Ecole Ivoire

Pétrole et gaz naturels

Première A1 · Physique-Chimie · Programme DPFC

Objectifs pédagogiques

  • Connaître les opérations de base de l'industrie pétrolière
  • Expliquer le fractionnement du pétrole brut, le craquage et le reformage
  • Citer quelques produits dérivés du pétrole et montrer leur importance
  • Connaître l'impact des produits pétroliers sur l'environnement

Situation d'apprentissage

Dans le cadre d'une enquête découverte, les élèves de 1ère A2 du Lycée Moderne 2 d'Abolo entreprennent des recherches sur le pétrole et les gaz naturels. Ils découvrent que pour obtenir la multitude de produits qui déterminent notre quotidien, le pétrole brut doit être fractionné et raffiné. Afin d'en savoir davantage, ils cherchent à comprendre les opérations de base de cette industrie cruciale pour l'économie ivoirienne.

Le cours

1. Introduction\n\nLe pétrole (or noir) et le gaz naturel sont des ressources énergétiques fossiles formées il y a des millions d'années à partir de matière organique. La Côte d'Ivoire dispose de réserves offshore (Baie de Sassandra, bloc CI-11, etc.) et possède une raffinerie à Port-Bouet (SIR).\n\n## 2. Origine et composition\n\nFormation : Accumulation de plancton et d'algues marines → enfouissement → transformation sous l'effet de la pression et de la température.\n\nComposition :\n- Mélange complexe d'hydrocarbures (alcanes, cycloalcanes, aromatiques)\n- Impuretés : soufre, azote, oxygène, métaux (vanadium, nickel)\n- État : brut visqueux, couleur noire à brunâtre\n\nDescription du schéma 1: Schéma de formation du pétrole. Montrer les couches sédimentaires, la matière organique qui se transforme en kérogène puis en pétrole, qui migre vers des roches-réservoirs et est piégé par une roche couverture.\n\n## 3. Exploration et production en Côte d'Ivoire\n\nExploration :\n- Sismique marine (ondes acoustiques)\n- Forages d'exploration\n\nPrincipaux champs :\n- Lion et Panthere (opérés par ENI/Perenco)\n- Foxtrot, Mahi, Baobab\n- Production : environ 50 000 barils/jour (2023)\n\n## 4. Raffinage : fractionnement du pétrole brut\n\nDistillation atmosphérique : Séparation des constituants par différence de températures d'ébullition dans une tour de distillation.\n\nCoupes obtenues (du haut vers le bas) :\n1. Gaz de raffinerie (C₁-C₄) : < 20°C\n2. Essence légère (naphta) : 20-100°C (C₅-C₁₀)\n3. Kérosène : 150-250°C (C₁₀-C₁₆)\n4. Gazole (diesel) : 250-350°C (C₁₂-C₂₀)\n5. Fioul lourd : 350-500°C\n6. Résidu (bitume) : > 500°C\n\nDescription du schéma 2: Schéma d'une tour de distillation atmosphérique. Montrer l'entrée du pétrole brut chauffé en bas, les différents plateaux de prélèvement avec leurs températures et les produits correspondants.\n\n## 5. Transformations complémentaires\n\nCraquage catalytique :\n$$ C_{20}H_{42} \\xrightarrow{catalyseur, 500°C} C_{10}H_{22} + C_{10}H_{20} $$\n- Transformation des coupes lourdes en produits légers (essence)\n- Brise les longues chaînes carbonées\n\nReformage catalytique :\n- Améliore l'indice d'octane de l'essence\n- Transforme les alcanes en hydrocarbures aromatiques (benzène, toluène, xylènes)\n- Conditions : catalyseur platine, 500°C, pression\n\nVaporéformage (pour le gaz) :\n$$ CH_4 + H_2O \\xrightarrow{catalyseur} CO + 3H_2 $$ (gaz de synthèse)\n\n## 6. Produits dérivés et leurs usages\n\n1. Carburants : Essence, gazole, kérosène (aviation)\n2. Combustibles : GPL (bouteilles), fioul (chauffage, centrales)\n3. Bitume : Routes, étanchéité\n4. Pétrochimie :\n - Plastiques (polyéthylène, PVC, polystyrène)\n - Engrais (ammoniac → urée)\n - Solvants, détergents, cosmétiques\n - Fibres synthétiques (nylon, polyester)\n\n## 7. Importance économique pour la Côte d'Ivoire\n\n1. Raffinerie SIR : Capacité 3,8 millions de tonnes/an, approvisionne le marché local et régional.\n2. Exportations : Pétrole brut et produits raffinés (devises).\n3. Emplois : Directs et indirects dans l'exploration, la logistique, la raffinerie.\n4. Indépendance énergétique relative.\n\nDescription du schéma 3: Carte des installations pétrolières et gazières en Côte d'Ivoire. Localiser les champs offshore (Lion, Panthere, Foxtrot), la raffinerie SIR à Port-Bouet, et les pipelines sous-marins.\n\n## 8. Impacts environnementaux\n\nExtraction et transport :\n- Marées noires (risque pour la pêche et le tourisme)\n- Perturbation des écosystèmes marins\n\nRaffinage :\n- Émissions de SO₂, NOx, COV (pollution atmosphérique)\n- Eaux usées chargées en hydrocarbures\n\nUtilisation :\n- CO₂ (changement climatique)\n- Particules fines (diesel) – santé respiratoire\n- Plastics pollution (lagune Ébrié, océan)\n\n## 9. Alternatives et développement durable\n\n1. Énergies renouvelables : Solaire (potentiel élevé), hydroélectricité (Soubré), biomasse (déchets agricoles).\n2. Efficacité énergétique : Moteurs moins consommateurs, isolation des bâtiments.\n3. Économie circulaire : Recyclage des plastiques, valorisation des déchets.\n4. Règlementation : Normes sur les carburants (teneur en soufre), interdiction des sacs plastiques non biodégradables.

