La réponse au quiz de février 2012 : Au Canada, dans la province de l'Alberta, l’exploitation des sables bitumineux à Fort McMurray

Personne n’a trouvé la réponse au quiz du mois de février. Vous n’avez pas d’idée ? On a du pétrole, plus précisément le plus grand gisement de sables bitumineux connu.

L’image acquise par le satellite européen Envisat, montre le nord de l’Alberta au Canada, à Fort McMurray, au confluent des rivières Athabasca et Clearwater (souhaitons qu'elle le reste !). A l’est des montagnes rocheuses, c’est à environ 450 km au nord-est de la ville d’Edmonton, très au nord de Calgary. Au nord ouest, le parc national Wood Buffalo, au cœur de la forêt boréale canadienne, n’est pas loin. Au nord, on trouve Fort Chipewyan. Les deux grandes surfaces blanches sont, à l'ouest, le lac Claire (souhaitons qu'il le reste aussi !) et, à l'est, le lac Athabasca. A proximité, les anciennes mines d’uranium de Beaverlodge.

Extrait d’une image prise par le capteur MERIS du satellite européen Envisat le 10 avril 2008 à 16h52.
La résolution de l’image est légèrement réduite par rapport à l’image d’origine.
Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA).

Sur cette image, le contraste est frappant entre les traces de couleur sombre et la surface presque uniformément blanche des sols enneigés : il met évidence l’importante activité industrielle de la région : l’exploitation des sables bitumineux (ou sables pétrolifères). Au moment où commence la semaine du développement durable, quelques explications sur cette activité et cette source d’énergie, stratégique pour l’Alberta et le Canada mais à hauts risques pour l’environnement.

Ruée vers l’or noir dans la neige blanche

La possibilité d’extraire du pétrole à partir des sables bitumineux est à l’origine du développement économique de Fort McMurray. On parle de pétrole non conventionnel. Cette méthode d’extraction est plus complexe que l’extraction traditionnelle par forage mais, depuis le milieu des années 1990, les prix élevés du pétrole, liés à la demande soutenue et aux inquiétudes géopolitiques, la rendent très rentable.

Plusieurs entreprises minières exploitent ainsi les sables bitumineux d’Alberta. Les deux plus importantes sont les sociétés Syncrude et Suncor Energy (anciennement Great Canadian Oil Sands).

Les compagnies qui ont acquis des droits d’exploration et d’exploitation ne sont plus seulement canadiennes, comme c’était le cas au départ des compagnies Suncor, Syncrude et Albian, qui représentent encore plus de 58% de la production selon la Canadian Association of Petroleum Producers, 2005).

Le marché est également occupé par d’autres compagnies (EnCana, Conoco, Imperial Oil, Petro-Canada, etc.) ou par des filiales canadiennes de compagnies étrangères telles que Shell Canada, ExxonMobil, BP Energy, ou encore Total qui se partagent les 42% restants de la production. Les investissements se poursuivent : en août 2009, PetroChina a décidé de verser 2 milliards de dollars canadiens pour participer aux projets MacKay River et Dover, destinés à exploiter les sables bitumineux de l'Athabasca.

TransCanada a même proposé de construire un pipeline pour transporter directement le pétrole brut d’Athabasca vers les raffineries américaines.

Le boom démographique avec l’arrivée massive de nouveaux résidents a même entraîné des augmentations importantes des prix de l’immobilier.

Avec 30% du produit intérieur brut, les sables bitumineux d’Athabasca sont le secteur économique le plus important d’Alberta. En 2009 et 2010, les compagnies pétrolières ont versé 3 milliards de dollars au gouvernement de la province Canadienne.

Photographie d’une usine de traitement des sables bitumineux en bordure de la rivière Athabasca.
Crédit image : WWF

Sous la forêt boréale canadienne, le pétrole

C’est peu connu mais, grâce aux réserves de l’Athabasca, le Canada possède les 3^èmes réserves mondiales de pétrole (178 millliards de tonnes, presqu’exclusivement sous la forme de sables bitumineux) derrière le Venezuela (296,5 milliards) et l’Arabie Saoudite (264,6 milliards), devant l’irak, l’Iran, le Koweit. Le Canada est aussi devenu l’un des plus grands producteurs de pétrole du monde : il occupait en 2010 le 6^ème rang mondial avec 3,483 millions de barils par jour, derrière la Russie, l’Arabie Saoudite, les USA, l’Iran et la Chine. Depuis 1999, le Canada est le premier fournisseur des USA (122 milliards de dollars, 13% de la consommation de pétrole soit 9% de la demande d’énergie).

