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Schistes bitumineux

Schiste bitumineux
Schiste bitumineux au Colorado (©photo)

Définition et catégories

Les schistes bitumineux (également schistes pétrolifères, pyroschistes, kérobitumeux) sont des roches sédimentaires au grain fin, contenant assez de matériau organique, le kérogène, pour pouvoir fournir du pétrole et du gaz combustible. Contrairement à leur nom, ces roches ne sont pas nécessairement des schistes (roches qui ont pour particularité d'avoir un aspect feuilleté).

Les schistes bitumineux varient considérablement les uns des autres, tant dans leur composition chimique, leur contenu en minéraux, leur âge, le type de kérogène et la façon dont ils se sont sédimentés.

Le kérogène présent dans les schistes bitumineux peut être converti en pétrole à travers le processus chimique de la pyrolyse qui utilise le principe de la décomposition d'une matière organique par la chaleur. En effet, le kérogène contenu dans le schiste bitumineux est une sorte de « pétrole inachevé » qui n’a pas subi des conditions de température et de pression suffisantes pour être transformé en pétrole.

Les schistes bitumineux peuvent aussi être brûlés directement comme un combustible de basse qualité pour la fourniture d'électricité et de chauffage, et peuvent être utilisés comme matériau de base dans les industries chimiques en vue d’extractions ultérieures (ex : le soufre, l’ammoniac, le mastic, le bitume routier, le ciment ou encore les briques).

Leur nom prête parfois à confusion avec d’autres types d’hydrocarbures non conventionnels, notamment les sables bitumineux et les gaz de schiste. Les schistes bitumineux contiennent du kérogène qu’il faut traiter avant d’obtenir du pétrole alors que les sables bitumineux et les gaz de schistes sont directement exploitables sous forme de bitume et de gaz emprisonné qu’ils contiennent respectivement. 

Fonctionnement technique ou scientifique

L’exploitation ex situ représente la principale voie d’exploitation aujourd’hui. Elle consiste en une extraction minière de la roche pour ensuite appliquer le traitement thermique dans des usines en surface. Certaines technologies encore peu utilisées permettent d’exploiter ces schistes in situ et ainsi de les chauffer sous terre.

Le pétrole est obtenu suite au procédé de pyrolyse : le schiste bitumineux est chauffé à une température suffisamment élevée (450/500 °C) dans une enceinte privée d’air (anaérobie), la vapeur engendrée est ensuite distillée en huile et en gaz. Deux techniques de transformation, in situ et ex situ, sont utilisées en fonction du lieu où le traitement thermique est appliqué.

Les hydrocarbures produits nécessitent, quel que soit le procédé, un traitement supplémentaire de raffinage afin d’enlever des impuretés. L’huile de schiste est donc ensuite distillée afin d’en tirer les sous-produits, par les mêmes opérations que dans le cas des pétroles « naturels ».

Voici les produits qu’il est possible d’obtenir à partir de l’huile de schiste :

  • des essences dont la teneur en carbone est en général au dessus de la moyenne ;
  • des huiles de lampe ;
  • des huiles lourdes convenant particulièrement aux moteurs diesels ;
  • des huiles de graissage ;
  • du goudron employé dans la fabrication des mastics et des asphaltites.

Enjeux par rapport à l'énergie

Comme précisé précédemment, les schistes bitumineux sont destinés à plusieurs fins :

  • la conversion en hydrocarbures à travers le processus chimique de la pyrolyse ;
  • la combustion de basse qualité pour la production d’électricité ;
  • l’utilisation comme matériaux de base (industries chimiques, agriculture, construction).

Les schistes bitumineux ne sont encore que peu exploités, malgré l’importance de leurs réserves, du fait d’une double problématique :

le défi du prix

La production de pétrole à partir de schistes bitumineux devient économiquement viable si le prix du baril se situe au-delà de 80 dollars. Ce niveau est approximativement le double de celui nécessaire à la production d’un baril issu des sables bitumineux (35 dollars)(1). Le prix est donc le frein principal à l’exploitation de ce pétrole dit non conventionnel.

le défi environnemental

La combustion et le traitement thermique génèrent des déchets et émettent dans l'atmosphère du dioxyde de carbone. Des études estiment que la production de carburant issue des schistes bitumineux entraîne des émissions de CO2 21% à 47% plus importantes que la production de carburant issue d'hydrocarbures dits conventionnels(2).

