Le Monde et Nous

Partir à la découverte du monde qui nous entoure, comprendre quelques phénomènes de la nature, observer, se tenir informés des découvertes scientiques ...

28 avril 2008

Lumière sur l'OR Noir

Bonjour

Il y a quelques temps, je vous parlais des moyens de production de l'électricité et nous avions évoqué les centrales thermiques à combustible fossile comme le charbon et le pétrole. Avant d'expliciter davantage le procédé de transformation de l'énergie du combustible en courant, je vous propose de mettre en lumière le produit de départ.

Pétrole, charbon et gaz sont des hydrocarbures c'est-à-dire des molécules composées de carbone et d'hydrogène, agencés de façon plus ou moins complexe. Plus le nombre de carbone sera faible, plus la molécule sera légère : on aura affaire à des gaz (le méthane par exemple est la plus petite molécule des hydrocarbures, de formule CH4) Au contraire, plus la chaîne carbonée sera longue et complexe, plus l'hydrocarbure sera lourd : les essences légères correspondent à 5 ou 6 carbone, le kérosène à 10 à 13 atomes de carbone et le gasoil de 12 à 22 atomes de carbone.

huilelourde

Génèse du pétrole encore appelé l'Or Noir, pilier du monde moderne car il est partout (essence, gasoil, chimie fine) :

Le mot pétrole vient du latin "pétra" (la pierre) et "oléum" (l'huile)...donc l'huile de pierre...pourquoi cette terminologie ? parce qu'effectivement le pétrole est un composé liquide, évoquant l'huile issue d'une fossilisation : la décomposition d'organismes vivants dans les fonds marins (végétaux apportés par les rivières ou animaux -plancton-) qui vont se transformer et constituer au fil du temps et sous certaines conditions ce qu'on appelle "la roche mère".
En effet la décomposition d'être vivants, de végétaux au fond des océans (à l'abri de l'oxygène), avec l'action conjuguée de la température, de la pression, des dépôts sédimentaires et minéraux (sables, argiles) conduit à la formation de boues noirâtres.

Cette roche mère s'enfonce peu à peu sous l'accumulation des sédiments au fil du temps (cet affaissement peut atteindre des milliers de kms) et les matières organiques de départ privées d'oxygène, comprimées sous le poids, sous l'effet de la température (la chaleur du sous-sol augmente lorsqu'on s'enfonce) se transforme chimiquement en kérogène qui donne naissance à différents types d'hydrocarbures : des plus lourds (le pétrole) aux plus légers (le méthane, gaz).

Il faut environ 100 °C pour que le kérogène commence à générer des hydrocarbures liquides, du pétrole et du gaz. Cela correspond en gros à un enfouissement de 2 200 m à 3 800 m.

La proportion de liquides et de gaz produits dépend de la nature de la roche mère...le temps estimé pour cette lente transformation des animaux marins en hydrocarbures est de l'ordre de plusieurs dizaines de millions d'années.

Les hydrocarbures générés vont ensuite quitter la roche mère et migrer vers d'autres roches. Une partie va être détruite lors de ce voyage (dissolution dans l'eau, les plus légers arrivés jusqu'en haut se dispersent dans l'atmosphère, oxydation des fractions les plus lourdes destruction par les bactéries)/ Une autre partie va se stocker dans une roche réservoir (piégée par des conditions d'imperméablités de roches voisines), d'où elle sera extraite par les pétroliers pour nos industries ! Mais une condition est nécessaire pour une extraction rentable : il faut donc un volume fermé important afin que s’accumulent des hydrocarbures en quantité suffisante.

systeme_petrolier

Source ICI

Des conditions particulières sont ensuite nécessaires pour que le piège à pétrole soit préservé des effets du temps et de l'action des bactéries plus en surface...le piège doit donc être à une certaine profondeur (les bactéries craignant la température, plus il est profond, plus il y fait chaud) et mieux vaut que les pièges en profondeur ne soient pas menacés par des mouvements tectoniques !

Lien vidéo ICI

Les phases suivantes vont consister pour les acteurs du monde pétrolier :

- à repérer les gisements,
- étudier s'il est rentable (conditions de perméabilité des roches pièges, volume...)
- à passer à l'exploitation (forage) si le gisement est rentable
- à le transporter vers les zones de raffinage
- à le raffiner.

Quelques mots sur le raffinage :

Il s'agit de l'ensemble des procédés qu'on va imposer au pétrole afin de le rendre utilisable.

Le but premier est, on le conçoit aisément, de séparer l'ensemble de ses constituants : les gaz (1%), les essences (22%), le kérosène, le gazole (27%) et les coupes lourdes comme le fioul lourd (41 %).

NB : on parle de coupe, c'est à dire une famille correspondant à une certaine fourchette de carbone dans la molécule de base.

Pour séparer, on va distiller...c'est à dire, faire chauffer pour que les plus volatils (les molécules les plus légères, les plus simples, possédant le moins de liaisons chimiques à casser) s'évaporent. En augmentant la température, on va ainsi séparer les différentes coupes.

