ensemble énergétique du Canada

Pétrole brut

Du transport et du chauffage à la production et la fabrication d’électricité, le pétrole brut joue un rôle important dans la société moderne–mais comment est-il extrait du sol et transformé en produits pétroliers que nous utilisons dans notre vie quotidienne?

Valero Energy, Commerce City Colorado Refinery, Suncor Energy, https://www.flickr.com/photos/suncorenergy/4777800868/in/album-72157630714451370/, (CC BY-NC-ND 2.0)

QU’EST-CE QUE LE PÉTROLE BRUT?

Le pétrole brut est une ressource naturelle qui se trouve dans les grands gisements souterrains, qui existent à la fois sur terre et sous l’eau dans le fond de l’océan. C’est un mélange d’hydrocarbures dont la viscosité varie (c’est-à-dire l’épaisseur ou le fluide d’un liquide). Les hydrocarbures sont des composés chimiques composés d’atomes d’hydrogène et de carbone.

Ces gisements souterrains de pétrole brut se sont formés il y a longtemps, lorsque les continents du monde semblaient très différents et qu’il y avait de vastes mers anciennes. Les matières organiques, telles que les restes de plantes et d’animaux, couleraient au fond de la mer et seraient recouvertes de sédiments (c.-à-d., roches et sable) et compactées. Au cours de millions d’années, la matière organique a été transformée sous haute pression et avec des températures très élevées, ce qui a abouti à ce que nous appelons aujourd’hui les combustibles fossiles–pétrole brut, gaz naturel et charbon.

Dans son état naturel, le pétrole brut peut être soit léger (plus fluide et nécessitant moins de traitement) ou lourd (plus visqueux et nécessitant plus de traitement). Le pétrole brut plus lourd est appelé bitume, et est composé de pétrole lourd, de sable, d’argile et d’eau.

Government of Alberta, Oil and energy, https://www.flickr.com/photos/governmentofalberta/16461423273/, (CC BY-NC-ND 2.0)

COMMENT LE PETROLE BRUT EST-IL EXTRAIT DU SOL?

Le pétrole brut extrait par le forage de puits est appelé pétrole classique. Autrefois (à la fin des années 1800), l’extraction était beaucoup plus simple. Dans certains endroits, la pression était si forte que le pétrole jaillissait du sol. Ce n’est plus le cas. Au Canada, trois méthodes sont utilisées dans la production de pétrole brut: l’extraction conventionnelle, l’exploitation minière et in situ. Le pétrole brut conventionnel est extrait d’un puits à l’aide d’une plate-forme de forage qui pompe le pétrole à la surface. Dans les sables bitumineux du Canada, les deux principales méthodes d’extraction sont in situ (qui signifie «en place») et l’extraction minière. Les sables bitumineux trouvés profondément sous terre – à moins de 75 mètres environ – sont extraits in situ, tandis que les sables bitumineux trouvés au-dessus d’environ 75 mètres sont extraits à ciel ouvert. 

Dans l’exploitation minière, la couche superficielle de la forêt boréale (qui est la principale couverture terrestre dans la région des sables bitumineux) et la couche arable sont enlevées pour exposer les sables bitumineux. Ensuite, des grosses machines ramassent le sable lourd dans des camions géants, qui l’apportent aux installations de traitement. Il faut environ deux tonnes de sables bitumineux et au moins deux barils d’eau pour produire un baril de pétrole brut synthétique.

La production in situ consiste à chauffer l’eau et à injecter la vapeur dans des poches de bitume. La vapeur réchauffe la substance visqueuse pour faciliter l’extraction et le pompage. L’extraction in situ à l’aide de la technologie de drainage gravitaire assisté par vapeur (DGAV) existe depuis un certain temps déjà et a une empreinte environnementale plus petite que l’extraction des sables bitumineux—elle utilise également moins d’eau et ne produit pas de bassins de résidus. Il y a encore des améliorations à faire et des recherches sont en cours pour trouver de nouvelles façons de produire du pétrole in situ. La génération de vapeur par contact direct est une nouvelle technologie de production de vapeur in situ, qui est utilisée pour chauffer le bitume afin qu’il puisse être pompé vers la surface. Dans le DGAV, les chaudières conventionnelles sont utilisées pour chauffer l’eau et produire de la vapeur, un processus qui produit des émissions de gaz à effet de serre, ainsi que des polluants qui doivent être éliminés de l’air. Ce processus n’est pas aussi efficace que la génération de vapeur par contact direct, qui utilise un type spécial de brûleur qui met l’eau en contact direct avec le mélange oxygène-combustible utilisé dans la combustion. Cela crée de la vapeur et du dioxyde de carbone, qui peuvent ensuite être pompés sous terre pour l’extraction du bitume. De plus, l’eau de ce type de système peut être recyclée plusieurs fois.

