La consommation de pétrole ne cesse de croitre pour répondre à la demande croissante en énergie. Les pétroles non conventionnels, en particulier les plus lourds et visqueux d’entre eux, vont jouer un rôle de plus en plus significatif. Ces huiles lourdes et bitume représentent actuellement des volumes en place très importants mais leur part dans la production mondiale de pétrole reste encore modeste. Celle-ci devrait progresser sensiblement avec la réalisation des nombreux projets en cours actuellement au Canada et au Venezuela. Les prévisions de production à 2030 sont de 20 % de la production mondiale, mais restent fortement tributaires de l’évolution des techniques d’une part, et des contraintes environnementales de l’autre. Difficiles à produire, les huiles lourdes et bitume mettent en jeu des chaînes technologiques complexes et coûteuses, très gourmandes en énergie et en eau.

Actuellement, sur les sites d’exploitation, les techniques employées sont de deux types: exploitation minière pour des dépôts de surface ou jusqu’à 80 m de profondeur, et exploitation in situ, par voie thermique, chimique ou par combustion in situ pour des dépôts se trouvant au-dessous de 80 m de profondeur. Les procédés thermiques sont actuellement en pleine expansion, tout particulièrement le procédé SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage), qui fait appel à deux puits horizontaux parallèles forés dans la partie basse du réservoir. La vapeur est injectée par le puits supérieur et l’huile est produite par le puits inférieur. La vapeur injectée accroît la température dans le matériau immédiatement en contact, fluidisant et mettant en mouvement le bitume. La différence de densité entre la vapeur et l’huile lourde permet à cette dernière de s’écouler par gravité vers le puits inférieur. La vapeur chaude remplace l’huile déplacée et vient de nouveau en contact avec la formation froide. La chambre de vapeur croit ainsi au cours de l’exploitation, verticalement et horizontalement.

L’injection de vapeur soumet les roches réservoirs (sables bitumineux non consolidés ou faiblement consolidés) ainsi que la couverture à une élévation de température (jusqu’à 280°C). L’apport de fluide chaud augmente la pression de pore, dilate le squelette rocheux et le fluide interstitiel, et modifie les propriétés mécaniques des constituants avec des effets combinés complexes. Le champ de contrainte in situ va être modifié pouvant amener des ruptures en cisaillement ou des fracturations hydrauliques dans le réservoir ou la couverture, ce qui est particulièrement important pour les champs peu profonds.

Des acquisitions de sismique 3D répétées dans le temps (i.e. la sismique 4D) permettent globalement de suivre des modifications des propriétés acoustiques interprétées comme liées au développement de la chambre de vapeur. Actuellement, la connaissance des effets de l’injection de vapeur, notamment de l’élévation de température sur les propriétés mécaniques et pétroacoustiques tant dans les sables bitumineux que dans les argiles de couverture est encore parcellaire et les données expérimentales sont extrêmement rares.

A l’heure actuelle, la production de bruts lourds est encore très faible puisque seulement 1 % des ressources estimées a déjà été produit dans le monde. En 2001, la production de bruts lourds était de 5,2 millions de barils par jour, et d’après www.ccfc-francecanada.com/Presentation_Weymuller.pdf, on a besoin d’envions 50 millions de barils par jour  pour satisfaire la demande mondiale.

Près de 90 % des gisements mondiaux de bruts lourds se trouvent au Canada (Alberta) et au Vénézuéla (Ceinture de l’Orénoque). Les bruts non conventionnels du Canada sont principalement des bitumes, tandis qu’au Vénézuéla ce sont essentiellement des huiles lourdes ou des huiles extra-lourdes. Les gisements bitumineux d’Alberta sont les plus importants du monde, avec une quantité comparable aux réserves de bruts conventionnels d’Arabie Saoudite. Les dépôts bitumineux sont presque entièrement situés dans trois régions principales de la province d’Alberta: Athabasca, Cold Lake et Peace River . Les dépôts se situent à des profondeurs croissantes vers le Sud-ouest: 300 m dans la région d’Athabasca, 400 m dans celle de Cold Lake et enfin 500 m dans celle de Peace River.

La description générale de l’histoire géologique de l’Alberta est bien documentée dans la bibliographie (Mossop, 1980; Kosar, 1989; NEB, 2000; Chapman, 2008; Hein et Marsh, 2008; Blaizot, 2008; Mathieu, 2008). On n’en présente ici que les éléments principaux.

Les bruts non conventionnels d’Alberta ont été découverts dans des formations se trouvant à faible profondeur. Ces hydrocarbures, à l’origine légers et mobiles, ont été générés dans des formations beaucoup plus profondes que les réservoirs actuels. Ils ont ensuite subi une très longue migration du Sud-ouest de l’Alberta vers le Nord-est. Ensuite, sous l’influence de différents mécanismes complexes (biologiques, chimiques et physiques, etc.) les bruts légers se sont transformés en bruts de plus en plus lourds.