Le géochronomètre Re-Os appliqué aux pétroles…

Le géochronomètre Re-Os appliqué aux pétroles : impacts de la précipitation des asphaltènes
F. MAHDAOUI1,2, R. MICHELS2, L. REISBERG2, Y. HAUTEVELLE1, C. ZIMMERMANN2, Y. POIRIER3, J.-P. HOUZAY3

1 UMR7566 G2R, CNRS, Nancy Université
2 Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques, Nancy Université, CNRS UPR2300
3Total Centre Scientifique et Technique Jean-Féger, Pau

Résumé :
Le rhénium (Re) et l’osmium (Os) sont des éléments organophiles. Le géochronomètre Re/Os a ainsi fait ses preuves dans son application aux roches sédimentaires riches en matière organique (black-shales) [1]. Sur la base de ces développements récents, il a été suggéré que ce système pouvait également être utilisé pour dater des événements importants affectant les fluides pétroliers durant leur évolution [2]. L’application de ce géochronomètre aux fluides pétroliers nécessite néanmoins une meilleure compréhension de la géochimie pétrolière de ces métaux et des événements susceptibles de fractionner les rapports Re/Os de l’huile.
Il est largement connu que la fraction asphalténique d’un pétrole concentre la majeure partie de ses métaux (dont Re et Os). Lors de sa migration et de la mise en place puis du séjour en réservoir, le pétrole peut subir des variations de température, de pression et de composition qui conduisent à des précipitations fractionnées d’asphaltènes. Il s’agit d’un des processus les plus importants qui pourrait être responsable du fractionnement entre le Re et l’Os durant l’évolution d’un fluide pétrolier. Nous avons ainsi réalisé des séries de précipitations fractionnées d’asphaltènes afin de mesurer leurs teneurs en Re et Os et de tracer leurs comportements dans ce processus. Les expériences ont été réalisées sur deux huiles : une huile normale, contenant environ 6 % d’asphaltènes et une huile lourde riche en soufre (environ 4 % en masse), étant donné le caractère chalcophile de Re et Os. La première étape de notre étude a été de développer une méthode de précipitation séquentielle. Pour cela, la technique utilisée a été inspiré par Nalwaya [3]. Pour la procédure de fractionnement, nous avons utilisé un mélange binaire de dichlorométhane (DCM) et de n-pentane (ou n-heptane). Les asphaltènes bruts ont été dissous dans une quantité connue de DCM. Ensuite, des quantités croissantes de précipitant sont ajoutés, permettant ainsi une précipitation progressive des asphaltènes les moins polaires.
Les différentes fractions subissent ensuite un traitement chimique permettant d’extraire, de séparer et de purifier Re et Os. Les teneurs et compositions isotopiques de Os ont été déterminées par dilution isotopique par spectrométrie de masse à thermo-ionisation en mode négatif (ID-N-TIMS) en utilisant un Finnigan MAT262. Celles de Re ont été déterminées par dilution isotopique par spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif (ID-ICP-MS) en utilisant un Elan 6000 (Perkin Elmer).
Les profils de Re et Os en fonction de la fraction d’asphaltènes précipités est le même pour les deux huiles. La précipitation d’asphaltènes conduit à un appauvrissement progressif des huiles. Nous avons également analysés d’autres métaux comme le vanadium et le nickel. Les résultats révèlent des informations importantes quant à la nature de l’association entre le Re, l’Os est la matière organique. Nos résultats suggèrent également un fractionnement du rapport Re/Os uniquement à partir de 70% de précipitation. Les conséquences sur l’application du géochronomètre Re/Os seront discutées.

References
[1]     G. Ravizza et K. Turekian, « Application of the 187Re-187Os system to black shale geochronometry », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 53, no. 12, p. 3257-3262, déc. 1989.
[2]     D. Selby, « Direct Radiometric Dating of Hydrocarbon Deposits Using Rhenium-Osmium Isotopes », Science, vol. 308, no. 5726, p. 1293-1295, mai 2005.
[3]     V. Nalwaya, V. Tantayakom, P. Piumsomboon, et S. Fogler, « Studies on Asphaltenes through Analysis of Polar Fractions », Ind. Eng. Chem. Res., vol. 38, no. 3, p. 964-972, mars 1999.

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