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Schiste argileux

Schiste argileux



Le schiste est la roche sédimentaire la plus abondante et se trouve dans les bassins sédimentaires du monde entier.


Schiste argileux: Le schiste se brise en morceaux minces aux arêtes vives. Il se produit dans une large gamme de couleurs, notamment le rouge, le brun, le vert, le gris et le noir. C'est la roche sédimentaire la plus commune et se trouve dans les bassins sédimentaires du monde entier.

Qu'est-ce que le schiste?

Le schiste est une roche sédimentaire à grains fins qui se forme à partir du compactage de particules minérales de limon et d'argile que nous appelons communément «boue». Cette composition place le schiste dans une catégorie de roches sédimentaires appelées «mudstones». Le schiste se distingue des autres mudstones car il est fissile et stratifié. "Laminé" signifie que la roche est constituée de nombreuses couches minces. "Fissile" signifie que la roche se divise facilement en morceaux minces le long des tôles.

Utilisations du schiste

Certains schistes ont des propriétés spéciales qui en font des ressources importantes. Les schistes noirs contiennent des matières organiques qui se décomposent parfois pour former du gaz naturel ou du pétrole. D'autres schistes peuvent être broyés et mélangés avec de l'eau pour produire des argiles qui peuvent être transformées en une variété d'objets utiles.

Réservoir de pétrole et de gaz naturel conventionnel: Ce dessin illustre un «piège anticlinal» qui contient du pétrole et du gaz naturel. Les unités de roche grise sont des schistes imperméables. Le pétrole et le gaz naturel se forment au sein de ces unités de schiste, puis migrent vers le haut. Une partie du pétrole et du gaz se retrouve piégée dans le grès jaune pour former un réservoir de pétrole et de gaz. Il s'agit d'un réservoir «conventionnel», ce qui signifie que le pétrole et le gaz peuvent s'écouler à travers l'espace poreux du grès et être produits à partir du puits.

Pétrole conventionnel et gaz naturel

Les schistes organiques noirs sont la roche source de bon nombre des gisements de pétrole et de gaz naturel les plus importants au monde. Ces schistes obtiennent leur couleur noire à partir de minuscules particules de matière organique qui se sont déposées avec la boue à partir de laquelle le schiste s'est formé. Alors que la boue était enfouie et réchauffée dans la terre, une partie de la matière organique a été transformée en pétrole et en gaz naturel.

Le pétrole et le gaz naturel ont migré hors du schiste et vers le haut à travers la masse de sédiments en raison de leur faible densité. Le pétrole et le gaz étaient souvent piégés dans les espaces poreux d'une unité rocheuse sus-jacente comme un grès (voir l'illustration). Ces types de gisements de pétrole et de gaz sont appelés «réservoirs conventionnels» car les fluides peuvent facilement s'écouler à travers les pores de la roche et dans le puits d'extraction.

Bien que le forage puisse extraire de grandes quantités de pétrole et de gaz naturel de la roche réservoir, une grande partie reste piégée dans le schiste. Ce pétrole et ce gaz sont très difficiles à éliminer car ils sont piégés dans de minuscules espaces poreux ou adsorbés sur des particules minérales d'argile qui composent le schiste.

Réservoir de pétrole et de gaz non conventionnel: Ce dessin illustre les nouvelles technologies qui permettent le développement de champs de pétrole et de gaz naturel non conventionnels. Dans ces champs de gaz, le pétrole et le gaz sont retenus dans des schistes ou dans une autre unité rocheuse imperméable. Pour produire ce pétrole ou ce gaz, des technologies spéciales sont nécessaires. Le premier est le forage horizontal, dans lequel un puits vertical est dévié à l'horizontale afin qu'il pénètre sur une longue distance de la roche réservoir. La seconde est la fracturation hydraulique. Avec cette technique, une partie du puits est scellée et l'eau est pompée pour produire une pression suffisamment élevée pour fracturer la roche environnante. Le résultat est un réservoir fortement fracturé pénétré par une longue longueur de puits.

Pétrole et gaz naturel non conventionnels

À la fin des années 1990, les sociétés de forage au gaz naturel ont mis au point de nouvelles méthodes pour libérer le pétrole et le gaz naturel qui sont piégés dans les minuscules espaces poreux du schiste. Cette découverte a été importante car elle a débloqué certains des plus grands gisements de gaz naturel au monde.

Le schiste Barnett du Texas a été le premier grand champ de gaz naturel développé dans une roche réservoir de schiste. La production de gaz à partir du schiste de Barnett était un défi. Les espaces poreux du schiste sont si minuscules que le gaz a du mal à se déplacer dans le schiste et dans le puits. Les foreurs ont découvert qu'ils pouvaient augmenter la perméabilité du schiste en pompant l'eau dans le puits sous une pression suffisamment élevée pour fracturer le schiste. Ces fractures ont libéré une partie du gaz des espaces poreux et ont permis à ce gaz de s'écouler vers le puits. Cette technique est connue sous le nom de «fracturation hydraulique» ou «hydrofracing».

