Clément PAYEROLS 1ère S 3 Philip SCHNEIDERMohamed ZEROUALI

TPEThème :

L'homme et la nature

L'énergie du pétrole

Problématique : Comment obtenir de l'énergie à partir du pétrole, et quels sont les impacts

environnementaux de cette extraction ?

Aussi disponible sur http://energie.petrole.free.fr

Lycée Henri IV Béziers 2009-2010

Sommaire

Introduction→

I. Formation et extraction du pétrolea) Formation de gisementsb) Extraction du pétrolec) Impacts environnementaux

II. Traitement en raffineriea) Composition du pétroleb) Raffinage du pétrole brutc) Rejets nocifs pour l'environnement

III. Combustion des hydrocarburesa) Principe de combustionb) La combustion dans les moteursc) Pollutions engendrées

Conclusion→

AnnexesI. SourcesII. Protocole d'expérimentationIII.Résultats de l'expérience

Introduction→

Aujourd'hui, la grande majorité des moteurs (transport, industrie...) fonctionne grâce à des produits issus de la transformation du pétrole. 98% de l'énergie actuellement utilisée dans les transport est extraite du pétrole.

Le pétrole, de nos jours, est une denrée indispensable à l'homme, et qui, malgré beaucoup de critiques, reste la plus importante source d'énergie mondiale. En effet, l'énergie pétrolière représente plus de 35% de l'énergie produite dans le monde.

Part des différents combustibles dans l'énergie mondiale

Mais comment une énergie si importante peut-elle se trouver là, sous nos pieds, et son obtention n'entraîne-t-elle pas des changements environnementaux graves ? C'est la question à laquelle nous allons tenter de donner une réponse tout au long de ce TPE.Problématique :

Comment obtenir de l'énergie à partir du pétrole, et quels sont les impacts environnementaux de cette extraction ?

Nous verrons tout d'abord comment se forme le pétrole et comment il est extrait des sous-sols, puis nous analyserons son traitement en raffinerie, grâce à une expérience montrant le principe de distillation. Enfin nous nous intéresserons à la combustion des produits obtenus, et les effets de celle-ci sur l'environnement.

I. Formation et extraction du pétrole

Nous savons tous que la principale source d'énergie mondiale est le pétrole. Mais comment se forme-t-elle dans les sous-sols ? Quels sont les moyens de l'extraire ? Et cette extraction n'a-t-elle pas des impacts sur l'environnement ? Autant de questions que nous nous sommes posés pour commencer notre TPE.

Dans cette première partie, nous verrons comment le pétrole, matière fossile, se forme, comment il est extrait et enfin les changements que cette extraction entraîne.

a) Formation de gisementsLe pétrole est issu d'une lente transformation et de réactions naturelles. Au fond

des mers et des océans, la matière organique (animaux morts, beaucoup de plancton), se mélange à des sédiments (sable, sel, débris de roches).Il y a accumulation de ces sédiments, maintenant riches en matière organique, durant des millions d'années : le Kérogène est formé.

L'accumulation des couches de kérogène augmente en masse, et grâce au mouvement des plaques tectoniques, ces couches s'enfoncent petit à petit dans le sol.Plus elles s'enfoncent, plus la pression et la température du milieu sont hautes. Le kérogène subit donc une décomposition thermique : la pyrolyse (destruction par la chaleur).

La matière organique accumulée (composée d'atomes de carbone C, d'hydrogène H, de dioxygène O2 et d'azote N) devient un hydrocarbure, au sein de la roche mère, composé uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène.

Après la transformation, le pétrole est mélangé à du gaz (azote, oxydes de carbone...), et à de l'eau (2H + O = H2). Ce mélange prend un volume plus important que celui des déchets organiques dont il est issu, la pression devient donc plus forte. Les hydrocarbures, mêlés à l'eau et au gaz, remontent donc vers la surface.S'il ne rencontre aucun obstacle à sa remontée, le pétrole s'échappe du sol à la surface, mais celui-ci rencontre souvent une couche imperméable.

