Geochemical Characterization and 1D Basin Modelling of Afowo Shale: Implications for its Potential Hydrocarbon Source Rock in the Dahomey Basin, Southwestern Nigeria

Profondément enfouies sous la terre, les couches de roche anciennes conservent l'histoire du climat de notre planète et le potentiel de l'énergie qui alimente notre monde moderne. Dans l'étude de la géologie pétrolière, les scientifiques recherchent des conditions spécifiques où la matière organique — les restes d'anciennes plantes et de vie microscopique — a été enfouie, chauffée et compressée sur des millions d'années pour se transformer en pétrole ou en gaz naturel. Cette transformation n'est pas un simple interrupteur chimique ; c'est un processus lent dicté par le temps et la température. Si la roche est trop froide, la matière organique reste immature et ne peut pas générer de combustible. Si elle est trop chaude, le combustible se décompose ou s'échappe. Trouver le « point idéal » où la chaleur est juste assez élevée est le défi central de l'exploration, particulièrement dans les régions où la géologie de surface raconte une histoire, mais où la réalité profonde du sous-sol en raconte une autre.

Dans le bassin de Dahomey, au sud-ouest du Nigeria, une région connue pour ses vastes dépôts de bitume à terre et ses récentes découvertes de pétrole offshore, une équipe de chercheurs de l'Université de Lagos a porté son attention sur une couche de roche spécifique appelée la formation d'Afowo. Cette couche, déposée durant la période du Crétacé, est un mélange de sable, d'argile et de schiste. Bien que la présence de sables bitumineux massifs en surface suggère que cette zone fut autrefois une usine à hydrocarbures, des évaluations récentes des roches peu profondes ont été déroutantes. Certaines études suggéraient que la roche était riche en matière organique mais chimiquement inerte, tandis que d'autres indiquaient un faible potentiel. Pour résoudre ce casse-tête, les chercheurs ont cherché à déterminer non seulement de quoi la roche est composée, mais aussi quelle température elle a connue et si elle a jamais atteint la température requise pour « cuire » la matière organique en gaz utilisable.

L'équipe a commencé par examiner des échantillons prélevés dans huit puits différents, creusant à travers le registre géologique pour trouver la formation d'Afowo. Ils ont analysé treize échantillons spécifiques de mudstone et de schiste, examinant de près le carbone organique piégé en leur sein. Leurs tests chimiques ont révélé que ces roches sont effectivement riches en matière organique, certains échantillons contenant jusqu'à 2,50 % de carbone en poids. Ce niveau de richesse est significatif, indiquant que la roche possède les ingrédients bruts nécessaires pour devenir une source de combustible. Cependant, le type de matière organique importe tout autant que la quantité. L'analyse a montré que la matière organique provient principalement de plantes terrestres, une composition qui tend à produire du gaz naturel plutôt que du pétrole liquide. Cela concorde avec la réputation de la région en tant que province riche en gaz, bien que les chercheurs aient également trouvé des traces d'algues marines, suggérant de brèves périodes où la mer a progressé sur les terres et déposé différents types de matières organiques.

Savoir de quoi la roche est faite n'est que la moitié de l'histoire ; les chercheurs devaient savoir si elle avait déjà été assez chaude pour transformer cette matière organique en gaz. Pour répondre à cela, ils ont mesuré la maturité thermique des échantillons, vérifiant essentiellement la « température de cuisson » que les roches ont connue. Ils ont observé la température maximale enregistrée lors des tests de chauffage et calculé la réflectance de particules microscopiques semblables à du verre appelées vitrinite, qui agissent comme un thermomètre naturel de l'histoire de la roche. Les résultats étaient clairs : dans les profondeurs peu profondes où ils ont échantillonné, les roches sont encore immatures. Les températures enregistrées étaient trop basses, et les changements chimiques nécessaires pour générer des quantités commerciales de gaz n'avaient pas encore eu lieu. La matière organique est essentiellement dans un état d'animation suspendue, préservée mais pas encore transformée.

Cette découverte a conduit l'équipe à construire un modèle informatique de l'histoire du bassin, une simulation qui suit la manière dont les couches rocheuses ont coulé plus profondément au fil des millions d'années et comment la chaleur provenant de l'intérieur de la Terre a changé au fil du temps. Ils ont injecté leurs données de laboratoire dans ce modèle pour voir s'il pouvait reproduire avec précision les niveaux de maturité mesurés. Lorsqu'ils ont tenté d'utiliser un modèle de flux thermique standard, souvent appliqué à des bassins similaires, la simulation n'a pas réussi à correspondre aux données du monde réel. Le modèle standard prédisait une histoire thermique différente de celle montrée par les roches. Ce décalage fut une découverte critique, révélant que le flux de chaleur dans cette partie du bassin est hautement variable et ne peut être prédit par des règles générales. Les chercheurs ont dû créer un historique de flux de chaleur personnalisé à haute résolution pour faire fonctionner le modèle, confirmant que les roches peu profondes n'ont simplement pas été enfouies assez profondément ou chauffées assez longtemps pour générer du gaz.

Les implications de ce travail sont significatives pour l'avenir de l'exploration énergétique dans la région. L'étude confirme que la formation d'Afowo est une roche-mère viable ayant le potentiel de générer de vastes quantités de gaz naturel, mais que ce potentiel est actuellement verrouillé dans les couches peu profondes car les roches sont trop froides. L'« immaturité » de ces séquences superficielles signifie que le gaz n'a pas encore été cuit, laissant la ressource pleinement préservée et inexploitée. Les chercheurs concluent que la clé pour débloquer cette énergie réside plus profondément dans le sous-sol. En déplaçant l'accent de l'exploration vers des cibles structurelles plus profondes, là où la chaleur est suffisante pour maturer la roche, l'industrie pourrait trouver les réserves de gaz commercial que les puits peu profonds ont manquées. L'étude fournit une feuille de route calibrée pour l'avenir, suggérant que la réponse au potentiel énergétique de la région ne se trouve pas dans les sables bitumineux de surface, mais dans les poches profondes et chaudes du bassin, là où les conditions géologiques ont enfin atteint la bonne température pour transformer la matière végétale ancienne en combustible moderne.