2.  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

3. Introduction
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.

4. Généralités sur les sable bitumineux

5. Définition du sable bitumineux
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.
Des sables bitumineux
PHOTO: ALAIN ROBERGE, LA PRESSE

6. Caractéristiques des sables bitumineux
et de bitume
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:
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

7. 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
Schéma de la modélisation structurelle du sable bitumineux de l’eau aux grains de sable.
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.

8. 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.
Comparaison des caractéristiques des pétroles bruts

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Les réserves mondiales du Sable Bitumineux

15. Les principales réserves mondiales de sables bitumineux
(entre 55165% des réserves connues)
l'Ouest
Venezuela 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

16. 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

17. 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.

18. Stratigraphie:
 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.

19. Les principaux gisements de bitume naturel d’Alberta
sont:
Peace River:
Athabasca
Rivière-la-
Paix
Cold Lake

20. Les sables bitumineux d’Alberta

21. L'origine du pétrole léger à partir duquel les bitumes
albertains se sont formés, deux hypothèses principales sont
développées (Dunbar, 2009):
La roche source Une source
correspondrait aux continentale et
proviendrait des
schistes argileux de
processus de
la formation houillification
Exshaw : une (transformation de la
source organique tourbe en anthracite)
d'origine marine survenus dans la région

22. L’origine des sables bitumineux d’Alberta
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.

23. Coupe géologique montre localisation actuelle des sables
bitumineux du gisement Athabasca

24. 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:
«water
la washing» ou le
biodégradation déparaffinage
la maturation
évaporation
thermique

25. 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.

26. Les caractéristiques des réservoirs
Peace
Athabasca Cold Lake River
-Des carbonates de
- le bitume s’y la période
trouve dans des mississipienne
carbonates du Du grès du Crétacé. - Des grès du
Dévonien et du grès Permien et du
du Crétacé; Crétacé;

27. 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

28. Gisement de sable bitumineux
d’Athabasca
une couche de
40 160 m
Plus
d'épaisseur qui
important:1370
repose sur une
milliards de
plaque
Le réservoir se barils de bitume
relativement
brut très
plate formée situe dans la visqueux.
de calcaire
formation de
McMurray ( 0
et 600 m).

29. Gisement de sable bitumineux de Cold Lake
Renferme
Profondeur 201
entre 400 et milliards Moins
700m barils de important
bitume brut

30. Gisement de sable bitumineux de Peace
River
Profondeur 129
entre 400 et Moins milliards de
700m important barils de
bitume brut

31. Exploitation des sables bitumineux au
Canada
Extraction à Récupération
ciel ouvert in situ

32. Techniques d'extraction et
valorisation du bitume en pétrole brut

33. 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

34. I- Exploitation et extraction à ciel ouvert :
1ère étape : l’extraction des sables
creuser une
retirer la couche carrière pour
Les gisements les superficielle de atteindre les
plus proches de terre arable, gisements et
la surface extraire les sables
Le sable est ensuite
transporté aux
usines d’extraction
du bitume.
Tombereau utilisé pour le transport des
sables bitumineux

35. : 2ème étape : l’extraction du bitume
Le bitume se sépare du
sable et se lie aux bulles
d’air créant ainsi une
placer le sable bitumineux forme de mousse
dans des centrifugeuses contenant 65% de pétrole,
(tambours rotatifs) et à le 25% d’eau et 10% de
mélanger avec de l’eau solides.
chaude
la mousse est envoyée
vers des unités de
le bitume flotte à la traitement pour réduire la
surface, ce qui permet teneur en eau et en
de le récupérer avec un déchets solides du bitume
pourcentage de 88 à avant son passage en
95% unité de valorisation

36. II-extraction in situ ou thermique
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 :
Steam Assisted Gravity Cyclic Steam
Drainage (SAGD) Simulation (CSS)

37. Le procédé CSS (Cyclic Steam Simulation) :
Il consiste à utiliser un même puits
alternativement en injection de vapeur et
extraction de bitume.
La vapeur liquéfie le bitume et rend le pompage
possible.
Cette technique permet un taux de récupération
de 20-25% du bitume

38. Pour le SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage:
ou drainage par gravité au moyen de vapeur),
deux puits horizontaux sont
forés l’un au-dessus de
l’autre
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.
Schémas du procédé de
séparation gravitaire stimulée
par injection de vapeur

39. Contrairement au procédé CSS, la quantité de
vapeur à injecter pour une production de bitume
donnée est moindre ce qui améliore le bilan
énergétique.
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
tandis qu’en 2006, le bitume récupéré par cette technique
atteignait les 75 000 m³
Aujourd’hui, un peu plus de 12% du bitume est récupéré par l’extraction
in situ et d’années en années, cette proportion augmentera
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.

40. 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

41. 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,

42. 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
soufre
De plus, cette étape nécessite beaucoup d’énergie

43. 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 raffinerie
L’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.

44. L’impact des sables bitumineux
sur climat et l’environnement

45. Lorsqu’on parle de l’exploitation des sables bitumineux,
voici les principales étapes qui ont un impact important sur
les écosystèmes
Extraction Séparation Traitement
L’impact sur L’impact sur L’impact sur
sol l’eau l’air
Les contaminants •Dioxyde de carbone
Les résidus des sables
environnementaux et les (CO2);
bitumineux et les eaux
composés toxiques les plus •Composés organiques
associées sont chargés de
importants dans les dépôts volatils (COV);
bitume résiduels, et seront
de sables bitumineux et les •Oxyde d’azote (NO);
par conséquent en contact
bassins de résidus, sont les •Oxyde de soufre (SOX).
avec les eaux souterraines
acides naphténiques.
et les eaux de surface.

46. 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.

48. Les maladies causées par las sables bitumineux:
 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.

49. 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.

50. Merci pour votre attention