Le pétrole est ainsi piégé dans un dôme, par cette roche imperméable :

b) Extraction du pétroleConnaissant le principe de formation du pétrole, les géologues vont d'abord

rechercher les zones exploitables tout d'abord dans les bassins sédimentaires.

La recherche de pétrole est effectuée par des camions-vibreurs (ou navire-sismique pour les gisements sous-marins), qui, en produisant des ondes sismiques (explosions ou chocs sur le sol), et grâce au principe de la sismique réflexion, permettront d'analyser les ondes renvoyées, pour estimer la probabilité de présence de pétrole.

Principe de la sismique réflexion

Une fois qu'un gisement est découvert, un forage doit être mis en place pour atteindre le réservoir de pétrole.

Les tiges de forages sont maintenues à la verticale par un Derrick (sorte de mât servant de support) :

Derrick

A l'extrémité des tiges de forages se trouve le trépan, muni de dents en acier ou en diamant, permettant le forage des couches de roches.Le puits est creusé jusqu'à l'atteinte du gisement, pouvant atteindre 2000 à 4000 mètres.Afin de refroidir la tige, on injecte de la boue qui permettra aussi l'évacuation des débris de roches arrachés, et d'équilibrer la pression dans le tube.

Lorsque les hydrocarbures sont atteints, et si la pression est suffisante pour qu'il remontent naturellement, les foreurs laissent remonter le pétrole. C'est la Récupération primaire, possible lorsque le puit est dit "éruptif" (lorsque le pétrole remonte seul). On estime que cette récupération permet de remonter 5 à 40% du pétrole. On voit donc une très grande différence selon les puits.

Un séparateur, à la surface, permet de séparer le pétrole des différents gaz et de l'eau.

Lorsque la récupération primaire n'est plus possible, on remplace le derrick par une ou plusieurs pompes, immergées au fond du puits, comme les pompes à tête de cheval (appelée ainsi pour leur forme) :

Animation (site) Pompe tête de cheval

C'est la Récupération secondaire, première partie de la Récupération assistée. On augmente aussi la pression dans le puits grâce à des injections d'eau, et la ré-injection des gaz obtenus lors de la première récupération (dioxyde de carbone CO2 ou azote N).Cette phase de l'exploitation du gisement permet quand à elle d'extraire 25 à 35% du pétrole du puits.

Pour finir, les exploitants d'un puits de pétrole lancent la Récupération tertiaire, seconde partie de la Récupération assistée. Cette phase consiste à diminuer la viscosité du pétrole restant, afin de permettre d'en remonter une plus grande quantité.Il existe différents moyens pour ceci, mais le plus utilisé est l'injection de gaz, cette fois dans la partie liquide du gisement.

c) Impacts environnementauxNous venons de voir comment le pétrole était extrait des sous-sols, dans lesquels

il pénètre de manière naturelle, mais dont il est extrait par des techniques humaines. Cette extraction entraîne donc, comme nous allons le voir, des impacts environnementaux.

Les réservoirs de pétrole se trouvent dans des milieux très différents, y compris dans les forêts. L'installation de forages et de puits de pétrole entraîne donc une destruction des forêts (déjà plus de 3000 km² détruits au Canada pour la production de pétrole).De plus, l'extraction pollue et détruit le sol des forêts, la renaissance de ces forêts est donc impossible.

Toujours au Canada, dans la région d'Alberta, on estime que l'exploitation des sables bitumineux (mélange de pétrole et de sable), utilise un baril de pétrole pour en extraire deux, et qu'un baril équivaut à environ 80kg de gaz à effet de serre.Les ressources pétrolières diminuant, on assiste de plus en plus à l'exploitation de ces sables.

Exploitation des sables bitumineux

Ces sables, une fois extraits, sont placés dans des bassins de décantation, dans lesquels, mélangés à de l'eau et des produits servant à réduire sa viscosité, le sable et les hydrocarbures se séparent.Ces bassins sont très dangereux pour l'environnement, car ils laissent s'échapper le mercure ou l'arsenic présents dans les sables sous forme gazeuse.De plus, on assiste parfois au déversement, volontaire ou accidentel, des eaux usées dans les cours d'eaux alentours.C'est ainsi que sont morts plus de 500 canards aux alentours des bassins de décantation de Fort McMurray, au Canada.

