présentation1 sable bitumineux
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UNIVERSITE HASSAN II MOHAMMADIA-CASABLANCAFacul té des sc iences Ben M’sik
Département de GéologieCasablanca
Les Sables bitumineux
Fait par : Nezha Mejjad Latifa Elhaddi Imane AHDAD Housna Chihab
Encadré Par : Mm. M.Addjour
2011/2012
Introduction
Généralités sur le sable bitumineux
Les réserves mondiales du sable bitumineux
Les méthodes de l’exploitation et l’exploration des
sables bitumineux
L’impact environnemental
Conclusion
Plan
La hausse du prix de l’essence crée bien des tensions partout à travers le monde. Les pays sont furieux, car les grandes puissances pétrolières, telle que l’Arabie Saoudite, sont parvenues à les rendre dépendant de l’or noir. Ceci choquent plusieurs pays tel que les pays de nord américain qui tentent désespérément de trouver une solution afin d’obtenir une certaine indépendance pétrolière.
Après des années de recherche, les chercheurs ont finalement trouvé une solution pour remédier à la situation, de sorte que les États-Unis et le Canada soient de plus en plus indépendants en matière pétrolière. Cette solution se nomme: les sables bitumineux. Ces gisements de sables se retrouvent principalement en Alberta.
Malgré le fait que cette matière brute soit difficile à extraire, puisqu’il faut aller la chercher en profondeur en rasant la forêt boréal, cette exploitation est maintenant réalisable grâce à la technologie qui a énormément évoluée.
Cette nouvelle façon d’extraire du pétrole peu sembler bien avantageuse, mais l’est-elle vraiment? Là est la question.
Introduction
Généralités sur les sable bitumineux
Définition du sable bitumineux
Des sables bitumineuxPHOTO: ALAIN ROBERGE, LA PRESSE
Un sable bitumineux (ou bitumeux) est un mélange de bitume brut, qui est une forme semi-solide de pétrole brut, de sable, d'argile minérale et d'eau. En d’autres mots, c’est un sable enrobé d’une couche d’eau sur laquelle se dépose la pellicule de bitume. Plus la pellicule de bitume est épaisse, meilleurs sont les sables bitumineux en termes de quantité de pétrole extractible.
Les gisements de sables bitumineux se composent essentiellement de sable quartzeux, de silt et d’argile, d’eau et de bitume, ainsi que de faibles quantités d’autres minéraux tels que le titane, le zirconium, la tourmaline et la pyrite. Les proportions peuvent varier considérablement, mais les gisements ont typiquement la composition suivante:
Caractéristiques des sables bitumineux et de bitume
de 75 à 80 %de matière inorganique composée de 90 %de sable quartzeux;
de 3 à 5 % d’eau;de 10 à 12% de bitume, la saturation en
bitume variant entre zéro et 18 % en poids
Schéma de la modélisation structurelle du sable bitumineux de
l’Athabasca.
L’eau dans le sable bitumineux se présente sous trois
formes : eau pendulaire aux points de contact des grains, pellicule
de -10 nm couvrant la surface des grains et eau captive dans les
amas de fines. L’espace vide restant est occupé par le bitume.
Les sables bitumineux sont des sables non consolidés qui s’émiettent aisément sous la main. Le bitume se trouve dans les pores de la roche elle-même. chaque grain de sable est entouré d’une enveloppe ou pellicule d’eau d’environ 10 nanomètres d’épaisseur. La présence de cette couche d’eau autour des grains de sable facilite la récupération du bitume puisque les forces de liaison entre le bitume et l’eau sont de beaucoup inférieures à celles liant l’eau aux grains de sable.
Comparaison des caractéristiques des pétroles bruts
Le bitume contenu dans les sables bitumineux a une densité élevée, une très forte viscosité et une teneur élevée en métaux, sans compter une nette prédominance des molécules de carbone sur les molécules d’hydrogène, à comparer aux bruts classiques (tableau). le bitume est une substance épaisse, noire et ressemblant au goudron, qui s’écoule extrêmement lentement.
Localisation de gisement de sable bitumineux dans le monde
Les sables bitumineux constituent la plus grande richesse de pétrole
aux mondes. Deux pays, le Canada et le Venezuela, possèdent ces gisements
aussi d’autres pays comme elle montre la carte. Leurs exploitations coûtent
cher et nécessitent donc un prix du baril élevé comme actuellement ; il faut
qu’il soit supérieur à 15 dollars US pour que l’extraction soit rentable.