Les réserves de pétrole du Canada représenteraient plus de 1700 milliards de barils (un baril = 159 litres). Les réserves exploitables actuellement représentent 174 milliards de barils, soit 186 ans de production à un rythme de 2,5 millions de barils par jour ! On estime que 315 milliards seront à terme récupérables (source : Alberta Energy Resources and Conservation Board).

Le Canada, avec une production d’environ 190 milliards de mètres cube de gaz naturel par an, provenant en grande partie de l’Alberta occupe également le troisième rang des producteurs et le deuxième rang des exportateurs de gaz naturel dans le monde. En 2007, 13% de la consommation en gaz naturel du Canada était destiné à l’exploitation des sables bitumineux. Ou l'art de transformer le gar naturel en pétrole...

Les autres grands gisements connus sont dans le bassin du fleuve de l'Orénoque, au Venezuela et en russie en Sibérie orientale dans la région de l'Olenek et dans la région du Tatarstan (Volga-Oural).

Les sables bitumineux : les travaux d’Hercule avancent

Les sables bitumineux sont un mélange de bitume brut, une forme semi-solide de pétrole brut, de sable, d'argile minérale et d'eau. La profondeur des gisements varie entre 75 mètres (environ 20% du potentiel identifié à ce jour) et 750 mètres.

Le sable contient en moyenne moins de 12% de bitume. Il faut donc exploiter une quantité gigantesque de sables bitumineux, afin d’obtenir une quantité élevée de bitume : pour obtenir un seul baril (159 litres) de bitume, deux à quatre tonnes (selon les évaluations) de sables bitumineux sont nécessaires.

Ce rapport donne une idée des volumes de matériaux à manipuler pour la production. Jetez-un coup d’œil sur les galeries photos des principales compagnies (par exemple Suncor ou Syncrude) ou d’organisations de défense de l’environnement : des pelles mécanique colossales et des camions énormes, les impressionants CAT797 (près de 400 tonnes). Bonjour la galère pour changer un pneu !

Taille XXL : un camion utilisé pour l’exploitation des sables bitumineux. Crédit image : WWF

Sur un site de la société Syncrude : une pelle géante et un "petit" tracteur Caterpillar.
Crédit image : photo David Dodge, The Pembina Institute

Même si les industriels doivent remettre en état les terrains après l'exploitation, actuellement très peu de terrains sont considérés comme restaurés, en particulier pour des écosystèmes comme les tourbières qui ont mis des milliers d’années pour se former.

Digging and drilling : deux techniques d’exploitation des sables bitumineux

Les gisements de sables pétrolifères sont exploités selon deux procédés distincts:

L’extraction de surface : jusqu’à 75 m de profondeur (considérée comme le seuil de non rentabilité), l’exploitation est réalisée à ciel ouvert.

Les gisements se trouvent dans ce cas juste sous le sol sur lequel est implantée la forêt boréale, ou bien ils sont piégés par des schistes comme dans le cas des gisements de l’Athabasca. L’opération de récupération comprend plusieurs étapes au cours desquelles se succèdent la coupe de la végétation, le dégagement du sol (il doit normalement être réinstallé après), le dégagement des roches (le mort-terrain) et, enfin, la mise en exploitation des secteurs de sables entourés de bitume et d’eau.

Ensuite, les sables bitumineux sont transformés dans des usines de valorisation : le bitume est séparé de l’eau et du sable, puis converti en pétrole brut.

La récupération in situ permet de récupérer le bitume à plus grande profondeur. Elle devrait à terme, selon l’Office national de l’énergie canadien, contribuer à récupérer 80% de la totalité des sables bitumineux albertains. Des puits de forage servent à injecter l’eau chaude, la vapeur chauffée à 250°C et des solvants sous pression pour fluidifier les sables bitumineux trop visqueux.

Après récupération, le bitume est mélangé avec un diluant pour être transporté par conduite vers les marchés de raffinage, au Canada (Edmonton) et surtout aux Etats-Unis vers Denver et Chicago notamment.

En 2010, les mines à ciel ouvert ont produit 357 millions de barils de pétrole brut et celles in situ 190 millions de barils.

Ciel ouvert vu du ciel : photographie aérienne d'une mine à ciel ouvert. Crédit image : WWF

Un sablier qui fonctionne à l’envers et… il accélère !

Les images suivantes proviennent des satellites américains Landsat. Elles montrent le développement de l’exploitation des sables bitumineux d’Athabasca entre 1984 et 2011, avec les bassins de décantation (tailings ponds) de part et d’autre de la rivère Athabasca.