Le raffinnage consiste ensuite en d'autres transformations dans des unités prévues à cet effet visant à améliorer la qualité de chaque coupe (on augmente l'indice d'octane des essences légères par exemple -c'est le reformage- ou encore, on transforme les coupes lourdes en plus légères, plus demandées : c'est ce qu'on appelle le craquage). Ces opérations sont très complexes demandant de hautes températures (de l'ordre de 500 °C) et de hautes pressions (pour casser plus facilement les liaisons chimiques).

distillp_trole

Principe d'une tour de distillation

Enfin, certaines coupes sont envoyées vers les industries pétrochimiques afin de les transfomer en produits artificiels tels que les matières plastiques ou des plastifiants, des solvants, des fibres, des insecticides et bien d'autres produits. Les transformations reposent sur des réactions chimiques (polymérisation, oxydation, ...)

A bientôt !

Pour en savoir plus :

http://www.planete-energies.com/

http://www.ifp.fr/espace-decouverte-mieux-comprendre-les-enjeux-energetiques/les-cles-pour-comprendre/les-sources-d-energie/le-petrole#2

http://fr.wikipedia.org/wiki/Raffinage_du_p%C3%A9trole

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11 avril 2008

Rêve d'inivisbilité !

Bonjour tout le monde,

Je suis tombée il y a quelques temps sur un ancien article de Sciences et Vie (fin 2007) expliquant qu'une équipe américaine et britannique avait réussi, en laboratoire, à rendre invisible un objet aux micro-ondes. Le rêve d'invisibilité deviendrait-il réalité ?

Qu'en est-il exactement ? Une équipe de physiciens a bel et bien réussi à rendre un petit objet en cuivre (cylindre de quelques centimètres) invisible aux micro-ondes. L'équipe a mis au point une "cape d'invisibilité" autour de l'objet à rendre invisible conçue en un assemblage de matériaux très spéciaux - on parle de métamatériaux- qui fait que les micro-ondes qui arrivent au niveau de l'objet sont déviées, sans traverser l'objet ni s'y réfléchir : l'objet devient donc invisible.
Le "métamatériau" utilisé ici est un assemblage d'anneaux et de fils de cuivre inscrits sur de la fibre de verre. Evidemment, pour que cela fonctionne sur l'oeil humain, il faudrait réussir cet exploit avec la lumière visible : onde de longueur d'onde plus petite (plus difficile à manipuler). Mais peut-être qu'un jour ?

Les micro-ondes sont les ondes utilisées par les radars : l'application est donc tout à fait intéressantes d'un point de vue militaire de rendre les avions invisibles aux radars.

Définition préliminaire
Lorsqu'une onde électromagnétique (lumière visible, micro-ondes, infra-rouge, onde-radio...) se propageant dans un milieu homogène arrive sur la surface d'un matériau homogène également, une partie de la lumière est réfléchie et une autre partie se propage (elle continue son chemin) dans le matériau (et est absorbée ou non), c'est la réfraction.

L'angle de réfraction est fonction du matériau mais aussi du type de lumière incidente...si la lumière est rouge ou violette, elle n'est pas déviée de la même manière. C'est d'ailleurs le pourquoi du comment de la formation des arc-en-ciel...

Lorsqu'il pleut et que le Soleil est visible, ce dernier envoie ces rayons sur une multitude de gouttelettes d'eau. Prenons l'exemple d'un rayon pénétrant dans une goutte : les différentes couleurs constituant la lumière blanche sont déviées de façon différentes au passage de la goutte d'eau...il y a donc décomposition de la lumière à la sortie.

arcciel

Source de cet arc en ciel : clic clic
Voir également l'article de Lynx

Qu'est ce que les métamatériaux ?

Les métamatériaux sont des matériaux artificiels qui ont des propriétés optiques particulières que ne possèdent pas les matériaux naturels. Lorsque une onde électromagnétique éclaire le matériau naturel, une partie est réfractée dans la même direction (mais pas forcément le même angle) que la lumière incidente. Dans le cas des métamatériaux, la lumière est réfractée dans la direction opposée ou avec un angle négatif...On peut donc contrôler comment va se propager la lumière...

Techniquement parlant, les métamatériaux possèdent une structure façonnée de façon à contrôler précisément ses propriétés électromagnétiques. En faisant varier la microstructure du matériau, la propagation des ondes dans la matériau change. De plus, en sculptant des motifs réguliers dans un matériau choisi à dessein, on peut modifier sa réponse aux ondes électromagnétiques. Le métamatériau se comporte comme un guide d'ondes.

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Source ici

Un grand bravo aux physiciens ayant réussi cet exploit : une équipe dirigée par David Smith, de l'université Duke, aux Etats-Unis, et par John Pendry, de l'Imperial College de Londres

Un très bon article sur le sujet sur le blog de Matthieu

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Pour en savoir plus :

http://www.lefigaro.fr/sciences/20061020.FIG000000054_un_cylindre_de_cuivre_rendu_invisible_en_laboratoire.html

http://www.comlive.net/Objets-Invisibles,131243.htm

http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=3310

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doschim/decouv/couleurs/loupe_coul_pris_arc.html

Posté par pascale72 à 00:00 - Découvertes et avancées - Commentaires [6] - Permalien [#]