On distingue : les sables bitumineux de l'Ouest canadien, sur l'Afrique de l'Ouest, le Golfe de Guinée, les profondeurs du Golfe du Mexique, le sous-sol océanique en face du Brésil et l'Arctique. (Montréal, 7 décembre 2011 (Les News) par Alexandre Gagné).
Carte de répartition de gisement de sable bitumineux dans le monde.
Utilisation du sable bitumineux
Vers la fin du 18 siècle les premiers européens arrivèrent dans le nord de l'Alberta, ils découvrirent que les autochtones qui y vivaient utilisaient le bitume des sables bitumineux mélangé à de la gomme des arbres pour assurer l'étanchéité de leurs canots.
Au début du 20 siècle on utilisait les sables bitumineux comme matériau de pavage expérimental; la route reliant la station CN de Jasper au pavillon du parc de Jasper a déjà été recouverte de sables bitumineux. De nos jours, le pétrole provenant de l'exploitation des sables bitumineux fournit environ la moitié des besoins quotidiens en pétrole du Canada.
Fabrication du Pétrole :
Au cours des années 1920, on a découvert qu'on pouvait extraire
efficacement le bitume des sables bitumineux en traitant ces sables avec de
l'eau très chaude. On pouvait alors transformer le bitume extrait et en faire du
pétrole brut de synthèse en lui ajoutant de l'hydrogène (hydrogénation) ou en
lui enlevant de son excédent de carbone (cokéfaction).
La première exploitation commerciale importante d'extraction et de
valorisation des sables bitumineux a vu le jour au cours des années 1960 et
1970.
Les réserves mondiales du Sable Bitumineux
Les principales réserves mondiales de sables bitumineux
(entre 55165% des réserves connues)
Venezuela l'Ouest
Canadien (Alberta)
Des gisements de moindre importance:
Mavuma en République Démocratique du Congo,
la région russe de l'Oleniok en Sibérie orientale ou à Madagascar
Les gisements de sables bitumineux du Canada sont parmi les plus imposants de la
planète. Ils renferment quelque 173 milliards de barils de pétrole brut répartis sur une
superficie d’environ 140 000 kilomètres carrés
Alberta
Situation géographique:
L'Alberta est situé à l‘Ouest du
Canada et occupe une superficie
de 661 190 km².
Elle est localisée
géographiquement entre :
-la Colombie-Britannique à l‘Ouest.
-la Saskatchewan à l‘Est.
-le Montana au Sud.
-les Territoires du Nord-Ouest au
Nord.
La strate crétacée est recouverte d’épaisseurs variables de graviers et sables glaciaires et de dépôts d’argile récents.
Crétacée sup : schistes de la formation La Biche
crétacé inf : grès de la formation de McMurray, surmontés de couches interstratifiées de sables et de schistes des formations de Clearwater.
Le Dévonien supérieur : carbonates de la formation Slave Point/Fort Vermillion et des schistes marins des formations de Waterways et d’Ireton, au-dessus desquels on trouve les calcaires dolomitiques de la formation de Grosmont.
Stratigraphie:
Les principaux gisements de bitume naturel d’Alberta
sont:
Peace River: Rivière-la-Paix
Cold Lake
Athabasca
Les sables bitumineux d’Alberta
L'origine du pétrole léger à partir duquel les bitumes albertains se sont formés, deux hypothèses principales sont
développées (Dunbar, 2009):
La roche source correspondrait aux schistes argileux de
la formation Exshaw : une
source organique d'origine marine
Une source continentale et proviendrait des
processus de houillification
(transformation de la tourbe en anthracite)
survenus dans la région
L’âge des roches-mères qui ont donné le pétrole que l’on retrouve dans les
sables bitumineux de l’Alberta est encore mal connu mais il daterait au
moins Jurassique.
- le pétrole léger s’est formé dans les profondeurs du Bassin sédimentaire de
l’Ouest canadien, dans des formations de l’époque pré-crétacée, et a migré
sur de grandes distances vers l’emplacement actuel des gisements.
• L’Office nationale d’énergie au Canada pense que:
le pétrole de la formation d’Athabasca a migré sur au moins 360 kilomètres.
Et celui de Peace River sur au moins 80 kilomètres.
L’origine des sables bitumineux d’Alberta
Coupe géologique montre localisation actuelle des sables bitumineux du gisement Athabasca
Une fois expulsé de la roche source, le long des voies de migrations ou dans les réservoirs peu profonds, le pétrole brut peut subir diverses modifications dans sa composition. Parmi les processus responsables
de ces altérations:
la biodégradation
la maturation thermique
évaporation
«water washing» ou le déparaffinage
La biodégradation
L'action microbienne s'attaque principalement aux molécules légères, laissant en place les fractions
lourdes et complexes.