Le mercure et l'arsenic sont toxiques pour les animaux, ainsi que pour les hommes. Le mercure affecte les voies respiratoires et est soluble dans le sang. Il peut ainsi altérer le cerveau et le système nerveux.Il est la cause de l'inhibition de la croissance de certains végétaux et animaux, ainsi que de la reproduction de certains animaux aux alentours des bassins de décantation.

L'arsenic est cancérogène lorsqu'on subit une exposition longue, et peut provoquer la mort par intoxication (pour les hommes, les plantes et les animaux).

II. Traitement en raffinerie

Dans la partie précédente, nous avons vu comment le pétrole se formait, et comment il était extrait des sous-sols. Mais comment passer de la matière brute extraite à un produit utilisable comme source d'énergie ?

Pour comprendre le principe de traitement du pétrole brut, afin qu'il soit utilisable comme source d'énergie, il faut d'abord connaître sa composition. Nous verrons ensuite toutes les étapes de son raffinage, et les rejets nocifs que celui-ci entraîne.

a) Composition du pétroleLe pétrole, ainsi que le charbon et les gaz naturels, sont des matières carbonées

fossiles : ils sont composés d'hydrocarbures, contenant des atomes de carbone et d'hydrogène.Mais on trouve aussi, en plus des hydrocarbures purs, des impuretés, comme des composés sulfurés, azotés...

Nous nous intéresserons principalement au pétrole, et aux hydrocarbures qui le composent.

Un hydrocarbure est un composé organique, contenant des atomes de carbone (C) et d'hydrogène (H), tous les hydrocarbures ont donc une formule de type CnHm.

On trouve plusieurs types d'hydrocarbures :

• Des « classiques » :

hydrocarbures saturés ou alcanes (chaîne de liaisons simples entre les atomes) donc : CnH2n+2

hydrocarbures insaturés ou alcènes (chaîne contenant au moins une liaison double) : CnH2n

• Des moins fréquents :

hydrocarbures cycliques saturés/insaturés hydrocarbure ramifiés saturés hydrocarbure linéaires saturés...etc...

Nous voyons donc que les hydrocarbures peuvent avoir beaucoup de structures moléculaires différentes, mais toutes composées de carbone et d'hydrogène.

Après un traitement en raffinerie, les produits obtenus à partir du pétrole sont :

• Les fiouls lourd et domestique (de C20 à C300)Résidus de distillation du pétrole, ils serviront particulièrement à l'alimentation des chaudières, mais aussi aux bateaux et aux engins agricoles. Ils contiennent de nombreux hydrocarbures et une part de souffre.

• Le gazole (de C10H22 à C21H44)Nous l'utilisons pour faire fonctionner les moteurs diesel, en particulier de nos automobiles.Il a la particularité d'être auto-inflammable sous pression.

• Le kérosène (de C10H22 à C14H30)Le kérosène est un type de gazole, il est le carburant des avions, il est préféré aux autres carburants pour sa forte valeur énergétique (plus d'énergie pour le même volume transporté), et pour sa température de congélation très basse (car la température peut atteindre -50°C à 10 000m d'altitude).

• Le supercarburant (Octane majoritaire : C8H18)Le supercarburant est l'essence classique de nos transports, et plus généralement de tous les moteurs à explosion.Les essences Sans plomb 95 et 98, sont composées de 95 et 98% d'octane, auxquels s'ajoutent d'autres hydrocarbures comme l'heptane, et où l'on ajoute de l'éthanol pour rendre le produit moins détonnant (augmenter l'indice d'octane).L'indice octane (RON : Research Octane Number), mesure la résistance du carburant à l'auto-allumage, c'est à dire sans intervention d'une bougie. Pour une utilisation optimale d'un carburant, les proportions doivent permettre la combustion, mais le combustible ne doit pas s'enflammer seul.

