Schiste bitumineux - Définition

Introduction

Schiste bitumineux.

Les schistes bitumineux (également appelés pyroschistes ou schistes kérobitumeux) sont des roches sédimentaires à grain fin, contenant des substances organiques, les kérogènes, en quantité suffisante pour fournir du pétrole et du gaz combustible. Leur nom prête à confusion, car en minéralogie ces roches ne sont pas des schistes.

L'administration américaine pour l'information sur l'énergie (United States Energy Information Administration) estime les réserves mondiales de schiste bitumineux à 2 800 à 3 100 milliards de barils de pétrole (450 à 520×10⁹ m³) potentiellement exploitables, dont 1 000 à 1 200 milliards de barils aux États-Unis. Cependant, les tentatives pour exploiter ces réserves ont cours depuis plus d'un siècle, et n'ont pour l'instant obtenu que des résultats limités. En effet, l’utilisation du kérogène en tant que substitut du pétrole brut nécessite un traitement plus long, ce qui en accroît le coût financier et environnemental.

Le kérogène présent dans les schistes bitumineux peut être converti en pétrole à travers le processus chimique de la pyrolyse. Si l’on chauffe le schiste bitumineux à une température suffisamment élevée (450 / 500°C) dans une enceinte privée d’air, la vapeur engendrée pourra être distillée en huile de schiste – une forme de pétrole non conventionnel – et en gaz. Les schistes bitumineux peuvent aussi être brûlés directement comme un combustible de basse qualité pour la production d'énergie et le chauffage, et peuvent être utilisés comme matériau de base dans les industries chimiques et les matériaux de construction.

L’augmentation du prix du baril et la recherche d’indépendance par rapport aux fournisseurs extérieurs d’énergie a attiré l’attention sur le schiste bitumineux en tant que ressource énergétique. Cependant, son exploitation et sa transformation soulèvent un certain nombre de préoccupations environnementales telles que l’utilisation du sol, l’élimination des déchets, l'utilisation de l'eau, la gestion des eaux usées, les émissions de gaz à effet de serre et la pollution atmosphérique.

L'Estonie, le Brésil, la Chine, l'Allemagne, la Russie et Israël utilisent les schistes bitumineux de nos jours.

C'est à la présence de bitume que les schistes bitumineux doivent l'odeur qui s'en dégage par frottement. C'est aussi à la présence du bitume qu'ils doivent leur couleur, de sorte que lorsqu'on les place dans un foyer ardent, le bitume fond et la roche, alors qu'elle était noire, en ressort blanche.

Géologie

Affleurement de schiste bitumineux de l'Ordovicien (kukersite), Nord de l'Estonie

Les schistes bitumineux sont une roche riche en substances organiques et appartenant au groupe des carburants sapropèles.

Il n’a pas de définition géologique propre, ni de formule chimique spécifique, et la qualification comme schiste bitumineux n'est pas rigoureuse. Les schistes bitumineux varient en effet 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.

Les schistes bitumineux diffèrent des roches bitumineuses (sables bitumineux et roches réservoirs pétrolifères), charbons humiques et schistes carbonés. Alors que les sables bitumineux proviennent de la biodégradation du pétrole, le kérogène contenu dans le schiste bitumineux n’a pas atteint une température et une pression suffisantes pour être transformé en pétrole.

Les schistes bitumineux contiennent un pourcentage moins élevé de matières organiques que le charbon. Sur l’échelle des schistes bitumineux, le ratio entre matières organiques et matières minérales s’établit entre 0,75/5 et 1,5/5. Mais cette matière organique présente un ratio d’atomes d’hydrogène rapportés aux atomes de carbone (H/C) environ 1,2 à 1,8 fois plus faible que le pétrole brut, et 1,5 à 3 fois plus élevé que le charbon.

Les composants organiques des schistes bitumineux dérivent d’une multitude d’organismes, tels que pollen, algues, spores, cuticules végétales, fragments de lièges de plantes herbacées et ligneuses et débris cellulaires d’autres plantes terrestres et aquatiques.

Certains dépôts contiennent des fossiles importants. Par exemple, le site fossilifère de Messel, en Allemagne, est inscrit au patrimoine mondial de l’UNESCO. Le contenu minéral du schiste bitumineux comprend de multiples silicates et carbonates.

Les géologues classifient les schistes bitumineux en fonction de leurs compositions : schistes riches en carbonate, schistes siliceux ou schistes carbonés.

Une autre classification, connue sous le nom de diagramme de van Krevelen, catalogue les types de kérogènes en fonction du contenu en hydrogène, carbone et oxygène de la matière organique constituant le schiste bitumineux. La classification la plus usitée a été développée entre 1987 et 1991 par Adrian C. Hutton de l’université de Wollongong en adaptant la terminologie de la pétrographie. Elle divise les schistes bitumineux entre « terrestres », « lacustres » et « marins » en fonction de l’environnement initial où s’est déposée la biomasse. Elle s’est avérée utile pour estimer le rendement et la composition de l’huile extraite.