Points clés à retenir

  • Le pétrole brut est séparé par distillation en différentes coupes selon leur température d'ébullition
  • Le craquage transforme les coupes lourdes en produits légers, le reformage améliore l'essence
  • Les produits pétroliers sont essentiels pour les transports, l'industrie et la pétrochimie
  • L'industrie pétrolière a des impacts environnementaux majeurs qui appellent à la transition énergétique

Exercice

La raffinerie SIR de Port-Bouet traite 100 000 barils de pétrole brut par jour (1 baril = 159 L). La distillation donne environ : 3% de GPL, 25% d'essence, 15% de kérosène, 35% de gazole, 15% de fioul, 7% de bitume. 1) Calculez le volume quotidien d'essence produit (en L et en m³). 2) Si la densité de l'essence est 0,75, calculez la masse produite quotidiennement. 3) Estimez la masse de CO₂ émise si toute cette essence est brûlée (considérer l'essence comme de l'octane C₈H₁₈).

Voir la correction

1. Volume brut traité quotidiennement :\n$$V_{brut} = 100\\,000 \\times 159 = 15\\,900\\,000\\ \\text{L/jour}$$\n\n2. Volume d'essence (25%) :\n$$V_{essence} = 15\\,900\\,000 \\times 0,25 = 3\\,975\\,000\\ \\text{L/jour}$$\nEn m³ : $3\\,975\\,000 / 1000 = 3\\,975\\ \\text{m³/jour}$\n\n3. Masse d'essence :\nDensité 0,75 → $\\rho = 0,75\\ \\text{kg/L}$\n$$m_{essence} = V \\times \\rho = 3\\,975\\,000 \\times 0,75 = 2\\,981\\,250\\ \\text{kg/jour} \\approx 2\\,981\\ \\text{tonnes/jour}$$\n\n4. Masse de CO₂ émise (combustion de l'octane C₈H₁₈) :\nÉquation de combustion : $C_8H_{18} + 12,5 O_2 \\rightarrow 8 CO_2 + 9 H_2O$\n- Masse molaire octane : $M = 8\\times12 + 18 = 114\\ \\text{g/mol}$\n- Masse molaire CO₂ : $44\\ \\text{g/mol}$\n- Rapport massique : $\\frac{m_{CO₂}}{m_{octane}} = \\frac{8 \\times 44}{114} = \\frac{352}{114} \\approx 3,0877$\n\n$$m_{CO₂} = 2\\,981\\,250 \\times 3,0877 \\approx 9\\,205\\,000\\ \\text{kg/jour} = 9\\,205\\ \\text{tonnes CO₂/jour}$$\n\nRéponse : ~3 975 m³ essence/jour ; ~2 981 tonnes essence/jour ; ~9 205 tonnes CO₂/jour si toute l'essence est brûlée.

Quiz d'auto-évaluation

  1. Le pétrole brut est principalement constitué de :

    1. Alcools
    2. Hydrocarbures
    3. Acides carboxyliques
    4. Sels minéraux
    Réponse

    Hydrocarbures

  2. Dans une tour de distillation, on sépare les hydrocarbures selon leur :

    1. Masse molaire
    2. Température d'ébullition
    3. Couleur
    4. Solubilité dans l'eau
    Réponse

    Température d'ébullition

  3. Le craquage catalytique permet de :

    1. Augmenter la taille des molécules
    2. Transformer des produits lourds en produits légers
    3. Éliminer le soufre
    4. Produire du bitume
    Réponse

    Transformer des produits lourds en produits légers

  4. Le reformage améliore principalement :

    1. La couleur du gazole
    2. L'indice d'octane de l'essence
    3. La fluidité du bitume
    4. Le rendement en GPL
    Réponse

    L'indice d'octane de l'essence

  5. Le kérosène est utilisé surtout pour :

    1. Les voitures
    2. L'aviation
    3. Le chauffage domestique
    4. Les routes
    Réponse

    L'aviation

  6. Un produit dérivé important pour la pétrochimie est :

    1. Le bitume
    2. Le polyéthylène
    3. Le fioul lourd
    4. Le kérosène
    Réponse

    Le polyéthylène

  7. La Côte d'Ivoire possède une raffinerie à :

    1. Abidjan-Plateau
    2. Port-Bouet
    3. San-Pédro
    4. Yamoussoukro
    Réponse

    Port-Bouet

  8. Un impact environnemental majeur de l'utilisation du pétrole est :

    1. La production d'oxygène
    2. L'émission de CO₂
    3. La réduction des déchets
    4. La purification de l'eau
    Réponse

    L'émission de CO₂

  9. Le GPL est un mélange de :

    1. Propane et butane
    2. Méthane et éthane
    3. Essence et kérosène
    4. Bitume et fioul
    Réponse

    Propane et butane

  10. Une alternative aux produits pétroliers est :

    1. Le charbon
    2. Les énergies renouvelables
    3. Le nucléaire uniquement
    4. Aucune alternative n'existe
    Réponse

    Les énergies renouvelables

Ce cours est également au programme de : Première A2.

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