• Le butane (C4H10)• Le propane (C3H8)

Ces gaz sont utilisés dans la production de GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié), alimentant certaines voitures équipées de ce système. Le GPL est composé de 50% de butane et de 50% de propane.Ils sont aussi disponibles en bouteille pour le chauffage ou la cuisine.

• Le naphta qui servira à produire des matières plastiques (paraffines...), mais quenous ne traiteront pas dans ce TPE, puisqu'il n'a pas pour but l'obtention de l'énergie.

b) Raffinage du pétrole brutLa distillation du pétrole, exercée en raffinerie, permet donc de séparer ses

différents composants. C'est la séparation.

Les différents composants du pétrole ont, comme nous venons de le voir, un nombre différent d'atomes de carbone.Ce nombre influe sur la température d'ébullition du composant, comme nous avons pu le remarquer grâce à une expérience de distillation pratiquée au lycée. (v. Protocole d'expérimentation)

Cette expérience permet de comprendre le principe de séparation des hydrocarbures par distillation, chaque hydrocarbure ayant sa propre température d'ébullition. (v. Résultats de l'expérience)

Dans une raffinerie, le pétrole est injecté à la base d'une tour de distillation atmosphérique d'environ 60 mètres de hauteur, et chauffé par le bas à environ 400°C.

Les composants s'évaporent et montent progressivement les paliers dans la colonne, jusqu'à atteindre leur température minimale d'ébullition.

A ce stade, ils se condensent et sont recueillis au dernier palier auquel ils ont accédé.

Tour de distillation

Nous pouvons voir toutes les "coupes" du pétrole après distillation, selon leur température d'ébullition, de la plus basse en haut à la plus élévée en bas de la tour :

Après cette distillation, les résidus sont soumis à une distillation sous-vide, qui en abaissant les températures d'ébullition, permet de séparer le fioul lourd, le fioul domestique et des restes de gazole.

Certains hydrocarbures sont plus demandés que d'autres, comme les gaz, l'essence ou le gazole. Les raffineries, pour satisfaire la demande supérieure, procèdent souvent à une conversion des hydrocarbures, nommée craquage catalytique.Une partie des produits lourds est chauffée à 500°C, souvent en présence d'hydrogène (hydrocraquage), pour casser les molécules complexes et lourdes en molécules d'hydrocarbures voulues.On obtient ainsi plus de produits légers à partir d'une même quantité de pétrole.

On assiste aussi à d'autres modifications des produits comme la désulfuration, qui permet de réduire la quantité de soufre, nocive.En chauffant les hydrocarbures à 350°C et 60 bars de pression, en présence d'hydrogène, les atomes de soufre se lient à celui-ci :

CnHm + xS + xH2 = CnHm + xH2SLe soufre obtenu sera stocké dans des réservoirs, à une température qui le conservera à l'état liquide.

Le reformage catalytique, l'inverse du craquage catalytique, permet d'augmenter la quantité d'octane d'un carburant, pour le rendre moins détonnant.

c) Rejets nocifs pour l'environnementSi le pétrole est totalement modifié pour satisfaire une demande très importante,

cette modification reste un danger majeur pour l'environnement.En effet, le pétrole, en plus des hydrocarbures (atomes de carbone et d'hydrogène), contient des espèces chimiques qui, lors du processus de raffinage, se transforment et deviennent dangereuses pour l'Homme et pour l'environnement.

Lors de la distillation, et sous l'effet de la chaleur, les atomes de soufre (S) contenus dans le pétrole se combinent au dioxygène (O2) pour former du dioxyde de soufre (SO2).

S + O2 = SO2Le dioxyde de soufre, lorsqu'il se mélange à l'eau, rend celle-ci acide, et donc nocive à la vie animale et végétale. De plus, les pluies deviennent acides et touchent une grande étendue de territoire.C'est la pollution la plus importante engendrée par le raffinage.

Part du rejet de SO2 dans les rejets nationaux du Canada en 2002

Place importante de l'industrie pétrolière (17%)

De la même manière, les atomes d'azote (N) se lient au dioxygène et forment des oxydes d'azote NO ou NO2, des gaz irritants et même mortels dans certains cas.De plus, le NO2, lorsqu'il réagit avec le dioxygène, forme du NO et de l'ozone.

