Les sables bitumineux de l'Alberta se réchauffent

Pour beaucoup, les images de la forêt boréale du Canada déchirée par des opérations tentaculaires qui défrichent la terre et enlèvent la couche supérieure de la terre sont devenues le symbole des maux environnementaux du pétrole au 21e siècle. Les mines dites à ciel ouvert, qui découvrent des dépôts durs de sable et d'argile riches en un mélange d'hydrocarbures lourd et collant appelé bitume, représentent maintenant une part substantielle des exportations de pétrole du Canada, y compris une grande partie du pétrole allant aux États-Unis. . Mais le visage de l'industrie qui exploite les sables bitumineux du nord du Canada est en train de changer et de devenir peut-être encore plus troublant.

Dirigez-vous vers le sud ou l'ouest de Fort McMurray, la ville en plein essor de l'Alberta qui abrite de nombreuses mines à ciel ouvert et bassins de résidus qui ont rendu l'industrie pétrolière de la province tristement célèbre, et les mines cèdent la place à des sites industriels plus soignés au milieu de muskegs marécageux brun verdâtre et de peuplements d'épinettes blanches, pin gris et tremble. Ces installations entourées de forêts ont troqué des pelles et d'énormes camions pour un processus d'extraction qui creuse des centaines de mètres dans des rubans solides de bitume et, en utilisant de grandes quantités de vapeur, fait fondre le pétrole goudronné sur place. Le bitume liquéfié suinte ensuite à travers un système de canalisations parallèles. De telles opérations d'extraction in situ représentent désormais près de la moitié de la production actuelle du secteur pétrolier du nord de l'Alberta, et ce chiffre ne fera qu'augmenter. Les 1 800 milliards de barils de bitume de l'Alberta représentent peut-être la plus grande accumulation d'hydrocarbures au monde, mais les quatre cinquièmes de cette ressource se trouvent à une profondeur supérieure à celle que l'extraction à ciel ouvert peut atteindre.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de novembre 2011

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L'extraction in situ est chère - en moyenne, elle n'est pas rentable si les prix mondiaux du pétrole sont inférieurs à 60 $ le baril. Mais avec les prix d'aujourd'hui systématiquement bien au-dessus de cela, la pratique est en plein essor. Les sables bitumineux généreront plus de 1,5 million de barils de pétrole par jour cette année, selon l'Association canadienne des producteurs pétroliers, un groupe basé à Calgary. Cela représente plus de la moitié du pétrole que le Canada achemine vers les États-Unis (le Canada est la plus grande source de pétrole importé de son voisin). D'ici 2025, la production des sables bitumineux devrait plus que doubler, pour atteindre 3,7 millions de barils par jour, et les opérations in situ fourniront près des deux tiers de cette augmentation.

Le hic, c'est que même si le forage peut sembler en surface moins destructeur pour l'environnement que l'extraction à ciel ouvert, à bien des égards, la nouvelle technologie est beaucoup plus dommageable. Même si les sites de forage ne ravagent pas le paysage comme le font les mines, ils consomment de grandes quantités d'énergie et produisent par conséquent beaucoup de dioxyde de carbone. L'utilisation de la vapeur pour éliminer le bitume représente 2,7 % des émissions totales de gaz à effet de serre du Canada, soit environ 19 mégatonnes de dioxyde de carbone l'année dernière, soit l'équivalent des émissions annuelles d'échappement de 3,7 millions de voitures. Il crée plus de deux fois les émissions de production de l'exploitation minière conventionnelle des sables bitumineux. Des experts indépendants affirment qu'au moment où le bitume est raffiné et livré aux stations-service à travers les États-Unis, il a déjà représenté deux ou trois fois plus de gaz à effet de serre par gallon de carburant que l'essence raffinée à partir de brut conventionnel.