Quelques images extraites de la séries d’images acquises par les satellites Landsat entre 1984 et 2011
et publiées sur le site de la NASA. De gauche à droite et de haut en bas, la situation en 1984, 1990,
1996, 2001, 2006 et 2011.

Entre 1984 et 2000, la croissance de l’activité est lente. Le développement s’accélère ensuite. La mine visible en 1984 a été créée en 1967. Elle fait maintenant partie de la Millenium Mine. La seule nouvelle activité notable entre 1984 et 2000 est la Mildred Lake Mine dont la production démarre en 1996 à l’ouest de la rivière.

A partir de 2000, l’augmentation du prix du baril de pétrole rend l’exploitation des sables d’Alberta de plus en plu rentable. La Millenium Mine se développe à l’est de la rivière. Idem pour la mine Steepbank et la Mildred Lake Mine. Plus au nord, d’autres exploitations démarrent : en septembre 2011, les images permettent d’évaluer à 663 km² les sufaces exploitées, dans une zone de 4800 km2 environ.

En regardant les images de près (cliquer pour les voir en grande taille), on distingue également les motifs de damiers dans la forêt.

Les images illustrent également comment les sols sont restaurés : les grands bassins de décantation de la première mine ont été progressivement draînés et comblés. Par contre, l’image de 2011 ne permet pas de voir de végétation. L'activité minière dans la région d'Athabasca est également très visible sur les images radar, par exemple celle d'ASAR sur le satellite Envisat.

La production journalière est actuellement de 1,5 millions de barils et pourrait atteindre 3,7 millions voire 5 millions de barils par jour en 2025.

On est bien loin de l’époque où les indiens Chipewyans (Première Nation) de la rivière Athabasca utilisaient le bitume pour l’étanchéité de leurs canoës…

Les enjeux financiers de l’exploitation des sables bitumineux. Graphique extrait du rapport de la
Royal Society of Canada. "Values of Sales" correspond aux revenus des ventes (d'après le Canadian
Association of Petroleum  Producers -CAPP). "Net Value" calculée en soustrayant les coûts
d'exploitation et les royalties (source : Alberta Department of Energy).

L’impact environnemental de l’exploitation des sables bitumineux : la tête dans le sable ?

Trois impacts environnementaux au moins sont identifiés :

• La destruction ou la fragmentation de la forêt boréale.
• La pollution de l’eau et de l’air.
• Les émissions de gaz à effet de serre.

Dans les deux premiers cas, il y a un risque direct de perte de biodiversité voire de menace sur la santé humaine, même si les données statistiques existantes n’ont pas permis d’établir un lien formel.

Compte tenu des enjeux économiques pour la province d’Alberta et les industriels et de l’activité d’organisations de défense de l’environnement, il existe une multitude de documents et de rapports sur le sujet et il est très difficile se faire une opinion. Je m’appuie ici en particulier sur un rapport de la Royal Society of Canada (RSC dans la suite de ce texte) publié en décembre 2010 (si vous comprene l’anglais, je vous recommande ce rapport ou son résumé en français et sur d’autres articles parus dans des revues scientifiques.

La forêt boréale

En 1968, la plage était sous les pavés. Ici, c’est le bitume qui est sous la forêt… La région de Fort McMurray est recouverte par de vastes surfaces de forêt boréale. En cas de déboisement, la régnération naturelle est très lente, du fait de la rigueur du climat continental.

Le premier problème est la destruction de la forêt boréale : les parcelles exploitées à ciel ouvert doivent être rasées et leur sol éventré. L’exploitation in situ menace également la forêt boréale: la recherche des gisements par des méthodes sismique et les routes nécessaires à l’installation des puits et des réseaux de conduite entraînent des coupes dans la forêt. Même partielles, en transformant la forêt en damier, elles fragmentent l’écosystème.

Exemple de fragmentation de la forêt boréale dans le cas de l’exploitation in situ.
Crédit image : Photo Marc Huot, The Pembina Institute

Les risques de pollution de l’eau et l’impact sur la santé

Le problème vient de la très grande quantité d’eau nécessaire, en contact avec de substances polluantes ou toxiques hydrocarbures (acide naphténique, hydrocarbures aromatiques polycycliques, ...), xylène, benzène, métaux lourds (mercure, arsenic, ...).

Les eaux usées sont stockées dans de gigantesques bassins de rétention et de décantation situés près de la rivière Athabaska.

Plusieurs sources mentionnent le risque de pollution de l'eau ou de l'atmosphère. Un des points critiques concerne la solidité et l’étanchéité des digues des bassins de rétention, surplombant parfois la rivière. Par exemple, pour le bassin le plus ancien (Suncor Pond 1), la boue est retenue par une digue de sable compactée à 100 mètres au-dessus de la vallée.