NO2 + O2 = NO + O3L'ozone, déjà présent dans la stratosphère, protège la planète des UV, mais lorsque celui-ci est présent dans la troposphère (basse altitude), il est irritant et provoque des maladies respiratoires.

On assiste aussi, lors du raffinage, à l'évaporation de COV (Composés Organiques Volatiles), qui sont des vapeurs contenant du carbone.Le COV le plus important et dangereux est le benzène (C6H6), toxique et cancérigène.(Une respiration de 5min dans un milieu à 2% de benzène peut entraîner la mort.)

D'autres produits nocifs et toxiques sont rejetés par ce processus, comme le monoxyde de carbone (CO), responsable de problèmes cardiaques, ou encore des métaux lourds, polluants les sols alentours.Des gaz à effet de serre (GES), sont aussi produits, mais en quantité très faible par rapport à ceux engendrés par l'utilisation des produits finaux.

III. Combustion des hydrocarbures

Dans la partie précédente, nous avons vu comment le pétrole était transformé, en raffinerie, pour être utilisable comme source d'énergie. Mais comment le gazole, l'essence, le kérosène et les autres dérivés sont-ils employés pour créer de la chaleur, ou encore, et majoritairement, pour faire fonctionner nos véhicules ?

Nous reviendrons tout d'abord sur le principe de la combustion, nous verrons ensuite comment les dérivés du pétrole sont utilisés dans les moteurs afin de créer une énergie mouvement et quelles pollutions sont engendrées par l'utilisation de l'énergie pétrolière.

a) Principe de combustionLa combustion est le résultat de l'association de trois éléments : un comburant,

un combustible et une énergie d'activation.Le comburant permet l'entretien de la combustion d'un combustible, lorsqu'une énergie est présente. (Exemple : le feu peut être le résultat de l'association du bois, de l'air et de la haute température)

Si ces trois éléments ne sont pas réunis en même temps, la combustion ne peut pas avoir lieu.Ce principe est aussi couramment appelé Triangle du feu.

Triangle du feu

Une explosion peut être le résultat d'une combustion : lorsqu'un combustible brûle, la matière se transforme, si la matière finale occupe un volume supérieur à celle de départ, il y a explosion. La matière se propage jusqu'à obtenir l'équilibre avec la pression atmosphérique.

Ce principe peut être appliqué aux produits du pétrole dans différents buts : obtention de chaleur (fioul, butane, propane...), mais aussi obtention d'une énergie de mouvement (cinétique).

L'obtention de chaleur étant faite par simple combustion, nous verrons uniquement comment ce principe est appliqué dans différents types de moteurs, pour permettre d'obtenir une énergie de mouvement.

b) La combustion dans les moteursLe pétrole, ou plus précisément ses dérivés, sont utilisés comme carburant dans la

majorité des moteurs, surtout dans les transports.On trouve plusieurs types de moteurs dominants : les moteurs à explosion à 4 temps, le moteur diesel, et le turbo-réacteur (moteurs d'avions).

Nous commencerons par étudier le fonctionnement d'un moteur à explosion à 4 temps. (schémas ci-dessous)

Un moteur à explosion fonctionne grâce au Supercarburant issu de la distillation pétrolière.Ici, un piston, entraîné par une bielle qui tourne autour d'un villebrequin, se déplace verticalement dans un cylindre.

Un cycle de rotation de ce moteur est composé de 4 étapes (4 temps), soit 2 tours du villebrequin.

Premier temps : l'Admission, ou l'AspirationLa soupape d'admission (qui introduit l'essence dans le moteur), est ouverte, tandis que celle d'échappement (qui évacue les gaz) est fermée. En descendant dans le cylindre, le piston aspire un mélange d'air et de carburant, qui se place au-dessus de lui, à pression atmosphérique.

Deuxième temps : la CompressionLes deux soupapes sont fermées, le piston remonte dans le cylindre et comprime le mélange d'air et de carburant.