Plus inquiétant encore, les opérations de forage dans les sables bitumineux ne sont qu'un exemple de l'augmentation de la production de pétrole non conventionnel, autrefois des sources difficiles à exploiter que les récents progrès technologiques ont rendus économiquement viables. De telles ressources dans les seules Amériques comprennent d'énormes quantités de pétrole de type bitume au Venezuela, des réserves de pétrole sous-marines profondes au large des côtes du Brésil et du pétrole de réservoir étanche détenu dans des gisements de schiste aux États-Unis et au Canada. Les ressources géologiques et les technologies utilisées pour produire du pétrole non conventionnel varient considérablement, mais elles nécessitent toutes des processus d'extraction énergivores et destructeurs pour l'environnement. Les sables bitumineux sont la principale raison pour laquelle les émissions annuelles de gaz à effet de serre du Canada, que le gouvernement a promis de réduire à 558 mégatonnes d'ici l'année prochaine, dépassent maintenant 710 mégatonnes et devraient atteindre 785 mégatonnes d'ici 2020.

La réalité est, cependant, que le monde est rapidement devenu dépendant du pétrole non conventionnel, y compris les sables bitumineux, car la demande mondiale d'énergie a continué de croître plus rapidement que l'offre. Et l'économie canadienne, particulièrement en Alberta, est devenue fortement dépendante de la croissance de l'industrie des sables bitumineux. Les investissements des entreprises canadiennes et des géants pétroliers mondiaux ont totalisé 13 milliards de dollars en 2010 et ont atteint 16 milliards de dollars cette année. Les sables bitumineux ont fait de l'Alberta l'endroit le plus chaud au Canada pour les emplois, les investissements et la croissance, aidant le pays à éviter bon nombre des malheurs économiques qui affligent les États-Unis et une grande partie de l'Europe.

Les sables bitumineux signifient des centaines de millions de dollars en taxes et redevances et en création d'emplois de Terre-Neuve à Vancouver. Tant de Terre-Neuviens sont venus en Alberta pour travailler à Fort McMurray qu'il s'agit de la troisième plus grande ville de Terre-Neuve, explique Murray Smith, ancien ministre de l'Énergie de l'Alberta. Un tel poids économique fait qu'il va de soi que le Canada va continuer à exploiter cette ressource, dit-il : Nous sommes à côté d'un client qui a 250 millions de véhicules parcourant trois billions de milles par an. Vous pouvez être sûr que tant que cette demande existera, il y aura des produits à vendre. Nous produirons les sables bitumineux.

De vastes ressources : Une vue aérienne montre l'exploitation minière à ciel ouvert près de Fort McMurray au premier plan, tandis que les bassins de raffinage et de résidus attenants à la rivière Athabasca sont visibles à l'arrière-plan.

L'ère de la vapeur

Christina Lake, une opération d'extraction in situ en pleine expansion à 120 kilomètres au sud de Fort McMurray, est vraiment isolée. Bien que la coupe à blanc, la production de gaz naturel et les mines de gravier aient gravé les forêts, les cerfs mulets et les orignaux sont toujours plus nombreux que les humains. Le voisin le plus proche de Christina Lake est le hameau de Conklin, qui compte 300 habitants, et au sud se trouve le champ de tir militaire de Cold Lake, un vaste no man's land réservé aux exercices de combat aérien et aux tests d'armes tactiques. Le sentiment d'isolement s'évapore cependant, alors que des milliers de travailleurs installent et exploitent des équipements d'une valeur de milliards de dollars à Christina Lake et à plus d'une douzaine d'autres sites en Alberta.

QUELLE HUILE DE PIC ?

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Une grande partie du pétrole mondial, y compris les vastes réserves de pétrole conventionnel dans des endroits comme l'Arabie saoudite et le golfe du Mexique, est un mélange d'hydrocarbures qui jaillit du sol et s'écoule facilement à température ambiante. Les sables bitumineux canadiens, quant à eux, sont des dépôts goudronneuses dans lesquels les hydrocarbures enrobent le sable et l'argile. Une fois retirée du sol, l'huile a la viscosité d'une mélasse froide. Son extraction doit, essentiellement, inverser les forces naturelles qui ont créé le bitume il y a des millions d'années, lorsque la montée des montagnes Rocheuses a poussé le pétrole léger à écoulement rapide dans les couches adjacentes de sable enfoui.

