Problématique environnementale de l'exploitation des sables bitumineux en Alberta (Canada)

2. PÉ TROLE ET SABLES BITUMINEUX 2.1. Le pétrole

Le pétrole se forme sous la surface de la terre suite à la décomposition de matières organiques progressivement accumulées sous forme de couches de sédiments (Sallé and Debyser, 1976). Sous l'effet de bactéries, ce mélange d'argile et de matière organique en décomposition se solidifie et forme le kérogène qui constitue la source de tous les combustibles fossiles¹. Sous le poids de l'accumulation continue des sédiments et par l'action de la tectonique des plaques, la roche contenant le kérogène, appelée « roche source », s'enfouit progressivement à de grandes profondeurs. L'augmentation de la colonne de sédiments et son enfouissement entraînent une augmentation de la température et de la pression qui amorcent une série de réactions chimiques et physiques. L'eau interstitielle est expulsée, les sédiments sont compactés et le milieu réducteur anaérobie (absence d'oxygène) permet d'amorcer la dégradation biochimique, par pyrolyse, qui provoque un enrichissement du kérogène en carbone.² La production d'hydrocarbures débute lorsque la température atteint approximativement 60°C, ce qui correspond à un enfouissement d'environ 1500 à 2000 mètres (Louis and Tissot, 1967). La vitesse de synthèse du pétrole augmente avec la température, mais diminue au-delà d'un seuil (aux environ de 100°C), et à partir de 4000 mètres (soit plus de 150°C) seul le méthane est produit³. Les hydrocarbures en formation, moins denses que la roche qui les entourent et plus légers que l'eau, sont expulsés et migrent vers la surface où ils sont oxydés. Lors de la migration, il arrive parfois que ces hydrocarbures rencontrent une roche perméable et poreuse (souvent du grès ou des carbonates), appelée « roche réservoir» qui permet une accumulation de ces hydrocarbures. Si cette roche est surplombée par une « roche couverture » imperméable (composée d'argile, de schiste et de gypse), la migration du pétrole est bloquée et celui-ci est piégé et se concentre pour former des poches à l'origine des réservoirs actuels de pétrole.

2.2. Les sables bitumineux

2.2.1. Bitume et sables bitumineux

Composé essentiellement d'hydrocarbures et de leurs dérivés, le bitume est une forme extrêmement dense, lourde et visqueuse de pétrole, en grande partie non volatile. Il est obtenu par raffinage du pétrole (Figure 1 ), mais peut aussi être trouvé à l'état de dépôt naturel ou comme composant naturel de l'asphalte. L'indice de gravité API (American Petroleum Institute) est un indice de caractérisation de la viscosité des pétroles bruts. La classification API procède selon une échelle inverse si bien que plus le degré API est élevé, moins le pétrole est lourd. Entre 25 et 40° API, on parle de pétrole léger conventionnel. Les pétroles dont l'indice API est inférieur à 15° sont classés comme bitumes et nécessitent divers procédés (chaleur, injection de vapeur ou ajout d'un diluant) pour pouvoir être pompés et transportés par oléoduc (Alberta, 2007 ; Dusseault, 2001).

¹ Europétrole - Ressources - Lexique : géologie, in http://www.euro-petrole.com, consulté le 28 avril 2010

² Ibidem

³ CNUCED (Conférence des Nations Unies sur le commerce et le développement) - Info Comm - Information de marché dans le secteur des produits de base - Le pétrole : description, http://www.unctad.org/infocomm/francais/petrole/descript.htm, consulté le 28 avril 2010

Nombre de Point

carbones d'ébullition

(°C)

3 - 4 Gaz -10 - 15

5 - 10 Essence 15 - 150

12 - 1 8 Kerosene 150 - 260

1 8 - 24 Gas oils 230 - 370

24 - 40 Huiles de graissage 370 - 525

24 - --300 Fuels lourds 370 -

--40 - --300 Bitumes 525 -

Figure 1. Propriétés physico-chimiques des différentes fractions extraites à partir du pétrole brut. Source : auteur, d'après BP⁴.

Les sables bitumineux sont un mélange de bitume, de sable de quartz, d'argile, d'eau et de traces de minéraux. Les proportions exactes de ces constituants varient d'un dépôt à l'autre, mais dans les sables bitumineux de l'Alberta, elles sont approximativement de 75180% en matériaux inorganiques (sable, argile et minéraux), 315% en eau et de 10118% environ en bitume (Engelhardt and Todirescu, 2005). Chaque particule de sable, constituée de grains de quartz ronds ou anguleux, est recouverte d'une fine pellicule d'eau sur laquelle est déposée une couche de bitume. Les interstices entre les grains peuvent être remplis d'air ou de particules argileuses. La particularité des sables bitumineux qui les rend économiquement exploitables réside dans la structure et l'arrangement microscopique : le bitume est encapsulé par des molécules d'eau et ainsi séparé des autres constituants (Engelhardt and Todirescu, 2005). Les sables bitumineux sont généralement des sables non consolidés, c'est-à-dire que les forces de traction entre les grains sont proches de zéro, ce qui leur confère une porosité importante.