Jason Woodhead, suncor 2011, https://www.flickr.com/photos/woodhead/5744362052/in/album-72157605306111646/, (CC BY 2.0), image brightened and cropped

PRODUCTION PÉTROLIÈRE EXTRACÔTIÈRE

Au Canada, nous avons également une production pétrolière extracôtière, ce qui signifie que des plates-formes de forage sont installées sur le fond de l’océan. L’installation principale (la plate-forme) est au-dessus de l’eau et flotte à la surface ou a une base qui repose sur le fond marin. La plate-forme de forage et les flowlines qui extraient le pétrole sont sous l’eau.

J. Stephen Conn, Offshore Oil Rig, https://www.flickr.com/photos/jstephenconn/7933887012/in/photostream/, (CC BY-NC 2.0)

COMMENT LE PÉTROLE BRUT EST-IL TRANSPORTÉ?

Le pétrole brut est transporté par des pipelines qui fonctionnent principalement sous terre (parfois, les pipelines peuvent passer au-dessus du sol, comme dans les régions de pergélisol). Les pipelines de liquides sont utilisés pour transporter du pétrole brut ou des liquides de gaz naturel. Les raffineries transforment ces liquides en essence, diesel et autres produits pétroliers. 

Les pipelines sont divisés en fonction de leur objectif : les lignes de collecte transportent le pétrole des puits aux installations de collecte, puis les lignes d’alimentation amènent le pétrole aux installations de traitement et aux pipelines longue distance appelés lignes de transmission. Les lignes de transport livrent le pétrole brut à sa destination finale dans les raffineries, où il est transformé en produits utilisables. Le pétrole traverse les pipelines à environ quatre à huit kilomètres à l’heure, poussé par des pompes.

Il y a plus de 840 000 kilomètres de pipelines au Canada, dont la taille varie d’un demi-pouce à plus d’un mètre de diamètre. Le gouvernement fédéral réglemente environ 73 000 kilomètres de ce réseau, qui comprend les pipelines qui traversent les frontières provinciales. Les pipelines qui restent dans une province sont réglementés par le gouvernement de cette province.

Les pipelines sont généralement considérés comme un moyen plus sûr et plus efficace de transporter du pétrole et du gaz naturel par rapport aux autres méthodes de transport. Bien que les déversements d’hydrocarbures et les fuites de gaz naturel se produisent avec les pipelines, ils sont rares. En moyenne chaque année, 99% du pétrole transporté par des pipelines sous réglementation fédérale le sont en toute sécurité, selon le ministère des Ressources naturelles du Canada.

Gillfoto / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

À QUOI SERT LE PÉTROLE BRUT?

Le pétrole brut est transformé en produits que vous utilisez dans votre vie quotidienne. Il est transformé en une large gamme de produits (appelés produits pétroliers raffinés ou RPP), qui sont utilisés pour le transport, le chauffage, la production d’électricité et la fabrication. Des choses comme les brosses à dents et les cosmétiques aux chaussures de course et aux lunettes de soleil, le pétrole brut fait son chemin dans chaque partie de notre routine quotidienne. Pensez à l’essence qui alimente nos voitures sur nos trajets quotidiens pour aller à l’école ou au travail; ou le diesel utilisé dans les camions et les trains pour transporter les marchandises des usines aux magasins; ou le kérosène qui transporte de gros jets géants pleins de voyageurs dans les airs et vers leur prochaine destination.

Lorsque le pétrole est extrait du sol, il est transporté vers les usines de valorisation et les raffineries via des pipelines, des navires-citernes ou des trains. Les valorisateurs créent essentiellement du pétrole utilisable (appelé pétrole brut synthétique) à partir de pétrole brut lourd non conventionnel qui est extrait sous forme de bitume (un mélange de sable, d’argile, de pétrole lourd et d’eau). D’autres pétroles bruts, généralement appelés pétrole brut conventionnel, sont transformés dans les raffineries en produits utilisables pour l’industrie pétrolière.

Le pétrole est classé en fonction de sa densité: le pétrole léger est le plus précieux, tandis que le pétrole lourd est moins précieux—il nécessite plus de traitement pour être converti en essence ou en d’autres produits pétroliers. Le bitume, séparé des sables bitumineux, est de qualité extra-lourde, il nécessite donc beaucoup d’énergie et d’eau pour être transformé en produits utilisables.

Mais comment le bitume est-il transformé en essence pour alimenter votre voiture? Ou au propane que vous pouvez utiliser pour allumer le barbecue? Ou le kérosène pour l’avion qui vous emmène lors de vos prochaines vacances? Même le revêtement des routes avec de l’asphalte nécessite du pétrole brut.