Pendant près d'un siècle, les entrepreneurs ont lutté pour séparer les dépôts solidifiés du sable et les transformer à nouveau en hydrocarbures liquides. Les mines de Fort McMurray ont ouvert dans les années 1960 et au début des années 1970 et ont boité avec le soutien du gouvernement jusqu'à ce que les prix du pétrole commencent à augmenter à la fin des années 1990, encourageant les investisseurs. Les sites in situ de l'Alberta sont le produit d'un projet de recherche financé par le gouvernement et lancé en 1974 pour amener l'industrie des sables bitumineux au-delà de l'exploitation à ciel ouvert. À la fin des années 1990, le projet provincial avait opté pour une technologie : le drainage gravitaire assisté à la vapeur, ou SAGD. Cenovus, la société basée à Calgary qui exploite Christina Lake, a créé le premier site commercial SAGD en 1999 et a commencé des essais pilotes à Christina Lake trois ans plus tard.

Bien que plus sophistiqué que l'extraction à ciel ouvert, dans laquelle le bitume à moins de 75 mètres sous terre est simplement déterré après l'enlèvement de la couche supérieure de la terre, le SAGD est encore en grande partie une méthode de force brute pour aspirer le bitume profondément enfoui. À Christina Lake, des paires de puits perforés s'enfoncent à 375 mètres de profondeur, atteignant une couche de bitume de 25 à 30 mètres d'épaisseur. Là, les puits s'aplatissent pour parcourir 800 mètres horizontalement à travers le tiers inférieur du gisement, un puits à cinq mètres au-dessus de l'autre. La vapeur est forcée à travers les puits supérieurs à 250 °C pour chauffer et éventuellement faire fondre le bitume, qui s'écoule du sable, de l'argile et d'autres minéraux. Les puits de production du fond aspirent ensuite un mélange d'eau et de bitume fondu vers la surface, où l'eau est séparée du bitume et recyclée. Enfin, le bitume est mélangé à un diluant hydrocarboné pour le rendre suffisamment fin pour les pipelines avant d'être transféré vers un terminal pétrolier adjacent et de commencer son voyage vers les raffineries aux États-Unis.

Au-dessus du sol, Christina Lake est un bourdonnement d'activité. Le site expédie plus de 16 000 barils de bitume par jour. En août, Cenovus a terminé une expansion qui a coûté environ 900 millions de dollars canadiens et a augmenté sa capacité à 58 000 barils par jour. Aujourd'hui, le site est en proie à deux extensions équivalentes qui ont porté son personnel à près de 2 000 personnes qui travaillent, mangent et dorment sur place pendant sept à dix jours d'affilée. Il y a encore beaucoup de croissance à venir, déclare Drew Zieglgansberger, vice-président senior responsable de Christina Lake. Zieglgansberger s'attend à ce que d'ici 2019, le site produise plus de 250 000 barils de bitume par jour, suffisamment, dit-il, pour faire le plein de toutes les voitures de l'Illinois. Il dit qu'il devrait maintenir ce rythme pendant 30 ans.

Le site lui-même ressemble plus à une usine chimique de taille moyenne qu'à une installation minière. Au-dessus, cinq générateurs de vapeur de 32 mètres de haut ; quatre autres sont en construction. Ces fournaises gigantesques brûlent du gaz naturel et produisent 250 millions de BTU de vapeur par heure. En tout, dit Zieglgansberger, ils ont éteint l'équivalent en chaleur de 50 000 grils de jardin. (Avec chaque heure de combustion et de chaleur des générateurs de vapeur de Christina Lake, 75 tonnes métriques d'émissions de dioxyde de carbone sont émises, soit environ 45 kilogrammes de dioxyde de carbone pour chaque baril de bitume.)