Les pétroles ainsi dégradés deviennent :-plus visqueux
- plus riches en souffre, en résines, en Asphaltènes et en métaux lourds.
Athabasca Cold LakePeace River
- le bitume s’y trouve dans des carbonates du Dévonien et du grès du Crétacé;
-Des carbonates de la période mississipienne - Des grès du Permien et du Crétacé;
Du grès du Crétacé.
Les caractéristiques des réservoirs
Sable Bitumineux dans la région Athabasca
Les sables bitumineux de l'Athabasca sont le plus important des trois dépôts de bitume de
l'Alberta, au Canada .
Ils tiennent leur nom de la rivière Athabasca qui passe au cœur de la région.
Profil géologique de la région de l’Athabasca et disposition du dépôt de sables bitumineux
Gisement de sable bitumineux d’Athabasca
une couche de 40 160 m
d'épaisseur qui repose sur une
plaque relativement plate formée de calcaire
Le réservoir se
situe dans la
formation de
McMurray ( 0
et 600 m).
Plus important:1370
milliards de barils de bitume
brut très visqueux.
Gisement de sable bitumineux de Cold Lake
Profondeur entre 400 et
700m
Renferme 201
milliards barils de
bitume brut
Moins important
Gisement de sable bitumineux de Peace River
Profondeur entre 400 et
700m
Moins important
129 milliards de
barils de bitume brut
Exploitation des sables bitumineux au Canada
Extraction à ciel ouvert
Récupération in situ
Techniques d'extraction et valorisation du bitume en pétrole brut
Plusieurs étapes suives pour obtenir le bitume
Les compagnies pétrolières exploitant les gisements de sables bitumineux utilisent deux procédés d'extraction du bitume naturel à partir des dépôts: l'exploitation et l'extraction à ciel ouvert (ou exploitation minière) et la récupération in situ
I- Exploitation et extraction à ciel ouvert :
Tombereau utilisé pour le transport des sables bitumineux
1ère étape : l’extraction des sables
Les gisements les plus proches de
la surface
retirer la couche superficielle de terre arable,
creuser une carrière pour atteindre les gisements et extraire les sables
Le sable est ensuite transporté aux
usines d’extraction du bitume.
: 2ème étape : l’extraction du bitume
placer le sable bitumineux dans des centrifugeuses (tambours rotatifs) et à le mélanger avec de l’eau
chaude
Le bitume se sépare du sable et se lie aux bulles
d’air créant ainsi une forme de mousse
contenant 65% de pétrole, 25% d’eau et 10% de
solides.
la mousse est envoyée vers des unités de
traitement pour réduire la teneur en eau et en
déchets solides du bitume avant son passage en unité de valorisation
le bitume flotte à la surface, ce qui permet de le récupérer avec un
pourcentage de 88 à 95%
II-extraction in situ ou thermique
Cyclic Steam Simulation (CSS)
Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD)
L’extraction in situ permet de récupérer du bitume à des profondeurs supérieures à 100 mètres
Il existe deux procédés permettant l’extraction in situ :
Le procédé CSS (Cyclic Steam Simulation) :
Il consiste à utiliser un même puits alternativement en injection de vapeur et
extraction de bitume.
Cette technique permet un taux de récupération de 20-25% du bitume
La vapeur liquéfie le bitume et rend le pompage possible.
Pour le SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage: ou drainage par gravité au moyen de vapeur),
Schémas du procédé de séparation gravitaire stimulée par injection de vapeur
injecter de la vapeur par le puits supérieur pour fluidifier le
bitume, celui-ci s’écoule alors par gravité jusqu’au puits inférieur, d’où il est pompé vers la surface.
deux puits horizontaux sont forés l’un au-dessus de
l’autre
Le grand désavantage relié à cette méthode d’extraction repose sur le fait qu’elle est très coûteuse mais aucun impact environnemental n’est connu pour l’instant.
Aujourd’hui, un peu plus de 12% du bitume est récupéré par l’extraction in situ et d’années en années, cette proportion augmentera
tandis qu’en 2006, le bitume récupéré par cette technique
atteignait les 75 000 m³
L’extraction in situ se fait de plus en plus depuis l’an 2000. Le bitume récupéré in situ en 2000 représentait 40 000 m³
Contrairement au procédé CSS, la quantité de
vapeur à injecter pour une production de bitume
donnée est moindre ce qui améliore le bilan
énergétique.
est donc la transformation du bitume, qui se fait de différentes façons:Deux méthodes sont possibles pour rendre le bitume vendable:
La plus simple est de le mélanger avec environ 30% d'hydrocarbures légers (condensas de gaz naturel ou naphta), qui viennent en quelque
sorte remplacer les hydrocarbures courts qu'il manque à cette forme de pétrole.
