Exploitation des sables bitumineux

Les sables bitumineux se trouvent de 50 à 200 m sous la surface. Étant donné les différentes profondeurs auxquelles on les retrouve, la récupération de ces sables nécessite différentes techniques : exploitation à ciel ouvert pour ceux peu profonds et drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV) pour ceux plus profondément enfouis. Ces deux techniques sont décrites ci-après en détail.

Exploitation à ciel ouvert

Après identification de la source potentielle de bitume, on nettoie la zone et on la débarrasse des morts-terrains afin d’assurer une récupération continue et uniforme des sables bitumineux. Une fois le terrain dégagé, on est prêt pour l’exploitation. La première étape consiste à excaver les sables bitumineux et à les transporter vers une installation de broyage. Des pelles mécaniques et des camions géants pouvant transporter des charges allant jusqu’à 400 tonnes sont utilisés pour ces opérations.

Une fois le sable bitumeux broyé, on y ajoute de l’eau chaude afin que le bitume puisse être pompé à l'unité d'extraction. Une fois rendu à l'unité d'extraction, de l'eau chaude additionnelle est ajoutée à cette boue contenant du sable, de l'argile, du bitume et de l'eau dans un grand séparateur dans lequel la boue se décante avec le temps. Au fur et à mesure de cette décantation, une mousse de bitume remonte à la surface et les sédiments (roches, argile, sable et eau) se déposent au fond. La couche intermédiaire est retirée pour la récupération ultérieure du bitume.

Cette mousse de bitume contient du bitume, de l’argile et de l’eau piégée. Elle est récupérée et envoyée vers des unités de traitement de la mousse. L’objectif du traitement de la mousse est de réduire la teneur en eau et en déchets solides du bitume avant que ce dernier ne passe dans une unité de valorisation. Pour ce traitement, on ajoute à la mousse des diluants (agents solvants de naphta ou de paraffine) afin de réduire sa viscosité et on la chauffe. À la fin de ce traitement, un mélange contenant de l’argile, de l’eau, des traces de bitume et des produits chimiques utilisés pour le traitement, appelé résidus, est pompé vers des bassins de décantation, et le bitume récupéré est envoyé vers une unité de valorisation.

Les bassins de décantation ou les réservoirs de retenue sont aussi appelés bassins de résidus. Une partie importante de l’eau rejetée dans ces bassins peut être recyclée. Par contre, les autres résidus y restent indéfiniment. Toute eau extraite de ces bassins doit subir un traitement avant de pouvoir être rejetée dans l’environnement.

Le bitume récupéré après le traitement de la mousse est très épais et lourd. C’est une substance noire, visqueuse, qui doit être diluée ou valorisée afin de pouvoir être expédiée par pipeline ou utilisée comme matière d’alimentation dans une raffinerie. Le produit du traitement de la mousse à la paraffine est beaucoup moins visqueux et nécessite beaucoup moins de diluant avant de pouvoir être expédié par pipeline.

La seule raison de la valorisation est la transformation du bitume en pétrole brut synthétique pouvant être raffiné ou commercialisé sous forme de produits de grande consommation. Bien que l’organigramme général du procédé de valorisation puisse varier d’une entreprise à l’autre, ce procédé est généralement divisé en deux grands types de valorisation, à savoir primaire et secondaire.

Selon la qualité et les caractéristiques du bitume, la valorisation primaire consiste à envoyer le bitume vers des unités de cokéfaction dans lesquelles il est chauffé à haute température (500 °C) ou des unités d’hydrocraquage dans lesquelles il réagit avec de l’hydrogène sous pression.

L’objectif de cette valorisation primaire est de décomposer les molécules lourdes du bitume en molécules plus légères et moins visqueuses. Suite à ce procédé, on obtient un bitume moins visqueux, ainsi que du coke, du pétrole lampant, du naphta et d’autres sous-produits.

La valorisation secondaire a pour objectif de purifier et de distiller le bitume obtenu après la valorisation primaire, de manière à ce qu’il puisse être utilisé comme matière d’alimentation dans les raffineries. Le principal procédé pour cette valorisation secondaire consiste à faire passer le bitume dans une tour de distillation. Ceci permet de séparer les hydrocarbures les plus lourds des moins lourds et d’éliminer les impuretés indésirables comme l’azote, le soufre et les traces de métaux.

Les hydrocarbures les plus légers obtenus suite à ce procédé sont appelés pétrole brut synthétique. Ce pétrole est prêt à être expédié vers des raffineries afin de le transformer en produits commerciaux comme du diesel ou de l’essence.

Drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV)

Environ 80 % des réserves de sable bitumineux sont enfouies trop profondément pour permettre une exploitation à ciel ouvert. On récupère le bitume présent à grande profondeur (plus de 130 m) au moyen d’une technique appelée drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV). Actuellement, le DGMV est la technique in situ (ou sur place) la plus populaire. Elle permet de récupérer de manière rentable jusqu’à 55-60 % du bitume (Guide to SAGD Reservoir Characterization Using Geostatistics , PDF 8,72 Mo).

La technique de DGMV consiste à forer deux puits parallèles horizontaux dans la formation, un à une hauteur légèrement supérieure à l’autre. Le puits supérieur (puits d’injection) sert de sorte de chambre à vapeur pour l’injection continue de vapeur dans le sol. Au fur et à mesure que la température de la formation contenant les sables bitumineux s’élève, le bitume devient plus fluide et, en raison de la gravité, s’écoule dans le puits inférieur (puits de production). Finalement, l’eau condensée et le pétrole brut ou le bitume sont récupérés à la surface au moyen de pompes, puis transportés vers une installation de valorisation.

Géré par CanmetÉNERGIE au centre de recherche de Devon (Alberta).