La mauvaise nouvelle pour l'industrie des sables bitumineux de l'Alberta est que Christina Lake est le meilleur scénario pour le SAGD aujourd'hui. Zieglgansberger n'a besoin que de deux barils d'eau pour produire un baril de bitume, ce qui en fait l'exploitation in situ la plus efficace de l'Alberta. Ses concurrents (et la plupart des futures opérations SAGD) doivent cibler des gisements de bitume plus minces, certains striés de roche et d'eau qui détournent la chaleur injectée. En conséquence, le baril moyen de bitume produit via SAGD l'année dernière a nécessité un peu moins de trois barils de vapeur, selon l'Energy Resource Conservation Board de l'Alberta. C'est pourquoi, une fois que l'expédition et le raffinage sont pris en compte, le processus de production in situ de l'Alberta crée beaucoup plus d'émissions de gaz à effet de serre que la fabrication de carburant à partir de brut conventionnel.

Ces chiffres ne sont que scandaleux pour John Nenniger, fondateur et PDG de N-Solv, une startup basée à Calgary qui explore des technologies pour l'exploitation des sables bitumineux. Nenniger dit que l'industrie s'est peu améliorée depuis le premier pilote sur le terrain SAGD à la fin des années 1980 : ce tout premier test avait un rapport vapeur/huile de 2,38. Depuis lors, les rapports vapeur-huile se sont en fait détériorés. Il n'y a eu aucun progrès du tout.

Les gourmands en gaz : Les énormes générateurs de vapeur de Christina Lake brûlent du gaz naturel pour produire de grandes quantités de vapeur, qui est injectée dans des puits de 375 mètres de profondeur pour chauffer l'huile de goudron et lui permettre d'être aspirée à la surface.

Remboursement?

Ce n'est pas comme si personne n'essayait. De grandes sociétés pétrolières, dont Shell, Suncor Energy et la filiale d'Exxon, Imperial Oil, ainsi que des startups entrepreneuriales telles que N-Solv et Laricina, testent sur le terrain un nombre croissant de techniques in situ. Certains pompent de l'air profondément sous terre et enflamment du bitume dans l'espoir de faire fondre le reste plus efficacement. D'autres voient un potentiel dans l'utilisation de l'électricité pour chauffer le bitume profondément enfoui.

Cenovus teste une méthode qui utilise une combinaison de vapeur et d'un solvant, le butane, pour aider à détacher le bitume. Le pad A02 ressemble à n'importe quel autre à Christina Lake, sauf qu'il n'a qu'une paire de puits soutenus par du matériel supplémentaire : trois réservoirs de stockage de 50 pieds de long pour le butane et l'équipement pour le mélanger avec la vapeur à 250 °C qui rugit dedans par canalisation depuis les générateurs de vapeur. L'ajout de cet équipement augmente le coût de construction d'un nouveau site de près d'un tiers, mais cela en vaut la peine, déclare Harbir Chhina, vice-président exécutif de Cenovus pour les sables bitumineux. Chhina dit que l'ajout de butane fournit 10 à 15 % de bitume en plus à partir de la même ressource et le fait environ 30 % plus rapidement.

Les effets de cette amélioration sur la consommation d'énergie, les bénéfices et la pollution par les gaz à effet de serre devraient faire l'objet d'un premier test à l'échelle commerciale à Narrows Lake, un projet in situ immédiatement au nord-ouest de Christina Lake où Cenovus espère produire 130 000 barils de bitume par jour. d'ici 2016. (L'approbation pour le lac Narrows est attendue d'ici l'été prochain; l'Alberta n'a jamais rejeté une demande pour les sables bitumineux.) Prédiction de Chhina : le rapport vapeur/pétrole de Narrows Lake sera d'environ 1,7, 15 % de moins qu'il solvant. Il dit que la technologie pourrait réduire les émissions de gaz à effet de serre jusqu'à 30 pour cent sur la plupart des sites SAGD.