Troisième temps : l'Explosion ou la CombustionLes deux soupapes restent fermées. La bougie, située au dessus du cylindre, produit une étincelle (allumage électrique), et enflamme ainsi le mélange. La matière finale occupant plus de place que la précédente, il y a explosion.L'explosion provoque le déplacement du piston vers le bas du cylindre. C'est le seul temps "moteur" du système, celui qui produit l'énergie de mouvement.

Quatrième temps : l'EchappementLa soupape d'admission reste fermée, la soupape d'échappement s'ouvre. Le piston remonte et repousse les produits de la combustion (principalement gazeux), hors du cylindre par l'ouverture de la soupape.

Le vilebrequin est ainsi mis en rotation et entraîne avec lui d'autres mécanismes qui permettront de faire tourner des roues, d'une voiture par exemple.

Ayant compris le fonctionnement d'un moteur à 4 temps, nous allons voir un autre type de moteur, dit "Diesel".

En effet, le moteur à 4 temps essence (au Supercarburant) n'est pas le seul moteur principalement utilisé. On rencontre aussi le moteur Diesel, couramment dans les transports, fonctionnant au Gazole.

Un moteur diesel est en fait un type de moteur à 4 temps. Il fonctionne sur le même principe que le moteur vu précédemment, mais comprend tout de même quelques différences. Ce moteur fonctionne au Gazole, qui, comme nous l'avons vu dans la partie précedente, a la particularité d'être auto-enflammable sous haute pression.Le moteur Diesel n'a donc pas besoin de bougie pour créer la combustion, puisque la pression créée par le piston suffit à faire exploser le mélange d'air et de carburant.

C'est la principale différence avec un moteur à 4 temps essence.

Un autre type de moteur très utilisé et le turbo-réacteur : le moteur d'avion. Il fonctionne selon un principe totalement différent des deux précédents.

Le turbo-réacteur est donc un système de propulsion essentiellement utilisé par les avions.Le carburant utilisé pour le fonctionnement de ce type de moteur est le Kérosène, préféré, comme nous avons pu le voir dans la partie précédente, pour sa forte valeur énergétique, et sa température de congélation très basse. C'est donc le carburant prédisposé à l'aviation.

Le principe de fonctionnement d'un turbo-réacteur est le résultat de l'accélération des gaz entre leur entrée et leur sortie du réacteur.

Pour comprendre son fonctionnement, il faut étudier la disposition d'un tel type de moteur.

Turbo-réacteur

1. L'air, lorsqu'il rentre dans le réacteur, rencontre un compresseur, sa pression augmente donc.

2. A la sortie du compresseur, l'air pénètre dans la chambre de combustion, où il est mélangé au carburant (le Kérosène), et porté à combustion.

3. Cette combustion produit une grande quantité de gaz qui est projetée vers l'arrière du réacteur.

4. Ces gaz, en sortant du réacteur, font eux-mêmes tourner une ou plusieurs turbines qui entraîneront le compresseur par l'axe qui les relie. Le moteur est ainsi autonome.

5. La quantité et la vitesse des gaz sortants poussent le réacteur vers l'avant, entraînant avec lui le véhicule auquel il appartient.

c) Pollutions engendréesNous venons de voir que les produits du pétrole étaient portés à combustion pour faire fonctionner les différents types de moteurs. Mais cette combustion entraîne des réactions nocives sur l'environnement.

Tout d'abord, la combustion dans les moteurs, comme le raffinage, produit des particules composées de carbone, dangereuses pour les voies respiratoires. Mais de plus en plus de véhicules sont maintenant munis de filtre à particules, ce qui permet de réduire grandement cet impact.

Tout comme la distillation, et sous l'effet de la chaleur, la combustion produit des oxydes d'azote, du dioxyde de soufre et de l'ozone, mais la pollution la plus importante et la plus grave pour l'environnement est la grande production de gaz à effet de serre (GES), et principalement du dioxyde de carbone (CO2).