Les foreurs ont également appris à forer jusqu'au niveau du schiste et à tourner le puits à 90 degrés pour forer horizontalement à travers l'unité de roche schisteuse. Cela a produit un puits avec une très longue «zone de rémunération» à travers la roche réservoir (voir l'illustration). Cette méthode est connue sous le nom de «forage horizontal».

Le forage horizontal et la fracturation hydraulique ont révolutionné la technologie de forage et ouvert la voie au développement de plusieurs gisements géants de gaz naturel. Il s'agit notamment du schiste de Marcellus dans les Appalaches, du schiste de Haynesville en Louisiane et du schiste de Fayetteville en Arkansas. Ces énormes réservoirs de schiste contiennent suffisamment de gaz naturel pour répondre à tous les besoins des États-Unis pendant vingt ans ou plus.

Schiste en brique et tuile: Le schiste est utilisé comme matière première pour la fabrication de nombreux types de briques, tuiles, tuyaux, poteries et autres produits manufacturés. La brique et la tuile sont parmi les matériaux les plus utilisés et les plus recherchés pour la construction de maisons, de murs, de rues et de structures commerciales.

Schiste utilisé pour produire de l'argile

Chacun est en contact avec des produits en schiste. Si vous vivez dans une maison en briques, conduisez sur une route en briques, vivez dans une maison avec un toit de tuiles ou conservez des plantes dans des pots en "terre cuite", vous avez un contact quotidien avec des articles qui sont probablement faits de schiste.

Il y a de nombreuses années, ces mêmes articles étaient fabriqués à partir d'argile naturelle. Cependant, une utilisation intensive a épuisé la plupart des petits dépôts d'argile. Ayant besoin d'une nouvelle source de matières premières, les fabricants ont rapidement découvert que le mélange de schiste finement broyé avec de l'eau produirait une argile qui avait souvent des propriétés similaires ou supérieures. Aujourd'hui, la plupart des articles qui étaient autrefois fabriqués à partir d'argile naturelle ont été remplacés par des articles presque identiques en argile fabriqués en mélangeant du schiste finement broyé avec de l'eau.

Kits de roches et minéraux: Obtenez un kit de roches, de minéraux ou de fossiles pour en savoir plus sur les matériaux de la Terre. La meilleure façon d'en apprendre davantage sur les roches est d'avoir des échantillons disponibles pour les tests et les examens.

Schiste utilisé pour produire du ciment

Le ciment est un autre matériau commun qui est souvent fait de schiste. Pour fabriquer du ciment, le calcaire broyé et le schiste sont chauffés à une température suffisamment élevée pour s'évaporer de toute l'eau et décomposer le calcaire en oxyde de calcium et en dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone est perdu sous forme d'émission, mais l'oxyde de calcium combiné avec le schiste chauffé fait une poudre qui durcira si elle est mélangée à de l'eau et laissée sécher. Le ciment est utilisé pour fabriquer du béton et de nombreux autres produits pour l'industrie de la construction.

Schiste bitumineux: Une roche qui contient une quantité importante de matière organique sous forme de kérogène solide. Jusqu'à 1/3 de la roche peut être une matière organique solide. Ce spécimen mesure environ quatre pouces (dix centimètres) de diamètre.

Schiste bitumineux

Le schiste bitumineux est une roche qui contient des quantités importantes de matière organique sous forme de kérogène. Jusqu'à 1/3 de la roche peut être du kérogène solide. Les hydrocarbures liquides et gazeux peuvent être extraits des schistes bitumineux, mais la roche doit être chauffée et / ou traitée avec des solvants. Ceci est généralement beaucoup moins efficace que le forage de roches qui donneront directement du pétrole ou du gaz dans un puits. L'extraction des hydrocarbures des schistes bitumineux produit des émissions et des déchets qui causent d'importantes préoccupations environnementales. C'est une des raisons pour lesquelles les vastes gisements de schistes bitumineux du monde n'ont pas été utilisés de manière agressive.

Le schiste bitumineux répond généralement à la définition de «schiste» en ce qu'il s'agit «d'une roche stratifiée constituée d'au moins 67% de minéraux argileux». Cependant, il contient parfois suffisamment de matière organique et de minéraux carbonatés pour que les minéraux argileux représentent moins de 67% de la roche.