Kurt Bauschardt, Radiant Refinery, https://www.flickr.com/photos/kurt-b/36750078170/, (CC BY-SA 2.0)

RAFFINAGE DU PÉTROLE EN PRODUITS PÉTROLIERS

Pour fabriquer les PPR, on doit traiter le pétrole brut afin d’en séparer les divers composants à l’aide de grandes structures industrielles, les raffineries. Ces installations colossales et extrêmement complexes, souvent assimilables à de petites villes, se divisent en de nombreuses sections qui ont chacune leur fonction et produisent différents PPR.

La toute première étape du raffinage est la distillation (ou séparation). On chauffe le pétrole brut, une substance lourde et visqueuse, dans un grand four jusqu’à ce qu’il se liquéfie ou se vaporise. Les différents composés chimiques (hydrocarbures) ont chacun leur propre point d’ébullition, et lorsque les vapeurs s’élèvent dans la tour de distillation, elles se refroidissent progressivement et redeviennent liquides. La tour recueille les hydrocarbures (alors appelés coupes) aux points d’ébullition semblables en fonction de leur poids. Les coupes plus légères, comme l’essence, s’accumulent au sommet de la tour et demandent moins de transformation avant leur mise en marché. Les plus lourdes doivent subir des étapes supplémentaires, qui les allégeront et en augmenteront la valeur.

Le craquage raffine les coupes lourdes en utilisant la chaleur et la pression pour casser les longues chaînes moléculaires d’hydrocarbures; on utilise souvent des catalyseurs pour accélérer la réaction. Comme le procédé change la structure des hydrocarbures, on le qualifie souvent de « conversion ». La cokéfaction, quant à elle, s’utilise sur les coupes les plus lourdes, soit le résidu au fond de la tour de distillation. Le procédé, qui emploie également la chaleur et la pression pour casser les hydrocarbures, produit un matériau semblable à du charbon : le coke de pétrole. On s’en sert dans la production d’électricité et comme carburant industriel.

Autre procédé de conversion : le reformage, qui restructure les molécules d’hydrocarbures pour en créer de nouveaux. Le naphta par exemple, l’une des coupes pétrolières obtenues par distillation, a une structure moléculaire complexe qui compte le même nombre d’atomes que l’essence. À l’aide d’un catalyseur, le procédé déclenche une réaction chimique qui réarrange les molécules du naphta en une substance appelée reformat, qu’on mélange ensuite à de l’essence.

L’alkylation est un procédé semblable au reformage : elle combine des coupes légères d’hydrocarbures pour en faire des plus complexes, soit l’opposé du craquage. À l’aide d’un catalyseur, elle transforme les produits dérivés gazeux du craquage en un nouveau composé moléculaire.

L’étape suivante du processus est le traitement, qui élimine les impuretés (soit les atomes inutiles comme le soufre ou l’azote, qui pourraient réduire la qualité du produit fini). On peut y arriver de différentes façons, comme en dissolvant les composés indésirables dans de l’acide ou en « séchant » le produit grâce à des agents qui absorbent les molécules d’eau.

La dernière étape est le mélange; après les avoir distillées, converties et traitées, on mélange les différentes coupes pétrolières pour produire différentes sortes d’essence, de qualités variables (comme les différents types de carburant offerts aux stations-service). Chacune d’entre elles sert à répondre aux besoins d’un type de véhicule en particulier.

Les raffineries produisent des carburants de transport, du mazout (utilisé pour la production d’électricité), des gaz de pétrole liquéfiés (comme le propane que vous utilisez pour faire un barbecue), des matières premières pétrochimiques (elles sont utilisées pour fabriquer des choses comme le caoutchouc et le plastique) et une variété d’autres produits (tels que comme huiles lubrifiantes pour votre voiture ou asphalte pour le revêtement des routes).

Jeff Wallace, The Herd, https://www.flickr.com/photos/wherezjeff/14268938549/, (CC BY-NC 2.0)

OÙ TROUVE-T-ON LA PRODUCTION ET LES RAFFINERIES DE PÉTROLE AU CANADA?