Pendant ce temps, Nenniger se prépare à tester un procédé à base de solvants qui a été inventé dans les années 1970 par son père, qui était vice-président de l'ingénierie des procédés chez Hatch, la deuxième plus grande société d'ingénierie au Canada et l'actionnaire majoritaire de N-Solv. Depuis un espace de travail de fortune dans les bureaux de Hatch à Calgary, Nenniger prépare le retour de la technologie : un test pilote de 60 millions de dollars est en cours sur le site de Suncor Energy à Douvres au nord-ouest de Fort McMurray, le même endroit où le processus SAGD a été testé à l'origine.

Nenniger estime que l'élimination de l'utilisation de la vapeur et l'abaissement des températures permettront d'économiser 9 $ sur chaque baril de bitume. De plus, le processus au solvant peut extraire le bitume de la meilleure qualité, laissant plus de matériaux de type asphalte les plus lourds dans le sol. Cela devrait rendre le bitume de N-Solv plus facile à raffiner, en rapportant aux producteurs 15 $ supplémentaires pour chaque baril expédié. Nenniger prévoit également que le procédé utilisera 80 à 90 % moins d'énergie par baril de bitume que le SAGD, réduisant ainsi les émissions de carbone en conséquence.

N-Solv prévoit de forer des puits d'observation dans son installation pilote cet hiver, et des puits d'injection et de production devraient suivre en été. Le solvant chaud pourrait commencer à couler dès l'automne 2012, avec des résultats de production d'ici l'été suivant. Nenniger projette une application à l'échelle commerciale en aussi peu que cinq ans. Prouver que nous sommes meilleurs que SAGD face à face ouvrira l'ensemble du marché des sables bitumineux, dit-il.

La question pour les innovateurs des sables bitumineux est de savoir si le risque financier du développement de nouveaux types de technologies in situ sera payant. Cenovus a besoin d'un prix mondial du pétrole de seulement 45 $ à 50 $ le baril pour rentabiliser ses investissements dans Christina Lake ; avec des prix maintenant supérieurs à 75 $ le baril, il gagne beaucoup d'argent. À l'ère du gaz naturel bon marché et du pétrole cher, les producteurs de bitume du Canada auront besoin d'un coup de pouce supplémentaire avant d'engager des milliards de dollars dans des alternatives à l'exploitation minière et au SAGD. Nenniger pense que les décideurs d'entreprise sont peu incités à changer dans les conditions économiques actuelles, où les coûts énergétiques sont faibles et déductibles des impôts, et les émissions de carbone sont gratuites. Vous avez un système qui ne crée pas d'attraction du marché, dit-il.

Extraction plus rapide : Une version expérimentale de l'extraction in situ ajoute un solvant à la vapeur pour rendre la récupération du bitume plus rapide et plus efficace.

Selon Heather MacLean, professeure d'ingénierie et de politique publique à l'Université de Toronto, il doit y avoir une sorte de poussée politique… pour vraiment motiver la production et la réduction les plus efficaces des gaz à effet de serre et d'autres impacts environnementaux. Ce qu'il faut, dit-elle, c'est un prix du carbone. Il y a deux ans, l'Alberta a introduit une taxe carbone de 15 $ la tonne, mais qui ne couvre qu'une partie des émissions industrielles, et même les dirigeants pétroliers rejettent son impact sur les investissements. C'est dans les dizaines de cents le baril, dit Zieglgansberger.

Un plus gros problème

Cet été, les principaux militants du changement climatique ont fait des sables bitumineux de l'Alberta un nom bien connu avec deux semaines de manifestations devant la Maison Blanche. L'action visait le pipeline Keystone XL proposé, qui livrerait un demi-million de barils de pétrole par jour aux raffineurs de la côte américaine du golfe du Mexique via un pipeline de 36 pouces s'étendant sur 2 673 kilomètres de l'Alberta à Port Arthur, au Texas. Plus de 1 000 manifestants, dont le climatologue de la NASA James Hansen, ont été arrêtés. Le président Obama doit prendre une décision finale sur le pipeline cet hiver.