Acteurs majeurs

Si l’importance des schistes bitumineux dans le paysage pétrolier mondial est récente, ces schistes sont cependant déjà employés pour :

  • la production de pétrole en Estonie, au Brésil et en Chine;
  • la production d'électricité dans des centrales électriques thermiques en Estonie, en Chine, en Israël, et en Allemagne;
  • la production de ciment en Estonie, en Allemagne, et en Chine;
  • l’industrie chimique en Chine, en Estonie, et en Russie.

Par ailleurs, plusieurs pays ont construit des usines expérimentales. La Jordanie, l'Egypte, le Canada et la Turquie projettent de construire des centrales électriques utilisant les schistes bitumineux.  

En 2011, 90,9% de l'électricité produite en Estonie est générée à partir de combustibles fossiles(3), la plupart étant du pétrole sous forme de schistes bitumineux (près de 60% de la production nationale d'électricité)(4). Le groupe public estonien Eesti Energia (plus connue sous le nom d’Enefit) est ainsi le principal producteur mondial de schistes bitumineux (près de 18 millions de tonnes extraits en 2011)(5).

Peuvent également être citées des sociétés comme American Shale Oil LLC (AMSO) et Total qui ont décidé en janvier 2009 d’exploiter ensemble les gisements de schistes bitumineux du Colorado aux Etats-Unis.

Unités de mesure et chiffres clés

L'administration américaine (United States Energy Information Administration) a estimé en 2005 les réserves mondiales de schistes bitumineux de 2 800 à 3 100 milliards de barils de pétrole potentiellement exploitables. Ces données sont fréquemment reprises, notamment par les sociétés productrices comme Enefit(6). Elles ont été réévaluées à la baisse en 2010 par l'AIE qui a estimé que près de 1 000 milliards de barils pourraient être récupérables sur l'équivalent approximatif de 5 000 milliards de barils de schistes bitumineux présents dans le sous-sol. A titre de comparaison, l’ensemble des réserves prouvées de pétrole dans le monde à fin 2012 s’élève à environ 1 669 milliards de barils(7).

Zone de présence ou d'application

Selon les estimations actuelles, la grande majorité des réserves de schistes bitumineux seraient présentes aux États-Unis (jusqu'à 1 500 milliards de barils selon l'EIA américaine). Cependant les tentatives pour exploiter ces réserves depuis plus d'un siècle y ont pour l'instant, connu des résultats limités. 

On trouve les plus grandes réserves du monde aux États-Unis dans la formation de Green River qui couvre une partie du Colorado, de l'Utah et du Wyoming. 

Les autres pays dont les réserves estimées sont les plus importantes dans le monde sont, dans l'ordre : la Chine, la Russie, le Brésil, le Maroc, la Jordanie, l'Australie, l'Estonie et le Canada.

Passé et présent

L’industrie des schistes bitumineux est antérieure à celle du pétrole. La propriété des schistes de donner de l’huile par pyrolyse (anciennement « distillation sèche ») a été signalée par le chimiste Laurent dans une communication faite à l’académie des Sciences en 1830. La première distillerie de schistes en France s’est implantée en Saône-et-Loire (à Igornay) en 1838. L’huile obtenue était utilisée pour fabriquer du gaz d’éclairage.

Les différents chocs pétroliers ont initié puis dynamisé ponctuellement l’exploitation des schistes bitumineux. Plus récemment, c’est la hausse du prix du baril de 2004 à 2008 qui a relancé l’intérêt pour cette ressource non conventionnelle. Cependant l’industrie reste aujourd’hui encore jeune et peu mature.

Futur

Face à une forte volatilité du prix du baril et une diminution des découvertes de champs classiques de pétrole, les groupes pétroliers se tournent vers des sources non-conventionnelles. Aux côtés des sables bitumineux et de l’offshore profond, les schistes bitumineux bien que relativement peu connus sont de plus en plus convoités.

Le nombre croissant d’acteurs se positionnant sur des projets d’exploitation laisse augurer un développement important de ces schistes. Les nouvelles technologies et la hausse probable du prix du brut devraient pouvoir aider l’industrie des schistes bitumineux à se développer de manière à ce que son activité soit rentable. Les États-Unis pourraient exploiter des ressources de manière significative afin de conforter leur place parmi les acteurs principaux de la production pétrolière mondiale.