Il existe des installations de production de pétrole et des raffineries dans plusieurs provinces et territoires du Canada. Voici les plus gros producteurs du pays:

  • L’Alberta est le plus grand producteur de pétrole brut au Canada, représentant plus de 82% de la production du pays. Les deux tiers de ce pétrole proviennent des sables bitumineux, qui se trouvent dans trois principaux gisements en Alberta: Athabasca, Cold Lake et Peace River. L’Alberta produit plus de 80 pour cent des liquides de gaz d’hydrocarbures. L’Alberta possède également la plus grande capacité de raffinage au Canada avec cinq raffineries.
  • La Saskatchewan est le deuxième producteur de pétrole brut au Canada.
  • Terre-Neuve-et-Labrador est le troisième producteur de pétrole brut au Canada et possède les seules plates-formes pétrolières extracôtières du pays: Hibernia, Terra Nova, White Rose et Hebron.
  • L’Ontario possède la deuxième plus grande capacité de raffinage au Canada.
  • Le Québec possède la troisième plus grande capacité de raffinage au Canada.
Syncrude Canada, Shovel Operator Shift Change, https://www.flickr.com/photos/syncrudecanada/7257350502/in/photostream/, (CC BY-NC-ND 2.0)

QUEL EST L’IMPACT DE LA PRODUCTION DE PÉTROLE BRUT SUR L’ENVIRONNEMENT?

Il existe diverses méthodes utilisées dans la production de pétrole brut, notamment le forage, l’exploitation minière et le drainage par gravité assisté par vapeur. Lors du forage, le méthane de gaz à effet de serre peut être produit, qui est ensuite évacué ou brûlé (les deux méthodes libèrent des émissions dans l’atmosphère). Diverses méthodes d’extraction du pétrole brut dépendent également fortement de l’eau. Les bassins de résidus permettent au sable, à l’argile et à des traces d’hydrocarbures résiduels de se déposer afin que l’eau au sommet puisse être recyclée pour être utilisée dans les processus d’extraction des sables bitumineux. Les bassins de résidus sont construits et gérés pour empêcher l’eau contaminée de pénétrer dans les rivières, les lacs ou les aquifères souterrains. Pour l’exploitation minière à ciel ouvert, la terre peut être débarrassée de sa végétation afin d’être exploitée. Cela peut prendre de nombreuses années pour remettre la terre à son état d’origine grâce à des pratiques de remise en état des terres.

Le secteur canadien du pétrole et du gaz naturel représentait entre 21 et 26% (selon la façon dont les activités pipelinières en aval sont comptées) des émissions de gaz à effet de serre (GES) en 2016. Dans les sables bitumineux du Canada, le gouvernement exige que les exploitants miniers surveillent leur carbone émissions de dioxyde et de méthane. Bien que les émissions de GES au Canada aient augmenté entre 2005 et 2017, les émissions de GES par baril de pétrole produit dans les sables bitumineux ont chuté de 28%. Cette diminution est due à l’innovation technologique et à l’amélioration de l’efficacité.

Il existe également des technologies en cours de développement pour réduire la quantité d’émissions de carbone des centrales électriques, comme le stockage par captage du carbone (CSS). CSS est une technologie qui extrait essentiellement le carbone de l’air et le stocke sous terre. Premièrement, le dioxyde de carbone est séparé des autres gaz produits par la combustion de combustibles fossiles ou par les processus industriels. Ensuite, il est comprimé et transporté par canalisations (ou d’autres méthodes) vers un lieu de stockage approprié, où il est injecté à plusieurs kilomètres sous terre. Il est stocké dans des couches de roches poreuses, où la pression et la température le maintiennent à l’état liquide. Une couche de roche imperméable existe au-dessus des réservoirs de stockage, gardant le dioxyde de carbone contenu sous terre. Ces sites sont surveillés pour s’assurer que le dioxyde de carbone ne s’échappe pas dans l’air, le sol ou l’eau.

La combustion de produits pétroliers libère des émissions de gaz à effet de serre, qui contribuent au changement climatique. Les produits pétroliers et pétrochimiques font partie de notre vie quotidienne et comprendre le coût environnemental de la culture de consommation peut être un moyen de réduire ces émissions de gaz à effet de serre.

Alberta Newsroom, Jul 10, 2020 Shell Quest milestone 25043, https://www.flickr.com/photos/albertanewsroom/50098635506/, (CC BY-NC-ND 2.0)

SAVIEZ-VOUS?

  • Il y a environ 170 milliards de barils de réserves prouvées de pétrole brut au Canada, ce qui en fait le troisième plus grand approvisionnement au monde.
  • Le Canada est le quatrième producteur et exportateur de pétrole au monde. Les deux tiers du pétrole brut canadien sont exportés, la majorité allant aux États-Unis.
  • Le Nunavut dépend entièrement du diesel (un produit pétrolier) pour produire de l’électricité.
  • Il existe un potentiel d’extraction de pétrole et de gaz naturel dans le nord du Canada. On estime que les Territoires du Nord-Ouest détiennent environ 35% des ressources de gaz naturel commercialisables restantes du Canada et 37% du pétrole brut léger récupérable restant. Les projets de pétrole et de gaz naturel pourraient réduire la dépendance à l’égard des combustibles fossiles importés, mais peu de projets ont été développés, en raison de préoccupations environnementales et d’utilisation des terres et du coût des infrastructures.