Échantillons de carottes de schiste: Lorsque du schiste est foré pour l'évaluation du pétrole, du gaz naturel ou des ressources minérales, un cœur est souvent récupéré du puits. La roche dans le noyau peut ensuite être testée pour en savoir plus sur son potentiel et sur la meilleure façon de développer la ressource.

Composition de schiste

Le schiste est une roche composée principalement de grains minéraux de taille argileuse. Ces minuscules grains sont généralement des minéraux argileux tels que l'illite, la kaolinite et la smectite. Le schiste contient généralement d'autres particules minérales de la taille de l'argile comme le quartz, le chert et le feldspath. D'autres constituants pourraient inclure des particules organiques, des minéraux carbonatés, des minéraux d'oxyde de fer, des minéraux sulfurés et des grains minéraux lourds. Ces «autres constituants» de la roche sont souvent déterminés par l'environnement de dépôt du schiste, et ils déterminent souvent la couleur de la roche.

Schiste noir: Schiste noir riche en matières organiques. Le gaz naturel et le pétrole sont parfois piégés dans les minuscules espaces poreux de ce type de schiste.

Couleurs de schiste

Comme la plupart des roches, la couleur du schiste est souvent déterminée par la présence de matériaux spécifiques en petites quantités. Seuls quelques pour cent de matières organiques ou de fer peuvent modifier considérablement la couleur d'une roche.

Le gaz de schiste joue: Depuis la fin des années 1990, des dizaines de schistes organiques noirs auparavant improductifs ont été transformés avec succès en champs de gaz précieux. Voir l'article: "Qu'est-ce que le gaz de schiste?"

Schiste noir et gris

Une couleur noire dans les roches sédimentaires indique presque toujours la présence de matières organiques. Un ou deux pour cent seulement des matières organiques peuvent conférer une couleur gris foncé ou noire à la roche. De plus, cette couleur noire implique presque toujours que le schiste formé à partir de sédiments se dépose dans un environnement pauvre en oxygène. Tout oxygène pénétrant dans l'environnement a rapidement réagi avec les débris organiques en décomposition. Si une grande quantité d'oxygène était présente, les débris organiques se seraient tous décomposés. Un environnement pauvre en oxygène fournit également les conditions appropriées pour la formation de minéraux sulfurés tels que la pyrite, un autre minéral important présent dans la plupart des schistes noirs.

La présence de débris organiques dans les schistes noirs en fait les candidats à la production de pétrole et de gaz. Si la matière organique est préservée et correctement chauffée après l'enterrement, du pétrole et du gaz naturel peuvent être produits. Le schiste de Barnett, le schiste de Marcellus, le schiste de Haynesville, le schiste de Fayetteville et d'autres roches productrices de gaz sont tous des schistes gris foncé ou noirs qui produisent du gaz naturel. Le schiste Bakken du Dakota du Nord et le schiste Eagle Ford du Texas sont des exemples de schistes qui produisent du pétrole.

Les schistes gris contiennent parfois une petite quantité de matière organique. Cependant, les schistes gris peuvent également être des roches contenant des matières calcaires ou simplement des minéraux argileux qui donnent une couleur grise.

Utica et Marcellus Shale: On pense que deux schistes organiques noirs dans le bassin des Appalaches contiennent suffisamment de gaz naturel pour alimenter les États-Unis pendant plusieurs années. Ce sont les schistes de Marcellus et les schistes d'Utica.

Shale rouge, brun et jaune

Les schistes qui sont déposés dans des environnements riches en oxygène contiennent souvent de minuscules particules d'oxyde de fer ou de minéraux d'hydroxyde de fer tels que l'hématite, la goethite ou la limonite. Seulement quelques pour cent de ces minéraux distribués à travers la roche peuvent produire les couleurs rouges, brunes ou jaunes présentées par de nombreux types de schistes. La présence d'hématite peut produire un schiste rouge. La présence de limonite ou de goethite peut produire un schiste jaune ou brun.

Schiste vert

On trouve parfois des schistes verts. Cela ne devrait pas être surprenant car certains minéraux argileux et micas qui constituent une grande partie du volume de ces roches sont généralement de couleur verdâtre.

Puits de schiste au gaz naturel: En moins de dix ans, le schiste est monté en flèche dans le secteur de l'énergie. De nouvelles méthodes de forage et de développement de puits telles que la fracturation hydraulique et le forage horizontal peuvent exploiter le pétrole et le gaz naturel piégés dans la matrice étanche des schistes organiques.

Propriétés hydrauliques du schiste

Les propriétés hydrauliques sont des caractéristiques d'une roche telles que la perméabilité et la porosité qui reflètent sa capacité à retenir et à transmettre des fluides tels que l'eau, le pétrole ou le gaz naturel.