En effet, lors de la combustion, les atomes de carbone se lient aux molécules de dioxygène et forment le CO2 :C + O2 = CO2

Nous allons étudier le principe de l'effet de serre et les caractéristiques d'un GES, pour comprendre sa dangerosité.

Comme nous le savons, la terre reçoit l'énergie du Soleil, sous forme de rayons. Une température d'équilibre est obtenue lorsque toute cette énergie est réémise sous forme de rayonnements infrarouges par la Terre.La température pour laquelle l'équilibre est atteint, si on calcule l'énergie envoyée par le Soleil, est de -18°C sur Terre.Heureusement, un mécanisme naturel permet à cette température de s'élever à environ 15°C, température favorable à la vie.Ce mécanisme se nomme l'effet de serre, qui, quand il ne s'emballe pas, est tout de même utile à la planète.

L'effet de serre

Un gaz à effet de serre est un gaz qui absorbe et renvoie les rayonnements infrarouges émis par la surface de la Terre, les empêchant de retourner dans l'espace.La planète se réchauffe ainsi par ses propres rayons infrarouges.

Depuis la modernisation et l'apparition des moteurs, la consommation de pétrole et donc la quantité de dioxyde de carbone, ont grandement augmenté, et ont amplifié l'effet de serre, et donc le réchauffement climatique. Ce réchauffement entraîne la fonte des calottes polaires, et ainsi une élévation du niveau des eaux.

Elévation du niveau de la mer de 1880 à 2000

Il est aussi soupçonné d'être à l'origine du dérèglement climatique, comme le souligne Al Gore dans le film Une vérité qui dérange.

L'élévation de la température, à long terme, aurait des conséquences sur les courants marins et les éco-sytèmes. On trouverait ainsi de plus en plus de réfugiés climatiques.C'est donc une priorité de réduire la consommation de pétrole et donc d'émission de gaz à effet de serre.

→ Conclusion

Au cours de ce TPE, nous avons vu, d'une part, que le pétrole se formait à partir de matières organiques, qu'il était ensuite extrait et transformé par distillation en différents produits finaux. Produits finaux qui permettent à l'industrie, aux transports, entre autres, de fonctionner convenablement partout dans le monde.

D'autre part, nous avons pu remarquer que l'utilisation de celui-ci, et plus particulièrement sa combustion, avait des impacts importants sur l'environnement, qui menacent la planète et la vie humaine.

Nous pouvons donc affirmer que l'énergie pétrolière est indispensable, mais que son exploitation intensive est dangereuse.

De plus, l'énergie fossile voit ses réservoirs se vider d'année en année. En effet, la production mondiale est de 80 millions de barils par jour, et les réserves mondiales sont estimées à 1200 milliards de barils.

Réserves prouvées de pétrole dans le monde en 2005

Si la production reste la même, les ressources pétrolières seront épuisées dans environ 40 ans.

Il faut donc trouver un compromis entre énergie et environnement. C'est pourquoi des nouvelles énergies, renouvelables, comme les éoliennes ou les capteurs solaires, sont de nos jours de plus en plus étudiées et installées, pour remplacer ou simplement compléter les énergies polluantes, comme le pétrole.

Eolienne

Sources→

Livres

Pétrole & Gaz naturel, P.-R. Bauquis et E. Bauquis, Editions HirléLes nouveaux défis du pétrole, Etienne Gernelle, Editions MilanL'enjeu du pétrole, John Farndon, Editions GallimardLa vie après le pétrole, Jean-Luc Wingert, Editions Autrement

Vidéos - Reportages

Vue Du Ciel : La fin du pétrole, Yann Arthus-BertrandC'est pas sorcier, Le Pétrole

Sites internet

L'Encyclopédie en ligne Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Pétrole

/Essence (hydrocarbure) /Raffinage du pétrole /Sismique

1ère approche du pétrole : http://mareenoire.info

Formation du pétrole : http://lamap.inrp.fr/

Techniques d'extraction et de raffinage : http://www.planete-energies.comhttp://sitetechno.info (Animation sur l'extraction)