Les industriels précisent que les relevés d’huile et de substances nocives (métaux lourds par exemple) sont dus à l’érosion naturelle par la rivière des sables bitumineux.

Des scientifiques estiment néanmoins qu’ « une activité minière aussi importante ne peut pas ne pas avoir d’effet sur l’environnement ».

Un article de la revue National Geographic rapporte l’émotion suscitée par le décès massif de canards sauvages ou d’oiseaux migrateurs. Pour le panel de la Royal Society of Canada (RSC), les incidents survenuys en avril 2008 et octobre 2010 montrent des déficiences sérieuses en matière de protection des oiseaux aquatiques. Quelques pathologies à Fort Chipewyan, par exemple des cholangiocarcinomes, une tumeur des voies biliaires, semblent avoir une fréquence au-dessus de la normale mais ce n’est pas encore démontré. Selon les conclusions du RSC, les méthodes épidémiologiques conventionnelles sont mal adaptées pour des régions avec d'aussi faibles densités d epopulations.

Les experts de la Société Royale du Canada estiment que les données disponibles ne mettent pas en évidence de menace pour la population :

« Il n’existe pas actuellement de preuve formelle que l’exposition de la population aux contaminants environnemrntaux résultant de l’exploitation des sables bitumineux puisse suffire à entraîner une augmentation des cas de cancer dans la région. il reste cependant essentiel de surveiller l’exposiotn à ces contaminants. »

Des conclusions similaires sont formulées pour la qualité des eaux de surfaces et la qualité de l’air ambiant, en insistant sur les limites des données disponibles et l’enjeu d’appliquer les légilsations en vigueur.

Le rapport indique que le développement rapide des mines rend difficile la gestion en matière d’environnement et de santé. Il souligne le manque de gestion coordonnée et intégrée ainsi que les lacunes dans la gestion des risques, en particulier les impacts cumulatifs, et la prévention des catastrophes ainsi que dans les systèmes de collecte d’information sur l’environnement et la santé (disponibilité, tranpasrence, etc.) :

« Les pouvoirs réglementaires des gouvernements de l’Alberta et du Canada ne semblent pas adaptés à l’expansion de l’industrie des sables bitumineux au cours des dix dernières années. Les évalautions environnementales présentent des lacunes importantes par rapport aux meilleures pratiques internationales. Il est crucial d’améliorer l’accès aux données environnementales permettant d’évaluer l’impact cumulatif des projets. »

De Fort Mc Murray à Kyoto : la question des émissions de gaz à effet de serre et la position du Canada dans les négociations internationales.

L’Alberta est la province du Canada qui émet le plus de gaz à effet de serre (près d’un tiers du total). De 1990 à 2004, la progression des émissions est deux fois supérieure à celle de l’Ontario.

Certaines études (par exemple celle d’Environnement Canada en 2006) estiment que, par unité de production, les émissions de gaz à effet de serre liées à l’exploitation des sables bitumineux sont environ cinq fois plus élevées que celles de la production de pétrole brut classique. D'où les doutes sur l'intérêt de consommer du gaz naturel pour transformer du sable en pétrole...

L’augmentation de l’exploitation des sables bitumineux met donc en cause les engagements internationaux du Canada : en ratifiant le Protocole de Kyoto, le Canada prenait l’engagement de réduire en 2012 ses émissions de gaz à effet de serre de 6% par rapport à 1990, l'année de référence. En 2002, ses émissions étaient supérieures de 24% à l'année de référence. Le 12 décembre 2011, au lendemain de la conférence de Durban sur les changements climatiques, le Canada est devenu le premier pays à annoncer son retrait du protocole de Kyoto…

C’est un dialogue de sourds entre les défenseurs du protocole de Kyoto qui protestent contre les effets économiques désastreux à l’échelle du Canada et de la planète, et les conservateurs menés par Stephen Harper qui dénoncent les effets économiques catastrophiques de l’application stricte du protocole de Kyoto.

Précurseur des politiques environnementales dans les années 1980-1990, le Canada pourrait devenir un des mauvais élèves de la lutte contre le changement climatique : dans le cadre de la révision de la directive sur la qualité de l'essence et des carburants diesel (Fuel Quality directive), l’Union européenne envisage de classer le pétrole provenant des sables bitumeux comme très néfaste pour le climat. En février 2012, la décision a été reportée : elle reviendra sur la table des 27 ministres de l’environnement en juin.