Le schiste a une très petite taille de particules, donc les espaces interstitiels sont très petits. En fait, ils sont si petits que le pétrole, le gaz naturel et l'eau ont du mal à se déplacer dans la roche. Le schiste peut donc servir de roche de couverture pour les pièges à pétrole et à gaz naturel, et c'est aussi un aquiclude qui bloque ou limite l'écoulement des eaux souterraines.

Bien que les espaces interstitiels dans un schiste soient très petits, ils peuvent occuper un volume important de la roche. Cela permet au schiste de contenir des quantités importantes d'eau, de gaz ou de pétrole mais ne peut pas les transmettre efficacement en raison de la faible perméabilité. L'industrie pétrolière et gazière surmonte ces limites du schiste en utilisant le forage horizontal et la fracturation hydraulique pour créer une porosité et une perméabilité artificielles dans la roche.

Certains minéraux argileux présents dans les schistes ont la capacité d'absorber ou d'adsorber de grandes quantités d'eau, de gaz naturel, d'ions ou d'autres substances. Cette propriété du schiste peut lui permettre de retenir de manière sélective et tenace ou de libérer librement des fluides ou des ions.

Carte des sols étendus: Le United States Geological Survey a préparé une carte généralisée des sols étendus pour les 48 États inférieurs.

Propriétés d'ingénierie des sols schisteux

Les schistes et les sols qui en dérivent sont parmi les matériaux les plus difficiles à construire. Ils sont soumis à des changements de volume et de compétence qui en font généralement des substrats de construction peu fiables.

Glissement de terrain: Le schiste est un rocher sujet aux glissements de terrain.

Sols expansifs

Les minéraux argileux de certains sols dérivés du schiste ont la capacité d'absorber et de libérer de grandes quantités d'eau. Cette modification de la teneur en humidité s'accompagne généralement d'un changement de volume pouvant aller jusqu'à plusieurs pour cent. Ces matériaux sont appelés «sols expansifs». Lorsque ces sols deviennent humides, ils gonflent et lorsqu'ils se dessèchent, ils rétrécissent. Les bâtiments, les routes, les lignes de services publics ou d'autres structures placées sur ou à l'intérieur de ces matériaux peuvent être affaiblis ou endommagés par les forces et le mouvement du changement de volume. Les sols expansifs sont l'une des causes les plus courantes de dommages aux fondations des bâtiments aux États-Unis.

Delta du schiste: Un delta est un dépôt de sédiments qui se forme lorsqu'un cours d'eau pénètre dans une masse d'eau stagnante. La vitesse de l'eau du ruisseau diminue soudainement et les sédiments transportés se déposent au fond. Les deltas sont l'endroit où le plus grand volume de boue de la Terre est déposé. L'image ci-dessus est une vue satellite du delta du Mississippi, montrant ses canaux de distribution et ses dépôts interdistributaires. L'eau bleu vif entourant le delta est chargée de sédiments.

Stabilité des pentes

Le schiste est la roche la plus souvent associée aux glissements de terrain. Les intempéries transforment le schiste en un sol riche en argile qui a normalement une très faible résistance au cisaillement - surtout lorsqu'il est mouillé. Lorsque ces matériaux à faible résistance sont humides et sur une pente raide, ils peuvent se déplacer lentement ou rapidement sur une pente. La surcharge ou l'excavation par l'homme déclenche souvent une défaillance.

Schiste sur Mars: Le schiste est également un rocher très courant sur Mars. Cette photo a été prise par l'appareil photo du mât du Mars Curiosity Rover. Il montre des schistes fissiles à lit mince affleurant dans le cratère Gale. La curiosité a foré des trous dans les roches du cratère Gale et identifié des minéraux argileux dans les déblais. Image de la NASA.

Environnements de dépôt de schiste

Une accumulation de boue commence avec l'altération chimique des roches. Cette altération décompose les roches en minéraux argileux et autres petites particules qui font souvent partie du sol local. Une tempête de pluie pourrait laver de minuscules particules de sol de la terre et dans les ruisseaux, donnant aux ruisseaux une apparence "boueuse". Lorsque le ruisseau ralentit ou pénètre dans un plan d'eau stagnant tel qu'un lac, un marécage ou un océan, les particules de boue se déposent au fond. Si elle n'est pas perturbée et enfouie, cette accumulation de boue pourrait se transformer en une roche sédimentaire appelée «mudstone». C'est ainsi que la plupart des schistes se forment.

Le processus de formation de schiste ne se limite pas à la Terre. Les rovers de Mars ont trouvé de nombreux affleurements sur Mars avec des unités de roches sédimentaires qui ressemblent aux schistes trouvés sur Terre (voir photo).


Voir la vidéo: Carrière de Schiste de la ville de SAINT THELO