Schiste bitumineux et sables bitumineux : frontières des combustibles fossiles non conventionnels

Sous de vastes étendues de l'ouest canadien et américain, sous les montagnes d'Estonie et d'Écosse, et sous les déserts du Brésil et de Chine se trouvent d'énormes gisements de roches et de sables contenant des hydrocarbures qui ont transformé le paysage énergétique mondial depuis que leur développement à grande échelle a commencé au vingtième siècle. Les schistes bitumineux et les sables bitumineux — les deux grandes catégories de ressources en hydrocarbures « non conventionnelles » — contiennent des quantités de pétrole équivalentes, ou supérieures, à l'ensemble des réserves de pétrole brut conventionnel qui ont alimenté la civilisation industrielle depuis un siècle et demi.

Les sables bitumineux (également appelés sables pétrolifères) sont des gisements d'une forme dense et épaisse de pétrole connue sous le nom de bitume, mélangé à du sable, de l'argile et de l'eau. Contrairement au pétrole brut conventionnel, le bitume est trop visqueux pour s'écouler dans les pipelines à des températures ambiantes et doit être extrait soit par exploitation minière à ciel ouvert (dans les gisements peu profonds), soit par des méthodes de récupération thermique in situ (dans les gisements plus profonds) qui chauffent le bitume pour en réduire la viscosité. Les sables bitumineux de l'Athabasca, dans le nord de l'Alberta, au Canada, constituent le plus grand réservoir de sables bitumineux connu au monde, avec des réserves dépassant cent soixante-dix milliards de barils de pétrole récupérable — la troisième plus grande réserve pétrolière au monde après l'Arabie saoudite et le Venezuela.

Le schiste bitumineux est une roche sédimentaire à grain fin contenant du kérogène — un matériau organique solide et cireux qui n'a pas été soumis à une chaleur et une pression géologiques suffisantes pour se convertir en pétrole conventionnel. Lorsque le schiste bitumineux est chauffé (un procédé appelé pyrolyse par distillation), le kérogène se transforme en pétrole brut synthétique (huile de schiste) et en gaz. Les gisements de schiste bitumineux existent sur tous les continents habités et sont estimés contenir plusieurs billions de barils de pétrole équivalent — plusieurs fois la totalité des réserves mondiales de pétrole conventionnel. Cependant, l'énergie nécessaire pour extraire et traiter le schiste bitumineux représente généralement une fraction substantielle de l'énergie contenue dans le produit, faisant du schiste bitumineux l'une des méthodes de production pétrolière les plus énergivores.

Le développement des sables bitumineux et des schistes bitumineux en tant que ressources énergétiques représente un défi déterminant de la transition énergétique du vingt et unième siècle : ces ressources sont énormes en volume, économiquement significatives aux prix pétroliers actuels, mais accompagnées d'impacts environnementaux — perturbation des terres, utilisation de l'eau, émissions de gaz à effet de serre — qui sont substantiellement plus importants que ceux de la production pétrolière conventionnelle. Le débat sur le développement des sables bitumineux et des schistes bitumineux encapsule la tension centrale de la transition énergétique : la valeur économique et géopolitique des ressources en hydrocarbures domestiques face aux coûts environnementaux de l'exploitation de l'extrémité la plus non conventionnelle, la plus énergivore et la plus perturbatrice sur le plan environnemental du spectre des combustibles fossiles.

La géologie des sables bitumineux

Les sables bitumineux — également appelés sables pétrolifères dans de nombreux contextes, bien que « sables bitumineux » soit préféré par l'industrie car reflétant le produit (le pétrole) plutôt que la texture (le goudron) — sont des gisements sédimentaires dans lesquels du grès poreux ou de la roche carbonatée a été imprégné d'une forme lourde et visqueuse de pétrole qui a été dégradée par l'action de bactéries et d'eau sur des millions d'années.

Le pétrole conventionnel se forme lorsque la matière organique contenue dans les sédiments marins est enfouie à des profondeurs suffisantes pour que la température et la pression la convertissent en pétrole liquide, qui migre ensuite vers le haut à travers une roche perméable jusqu'à ce qu'il soit piégé sous une roche imperméable de couverture, formant un réservoir de pétrole conventionnel. Dans les gisements de sables bitumineux, le pétrole migrant vers le haut a atteint la surface (ou la proche surface) où il a été exposé aux eaux souterraines, aux bactéries et à l'oxygène atmosphérique, qui ont éliminé les fractions les plus légères et dégradé le pétrole restant en bitume lourd. Le résultat est un gisement proche de la surface de sable imprégné de pétrole avec une teneur très élevée en bitume (généralement dix à quinze pour cent en poids) mais une perméabilité extrêmement faible (le bitume remplit les espaces poreux entre les grains de sable, empêchant tout écoulement).