comme des zones prometteuses. Le résultat est d’une manière convaincante positif, et c’est une forte contribution à l’appui de la théorie abiogénique d’origine pétrolière.

Argumentation extraterrestre

La présence de méthane sur Titan, la lune de Saturne et dans les atmosphères de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune est citée comme preuve de la formation d’Hydrocarbures sans formes intermédiaires biologiques ^[22] , par exemple par Thomas Gold. ^[4] (Le gaz naturel terrestre est composé principalement de méthane). Certaines comètes contiennent des quantités massives de composés organiques, l’équivalent de kilomètres cubes de tels composés mélangés à d’autres matériaux ; ^[69] par exemple, des Hydrocarbures correspondants ont été détectés lors d’un survol de la sonde à travers la queue de la comète Halley en 1986. ^[70] Des échantillons de forage de la surface de Mars prélevés en 2015 par le rover Curiosity Mars Science Laboratory a trouvé des molécules organiques de benzène et de propane dans des échantillons de roche vieux de 3 milliards d’années dans le cratère Gale . ^[71]

Voir également

Champ pétrolifère du bloc 330 d’Eugene Island
Processus Fischer-Tropsch
Combustibles fossiles
Nikolai Alexandrovitch Kudryavtsev
Pic pétrolier
Thomas Gold

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Bibliographie

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Liens externes

Observatoire du carbone profond
“Geochemist Says Oil FieldsMay Be Refilled Naturally” , article du New York Times par Malcolm W. Browne, 26 septembre 1995
“No Free Lunch, Part 1: A Critique of Thomas Gold’s Claims for Abiotic Oil” , par Jean Laherrere, dans From The Wilderness
“Pas de déjeuner gratuit, partie 2 : si l’huile abiotique existe, où est-elle ?” , de Dale Allen Pfeiffer, dans From The Wilderness
L’origine du méthane (et du pétrole) dans la croûte terrestre , Thomas Gold
résumés de la conférence AAPG Origin of Petroleum 18/06/05 Calgary Alberta, Canada
Théories de l’origine des gaz à étudier , Débat sur les gaz abiogènes 11:2002 ( Explorateur AAPG )
Gas Resources Corporation – Collection de documents de JF Kenney