Cours : Les combustibles fossiles et la conséquence de leur utilisation

Les combustibles fossiles

Définition

Combustible fossile :

Un combustible fossile est un combustible riche en carbone qui se forme plus lentement que l’homme ne l’utilise. Ce sont donc des combustibles non renouvelables.

Le charbon

Comme le montre ce schéma, à l’origine il y a des végétaux, installés sur une couche de sable à proximité d’une lagune. Suite à un enfoncement du terrain, les eaux avancent vers la forêt qui est détruite. Une grande quantité de débris végétaux s’accumule alors dans des eaux peu profondes. Lorsque les végétaux meurent, ils sont décomposés en matière minérale par des organismes du sol appelés des décomposeurs.

À retenir

Cette transformation chimique consomme de l’oxygène et dégage du dioxyde de carbone.

Cette réaction a lieu dans une couche d’eau peu profonde. Rapidement, l’eau s’appauvrie en oxygène et la décomposition n’est plus possible. Dans de telles conditions, des bactéries vont prendre le relais. Le charbon est alors créé dans ce que l’on appelle une zone de subsidence.

Définition

Zone de subsidence :

Une zone de subsidence est une zone qui connaît un affaissement progressif.

Le fait que les végétaux se trouvent dans une zone de subsidence va progressivement réchauffer le milieu. Les végétaux sont essentiellement composés de molécules d’oxygène, d’hydrogène, d’azote et de carbone. L’action des bactéries couplée à l’élévation de la température entraîne une libération des atomes d’oxygène, d’hydrogène et d’azote, et donc une concentration en atomes de carbone. Les végétaux sont alors transformés en charbon.

Avec le temps, une couche sédimentaire se forme sur la couche de charbon et la forêt revient coloniser le milieu. On a alors un gisement de charbon.

Le pétrole

La formation du pétrole suit le même principe que celle du charbon, mais se déroule dans les océans. L’organisme à l’origine du pétrole est le phytoplancton. Lorsqu’il meurt il est décomposé par les décomposeurs. Si on est dans une zone à forte productivité primaire, c’est-à-dire qu’il y a beaucoup de phytoplancton et peu d’eau, une partie du phytoplancton ne se décompose pas. Dans une zone de subsidence, la température va s’élever au fur et à mesure de l’enfouissement. En plusieurs millions d’années, ce phytoplancton se transforme en hydrocarbures.

Définition

Hydrocarbures :

Les hydrocarbures sont des molécules uniquement composées d’atomes de carbone et d’hydrogène.

Le pétrole se forme au sein d’une roche appelée la roche mère. Une fois formé, il va naturellement migrer vers la surface car il est de faible densité. S’il rencontre une roche imperméable et poreuse, il s’y accumule. Cette roche est appelée roche réservoir. C’est un gisement de pétrole.

Définition

Gisement de pétrole :

On appelle gisement de pétrole une zone où est enfouie une grande quantité de pétrole qu’on extrait.

Au-dessus de la roche mère et de la roche réservoir est installé un puit de forage. Les hydrocarbures piégés par la roche imperméables sont extraits du sol.

La demande en pétrole est de plus en plus importante avec l’augmentation de la population et nos modes de vies de plus en plus énergivores.

Ce graphique représente la quantité de pétrole consommée entre 1995 et 2003. On peut observer que la consommation ne cesse d’augmenter.

Or le pétrole met des dizaines de milliers d’années à se former. De plus, les conditions nécessaires à son piégeage sont si rarement réunies que seulement 1 % des hydrocarbures formés peuvent être exploités. Il en résulte une hausse de prix importante du baril de pétrole.

À retenir

Dans ces conditions, la recherche de nouveaux gisements représente un enjeu économique important.

Les conséquences de l’utilisation des combustibles fossiles

Le cycle du carbone

Les combustibles fossiles comme le charbon et le pétrole proviennent de végétaux chlorophylliens : ils produisent leur énergie grâce à la photosynthèse et participent au stockage du dioxyde de carbone atmosphérique. Une fois fossilisée, leur biomasse permet de stocker l’énergie fossile. Lorsque l’on extrait un combustible fossile, on déstocke du carbone. On a donc une action sur le cycle du carbone.

Pour bien comprendre l’enjeu de l’utilisation des combustibles fossiles, il faut observer le cycle du carbone.

À retenir

Le carbone est présent sous différentes formes chimiques et stocké dans plusieurs compartiments terrestres que l’on appelle des réservoirs. Par exemple :

• dans l’eau, le carbone est dissout ;
• dans les roches sédimentaires, il est sous forme de calcaire ;
• dans les combustibles fossiles, sous forme d’hydrocarbures ;
• dans l’atmosphère, il est gazeux ;
• on le retrouve également dans tous les composants des êtres vivants et dans la matière organique.

Les molécules de carbone sont soumises à des échanges permanents entre les différents réservoirs. Les êtres vivants, et notamment les végétaux, captent du carbone atmosphérique lors de la photosynthèse. Parallèlement, avec la respiration, ils en rejettent.
Les être vivants, lors de leur mort, vont donner des combustibles fossiles.
Le carbone va alors changer de nature chimique et de réservoir. Ces mêmes combustibles fossiles rejettent du carbone dans l’atmosphère lors de leur combustion.

À retenir

Cela représente un cycle où le carbone change de nature chimique et de réservoir.

Si l’on regarde le carbone dissous dans l’eau, il va y avoir un échange avec le carbone atmosphérique. Lorsque le CO₂ dissout précipite, il se retrouve dans les roches calcaires.

Perturbations du cycle de carbone et conséquences

Les principales perturbations qui affectent le cycle du carbone sont d’origine humaine. L’utilisation massive de combustibles fossiles entraîne un déstockage important du carbone fossilisé dans l’atmosphère ; la déforestation, et d’une manière générale la destruction de milieux naturels au profit de l’urbanisation, qui entraîne une baisse de la photosynthèse et de l’absorption du carbone atmosphérique.

À retenir

Ces deux éléments couplés entraînent une augmentation de la concentration en dioxyde de carbone atmosphérique.

L’évolution de la teneur en CO₂ atmosphérique accroît l’effet de serre naturel et est responsable d’une hausse de la température à la surface de la Terre. Cette hausse de température est à l’origine de changements climatiques et de probables disparitions d’espèces végétales et animales incapables de s’adapter à leur nouvel environnement.

De plus, les océans absorbent de plus en plus de dioxygène ce qui est à l’origine de leur acidification. Là encore, les organismes vivant dans ces milieux n’ont pas assez de temps pour s’adapter aux nouvelles conditions de vie, peu propices à leur fonctionnement.