Transformation du pétrole : http://www.reflexiences.com

Energies fossiles et impacts : http://www.science-decision.fr

La distillation : http://exchem.frhttp://users.skynet.be

Impacts du raffinage : http://www.ec.gc.ca/cleanair-airpur/caol/pollution_issues/cws/s6_f.cfmhttp://www.ec.gc.ca/cleanair-airpur/Raffinage_du_petrole

Le principe de combustion :http://scienceamusante.nethttp://urgenceabsolu.unblog.fr

Le moteur à explosion 4 temps : http://cesifs.emse.fr http://www.sciences.univ-nantes.fr (Animation moteurs 4 temps)

Protocole expérimental→ Distillation d'hydrocarbures

Le pétrole, composé de plusieurs hydrocarbures, et distillé en raffinerie, pour séparer tous ses composants.

Comment une raffinerie sépare-t-elle les différents composants du pétrole par la distillation fractionnée ?

Hypothèse : Les différents composants ont des structures moléculaires différentes, et plus précisément une chaîne carbonée différente. Nous pouvons donc penser que la température d'ébullition des composants est différente selon le nombre d'atomes de carbone.

Pour cela, nous allons mélanger 2 hydrocarbures ayant une chaîne carbonée différente, l'un en plus grande quantité que l'autre, pour créer un « pétrole artificiel ». Grâce à une distillation, nous allons ensuite récupérer les molécules dont la température d'ébullition est la plus basse, en augmentant progressivement la température. La température se stabilisera pendant l'évaporation, puis remontera jusqu'à atteindre la température d'ébullition du second hydrocarbure.

Protocole : 1. Mélanger, dans un ballon, 70mL de 2-méthyl-2-butane et 30mL d'hexane.2. Placer le ballon dans un chauffe-ballon, lui fixer une colonne de distillation fixée à un tube

réfrigérant, débouchant dans une éprouvette graduée.3. Allumer le chauffe-ballon, les vapeurs seront refroidies par le tube réfrigérant et le liquide

condensé sera récupéré dans l'éprouvette graduée.4. Lorsque qu'il n'y a plus aucune évaporation à cette température, changer d'éprouvette.5. La température devrait monter jusqu'à la température d'ébullition du second produit.6. Attendre l'évaporation totale du mélange.

Si l'hypothèse est vérifiée, nous devrions obtenir le même volume de chaque composant que les volumes mélangés au départ.

Matériel nécessaire :→ 70mL d'hydrocarbure 2-méthyl-2-butane (C5 H12) → 30mL d'hydrocarbure Hexane (C6H14)→ Ballon → Chauffe-ballon→ Colonne à distiller → Tube réfrigérant→ 2 éprouvettes graduées de 100mL → Thermomètre→ Support élévateur

Résultats de l'expérience→ Distillation d'hydrocarbures

Cette expérience permet de comprendre le principe de séparation des hydrocarbures par distillation, chaque hydrocarbure ayant sa propre température d'ébullition. Nous avons séparé, grâce à une distillation, deux hydrocarbures ayant une chaîne carbonée différente. Cette distillation est une reproduction, à petite échelle, et avec le matériel disponible en laboratoire de lycée, d'un distillation en raffinerie.

A la fin de cette expérience, nous nous attendions à recueillir dans la première éprouvette 70mL du premier hydrocarbure, puis, en changeant l'éprouvette lorsque la température recommence à monter, 30mL du second. Les résultats obtenus sont ceux-ci :

- 75mL dans la première éprouvette- 22mL dans la seconde

Notre conclusion est la suivante : la première espèce chimique a emporté, dans son évaporation, quelques molécules de la seconde, et la différence de quantité s'explique par un échappement sous forme de gaz des deux espèces, visible durant l'expérience, mais très faiblement sur la vidéo.

Malgré les différences avec les résultats attendus, les quantités finales se rapprochent tout de même approximativement des quantités attendues, ce qui nous permet de confirmer notre hypothèse de départ :

Les différents composants ont des structures moléculaires différentes, et plus précisément un nombre d'atomes de carbone différents. La température d'ébullition des composants est différente selon le nombre d'atomes de carbone.