La seconde méthode, qui est plus complexe, consiste à convertir le bitume en syncrude .
le bitume est composé de beaucoup trop de carbone, mais pas assez d’hydrogène.
Il faut donc transformer chimiquement le bitume, pour obtenir un mélange d'hydrocarbures proche d'un pétrole brut de bonne qualité
Les techniques s'apparentent à celles employées pour améliorer les fiouls résiduels des raffineries
Les techniques s'apparentent à celles employées pour améliorer les fiouls résiduels des raffineries:
la cokéfaction consiste à extraire le carbone par procédé thermique
Se fait a l’aide de grosses fournaises, appelées coqueurs, le bitume est chauffé à 468-498 °C, ce qui
entraîne le craquage des fractions lourdes, produisant ainsi des fractions plus légères
(l’essence, les gaz combustibles et le coke de pétrole.)
l’aide d’un solvant (dés asphaltage) ou autres produits chimiques.Le dés asphaltage repose sur le principe de la déstabilisation du bitume en présence de solvants tel que le propane ou d’autres hydrocarbures légers. Les composés lourds et les composés légers se séparent selon leur différence de solubilité vis-à-vis le solvant utilisé,
La deuxième étape de la transformation, l’hydrocraquage, consiste à ajouter de l’hydrogène, afin d’obtenir des distillats de meilleure
qualité
L’hydrocraquage permet d’augmenter la production des liquides et de réduire les niveaux d’émission de dioxyde de
soufreDe plus, cette étape nécessite beaucoup d’énergie
Enfin, la dernière étape, qui est l’hydrotraitement, repose sur le retrait des atomes de soufre, d’azote et d’oxygène, permettant
l’amélioration des caractéristiques moléculaires des hydrocarbures
Le résultat est un syncrude léger et pauvre en soufre, qui, à l'inverse d'un mélange naphta-bitume, peut
être utilisé par n'importe quelle raffinerieL’hydrotraitement nécessite des installations d’usines
qui sont très coûteuses, permettant la fabrication d’hydrogène, le lavage de gaz sulfureux et la
récupération du soufre.
L’impact des sables bitumineux sur climat et l’environnement
Lorsqu’on parle de l’exploitation des sables bitumineux, voici les principales étapes qui ont un impact important sur
les écosystèmes
Séparation
Extraction Traitement
L’impact sur sol
L’impact sur l’eau
L’impact sur l’air
• Dioxyde de carbone (CO2);
• Composés organiques volatils (COV);
• Oxyde d’azote (NO);• Oxyde de soufre (SOX).
Les résidus des sables bitumineux et les eaux
associées sont chargés de bitume résiduels, et seront par conséquent en contact avec les eaux souterraines
et les eaux de surface.
Les contaminants environnementaux et les
composés toxiques les plus importants dans les dépôts de sables bitumineux et les bassins de résidus, sont les
acides naphténiques.
Environnement de canada
Plus de 3 000 km2 de forêts ont déjà été détruits pour produire le pétrole a partir des sables bitumineux
Des rivières sont détournées et polluées pour fournir les énormes quantités d’eau nécessaires à l'extraction et à l'exploitation des sables bitumineux.
Les mines à ciel ouvert ont créé d’immenses lacs de déchets miniers.
La production d'un baril de pétrole issu des sables bitumineux est trois à cinq fois plus émettrice de gaz à effet de serre qu'un baril de pétrole conventionnel.
L’exploitation des sables bitumineux a manifestement aussi des effets néfastes sur les communautés locales.
Au Canada, les taux de cancers et d’autres maladies comme la sclérose en plaque ou le lupus ont augmenté chez les communautés des Premières Nations de Fort Chipweyan, qui vivent en amont de ces mines.
C’est pourquoi elles luttent contre toute expansion de leur
exploitation et contre le mépris persistant du gouvernement d’Alberta.
Les maladies causées par las sables bitumineux:
conclusion
Les sables bitumineux représentent une ressource stratégique pour le Canada, l’Amérique du Nord et le monde entier.
Le Canada relève les défis associés à l’exploitation de cette ressource en s’engageant sur le plan politique à l’exploiter de façon responsable, au moyen de l’application de règlements et de l’innovation technologique.
Les sables bitumineux d'Alberta sont une grosse source de pollution. Ils polluent plus l'environnement en dioxyde de carbone que même certains pays d'Europe.
Merci pour votre attention