Publiée dans la revue Geophysical Research Letters en février 2012, une étude récente menée par l’équipe Chris McLinden (Environment Canada) à partir des données du capteur OMI (Ozone Monitoring Instrument) du satellite Aura de la NASA montre que les émissions de dioxyde d’azote (NO₂, à l’origine des pluies acides) ou de dioxyde de soufre (SO₂) dans la zone d’exploitation des sables bitumineux est comparable à une centrale thermique ou à une ville de taille moyenne.

Deux cartes de la concentration en dioxyde d’azote (NO2) au-dessus des principaux sites d’exploitation
des sables bitumineux le long de la rivière Athabasca (zone de 30 km par 50 km). A gauche, observation de
2005 à 2007. A droite, de 2008 à 2010. L’augmentation des émissions (10% entre 2005 et 2010) est
corrélée à l’activité des mines. Crédit image : cartes créées par la NASA (Jesse Allen) à partir de
données OMI fournies par Chris McLinden (Environment Canada) and Ronald van der A (KMNI).

A titre de comparaison, la carte suivante montre les mêmes émissions pour l’ouest du Canada et le nord des Etats-Unis.

Carte de la concentration en dioxyde d’azote (NO2) dans l’ouest du Canada et le nord des Etats-Unis.
Crédit image : carte créée par la NASA (Jesse Allen) à partir de données OMI fournies par
Chris McLinden (Environment Canada) and Ronald van der A (KMNI).

Pour finir, j'ai écrit plus haut que les mines de sables bitumineux de l'Athabasca étaient également bien visibles sur les images radar. En voici une exemple avec le radar ASAR du satellite européen Envisat :

Extrait d'une image du radar ASAR du satellite européen Envisat. Image acquise le 27 juillet 2010
à 17h40 UTC. Les zones sombres correspondent aux surfaces "lisses", ici les surfaces en eau.
Crédit image : ESA (Agence Spatiale Européenne)

Sources utilisées :

• Sur Wikipedia, la liste des pays par réserves de pétrole prouvées et celle des pays par production de pétrole.
• Dans le CIA World Factbook, la page sur l’économie du Canada.
• Sur le site du gouvernement du Canada, une page sur les relations entre le Canada et les Etats-Unis.
• Sur le site du gouvernement d’Alberta, le portail sur les sables bitumineux et la carte interactive.
• Sur le site du Oil sands Developers Group, une carte interactive de la région de l'Alberta.
• Le site du Pembina institute et sa page de ressources sur les sables bitumineux : www.oilsandswatch.org.
• Le rapport du panel d’experts de la Royal Society of Canada écrit sous la direction de P. Gosselin et publié en décembre 2010 : « Environmental and Health Impacts of Canada’s Oil Sands Industry » et son résumé en français.
• Dans la revue de l’American Geophysical Union (2012, February 22), un article sur la pollution liée à l’exploitation des sables bitumineux : « Oil sands pollution comparable to a large power plant »
• Dans la revue Geophysical Research Letters (2012, n°39), un papier sur l’évaluation de la qualité de l’air au-dessus des mines de sables bitumineux au Canada : « Air quality over the Canadian oil sands: A first assessment using satellite observations » (McLinden, C. A., V. Fioletov, K. F. Boersma, N. Krotkov, C. E. Sioris, J. P. Veefkind, and K. Yang)
• En anglais, un article de Bob Weinhold dans la revue « Environmental Health Perspectives » (National Institute of Environmental Health Science, mars 2011) : « Alberta’s Oil Sands: Hard Evidence, Missing Data, New Promises »
• Un document de Greepeace sur les projets de Total au Canada.
• Sur le site du WWF, une galerie de photographies sur les sables bitumineux de l’Alberta.
• Sur le site Euractive.com, un article intitulé "Le Canada menace l’UE à propos des sables bitumineux".

En savoir plus :

• Le site de la société Suncor,la galerie photos et les vidéos.
• La site de la société Syncrude et la galerie photos.
  
• Un reportage du National Geographic de mars 2009 qui décrit les conséquences de l'exploitation des sables bitumineux en Alberta et une série de photographies.
  
• Un reportage de "Découverte" sur Radio-Canada portant sur les sables bitumineux de l'Alberta.
• Sur flickr, les galeries photos de l’institut Pembina sur les sables bitumineux.
• Sur le site de la société altamira information, une description de l’utilisation de satellites radar pour la surveillance des réservoirs de sables bitumineux.
• Sur le site NASA Earth Observatory, un article intitulé « World of Change: Athabasca Oil Sands » avec la série d’images acquises par les satellites Landsat.
• La série d’images Landsat sous Google Earth (fichier kml).
• Un article du journal Le Monde sur les positions de pays de l'Union européenne sur les sables bitumineux.