Una industria tan compleja y de desarrollo tan rápido como la del petróleo no puede prosperar y, a largo plazo, sobrevivir frente a otras formas de energía sino se practica un esfuerzo constante para profundizar en el conocimiento científico de los hidrocarburos y para innovar en todos sus dominios.
La investigación fundamental se lleva a cabo sobre las propiedades físicas y químicas del crudo y de los productos, sobre los fenómenos de combustión, oxidación o comportamiento extremo. Los métodos de prospección y el estudio de yacimientos son de la competencia de especialistas en paleontología, geología y geofísica, por su lado los procedimientos de refino son objeto de una investigación incesante por lo que respecta a los catalizadores, la mejor separación de los productos, la hidrogenación o la síntesis química con la ayuda de unidades piloto a escala semiindustrial.
Se llevan a cabo otras investigaciones sobre la calidad y las condiciones de utilización de los productos acabados, en unión estrecha con los consumidores, como son los ensayos "de larga duración" de lubricantes en banas o sobre autódromo. Otras investigaciones petrolíferas desembocan, a veces, fortuitamente, en campos enteramente nuevos o que conciernen a otras industrias, como los plásticos o la microbiología.
La gestión de un grupo multinacional o incluso mundial, como son algunas compañías de petróleo, no se concibe hoy en día sin la ayuda de ordenadores que utilizan modelos matemáticos para el reparto de productos en función de los rendimientos de diferentes crudos, para la programación de la flota marítima y para escoger el modo de realizar las inversiones: es la investigación operacional.
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