Ken Caldeira, l'un des 20 principaux scientifiques du climat qui a publié une lettre ouverte au président s'opposant à Keystone XL, soutient que l'arrêter augmenterait le coût de commercialisation du bitume de l'Alberta et fournirait ainsi un signal de facto sur la tarification du carbone aux producteurs. Nous offrons collectivement une subvention gratuite à l'industrie des combustibles fossiles en leur permettant de déverser leurs déchets dans l'atmosphère, déclare Caldeira, spécialiste de l'atmosphère à la Carnegie Institution de Washington à Stanford, en Californie. Nous devrions supprimer cette subvention.

Caldeira dit que le problème ultime qu'il voit avec les investissements dans les sables bitumineux est qu'ils menacent de renforcer la dépendance au pétrole, et la combustion du pétrole dans les véhicules génère plus d'un cinquième des émissions mondiales de dioxyde de carbone. L'amélioration du processus d'extraction des sables bitumineux ne fera qu'aggraver cette dépendance. Avec les méthodes actuelles, le gouvernement de l'Alberta estime que 169 milliards de barils de bitume dans les sables bitumineux peuvent être produits de manière économique, soit moins d'un dixième de la ressource enfouie. Des technologies plus efficaces produiront beaucoup plus de pétrole à brûler dans les voitures et les camions du monde. Si nous voulons évoluer vers un système énergétique à faible émission de carbone, nous ne devrions pas construire d'infrastructures supplémentaires à base de combustibles fossiles, a déclaré Caldeira.

L'arrêt du pipeline Keystone XL pourrait toutefois avoir des conséquences imprévues. Si le président Obama bloque le projet, les producteurs continueront de vendre leur bitume, en l'envoyant dans des wagons-citernes ou via des pipelines proposés vers les ports canadiens du Pacifique. Pendant ce temps, le ralentissement de la production de bitume au Canada inciterait probablement les producteurs d'ailleurs à répondre à la demande persistante de carburant en exploitant des ressources telles que le schiste bitumineux, des puits en eau profonde difficiles à contrôler ou même le charbon. Le fait de décourager la production de sables bitumineux n'arrêtera probablement pas le flux mondial de pétrole, déclare Adam Brandt, professeur au département d'ingénierie des ressources énergétiques de l'Université de Stanford : les forces du marché sont tout simplement écrasantes. MacLean est d'accord. Les pays qui importent aujourd'hui de grandes quantités de pétrole n'arrêteront pas de le faire demain, dit-elle. Ils ne passeront pas tous aux véhicules électriques au cours de la prochaine décennie. Donc, avoir une politique de non-utilisation d'autres infrastructures à combustibles fossiles ne me semble pas vraiment réaliste.

Un certain nombre d'experts affirment que la réduction de la demande globale de pétrole est en fin de compte le seul moyen de réduire l'impact environnemental de l'industrie des sables bitumineux de l'Alberta, et une méta-analyse largement respectée de 2009 des études de cycle de vie par MacLean et ses collègues analystes du cycle de vie Alex Charpentier et Joule Bergerson de l'Université de Calgary sembleraient les soutenir. Selon l'analyse, conduire une voiture sur un kilomètre produit de 320 à 350 grammes de pollution au dioxyde de carbone si l'essence est dérivée d'usines in situ. Si l'essence est raffinée à partir de brut conventionnel, le même trajet produit moins de pollution : 250 à 280 grammes de dioxyde de carbone. Mais la combustion du pétrole lui-même, quelle que soit la façon dont le carburant a été produit, représente 212 de ces grammes de toute façon.

En fin de compte, dit Brandt : si nous sommes vraiment contrariés par les sables bitumineux, nous devons prendre nos habitudes pétrolières au sérieux.

Peter Fairley est un écrivain indépendant basé à Victoria, en Colombie-Britannique. Son long métrage Will Electric Vehicles va-t-il enfin réussir ? paru dans le numéro de janvier/février de Examen de la technologie .

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