CONTRIBUTION A LA VALORISATION DE L’HUILE LOURDE BRUTE

BIBLIOGRAPHIE SUR LES HUILES LOURDES BRUTES

        Deux grands pays effectuent déjà des travaux sur les huiles lourdes brutes en vue d’extraire du pétrole et du bitume pur : c’est le CANADA et le VENEZUELA. Au Canada, il existe déjà l’extraction des huiles lourdes du Bassin de l’Orénoque ou des hydrocarbures des sables bitumineux profonds de l’Alberta. Ces gisements ont été exploités depuis longtemps et leur extraction se fait soit par pompage, soit par injection d’eau chaude. Ce sont les champs de Joslyn et de Northern Lights en partenariat avec le champ de Surmont. Les gisements les plus proches de la surface peuvent être exploités par mine à ciel ouvert. Mais cette voie n’est plus opérante quand les gisements se font plus profonds. Des méthodes dites thermiques, doivent alors être appliquées pour permettre de faire remonter par des puits jusqu’à la surface, les bitumes fluidifiés par d’énormes quantités de vapeur injectée dans les réservoirs. Développé par étapes, par injection et par extraction thermique, le champ de Surmont produit actuellement 27 000 barils par jour, verra sa production portée à 100 000 barils par jours dans une seconde phase, pour atteindre 400 000 barils par jour à terme. Au Venezuela, les huiles lourdes sont extraites par injection de solvants, ensuite les hydrocarbures lourds seront séparés ultérieurement. Les gigantesques réserves de bruts extra-lourds de la ceinture de l’Orénoque, au Venezuela sont exploitées par PetroCedeño (anciennement Total-Sincor) depuis les années 90. Bien que très visqueux, les hydrocarbures de ce gisement, plus chaud que les réservoirs canadiens, sont suffisamment mobiles pour être pompés par de longs puits horizontaux. L’injection d’un diluant dans les puits permet d’atteindre des productivités satisfaisantes et a porté les volumes de production à quelque 200 000 barils par jour. Ces productions de bruts passeront ensuite sur des raffineries industrielles pour être transformées en bitume industriel ou en brut synthétique léger. Cette opération s’effectue par une gigantesque unité de conversion, dite « upgrader », qui est un véritable concentré de technologies et d’investissement. Donc c’est déjà transformé en bitume industriel ou en brut synthétique léger que l’on utilise ces productions dans le monde entier. Comme au Canada et de même au Venezuela, les travaux effectués sont donc l’extraction de ces huiles lourdes brutes pour obtenir des bitumes industriels en vue de l’utilisation en revêtement routier. Mais à notre connaissance et à notre avis, aucun travail scientifique ne fait mention de l’utilisation directe des huiles lourdes brutes dans le revêtement routier. [I.3] –– [I.5] –– [I.7] – [I.8] – [I.9] – [I.10] – [I.11] – [I.12] – [I.13] Le site de Tsimiroro (Ouest de Madagascar) est un important gisement d’huile lourde appartenant au bassin de Morondava, à l’ouest de Madagascar. Le site de Tsimiroro est situé au sud du gisement de Bemolanga et au sud de la ville de Morafenobe. (Le plan de situation et les détails sur ce gisement sont consignés en Annexe 1). Tsimiroro est estimé contenir au moins 1.7 milliard de barils de pétrole lourd et de l’huile lourde. Suivant les dernières estimations, la production de Tsimiroro pourrait atteindre en moyenne 87 500 barils par jour pendant une période allant de 40 ans à 45 ans. Le mode d’extraction se fait par injection de vapeur d’eau dite « Méthode thermique ». D’après les recherches bibliographiques effectuées, il n’y a pas encore de documents ou de publications qui font apparaître les caractéristiques chimiques et physiques des « huiles lourdes brutes » sur leur utilisation directe en tant que revêtement routier. Les études antérieures effectuées par J. METZGER et E. RAVELOSON sur des différents échantillons d’hydrocarbures lourds de Tsimiroro en vue d’une extraction pour obtenir du pétrole ont montré que diverses familles d’hydrocarbures ont été trouvées : saturés, aromatiques, polaires, asphaltes. [I.17] – [I.18] – [I.19] A notre avis, aucun travail scientifique ne fait mention de l’utilisation directe des huiles lourdes brutes en tant que revêtement routier.

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES BITUMES ROUTIERS

a) Généralités : Le bitume est une substance composée d’un mélange d’hydrocarbures, très visqueuse (voire solide) à la température ambiante et de couleur noire. Connu depuis la plus haute Antiquité sous forme naturelle, il provient, de nos jours, presque exclusivement de la distillation des pétroles bruts. Dans le langage courant, on le confond souvent avec le goudron d’origine houillère, ou avec l’asphalte dont il n’est qu’un composant. Plus généralement, le bitume désigne tout mélange d’hydrocarbures extraits du pétrole par fractionnement qui, sous forme pâteuse ou solide, est liquéfiable à chaud et adhère sur les supports sur lesquels on l’applique. Les bitumes sont généralement dérivés des pétroles bruts, notamment de bruts à résidus lourds. On trouve également du bitume à l’état naturel, en tant que résidu de l’évaporation et de l’oxydation du pétrole liquide (en Californie, au Canada, en Chine, en Russie, en Suisse, à Trinité-et-Tobago, au Venezuela et au Moyen Orient). Les bitumes ne sont pas volatils à température ambiante et se fluidifient progressivement quand ils sont chauffés. Le bitume est un matériau caractérisé par une sensibilité thermique élevée. A température ambiante et jusqu’à environ 70 ° C, le comportement est viscoélastique. Au-delà de cette température, la transition se produit et le bitume entre progressivement dans une phase liquide, plus malléable. Les enrobés bitumineux ou béton bitumineux employés pour les revêtements routiers sont obtenus généralement en chauffant et séchant des pierres concassées calibrées (granit, calcaire, etc.), du sable et un filler (fines), puis en les mélangeant à des bitumes préalablement chauffés. Le mélange doit être maintenu à une certaine température (> 130°C) lors de son application sur la chaussée. [I.21] – [I.22] Bitume naturel d’extraction de carrière : Le bitume existe à l’état naturel sous forme de résidu d’anciens gisements de pétrole dont les éléments les plus légers ont été éliminés au cours du temps par une sorte de distillation naturelle (les éléments légers étant très volatils à température ambiante). Extraits soit à ciel ouvert, les gisements se présentent alors comme de véritables lacs. Le bitume peut aussi se présenter sous forme de filons en sous-sol. Bitume brut dérivé du pétrole : Les bruts à bitume sont des bruts lourds venant du Venezuela (Boscan, Bachaquero, Lagunillas et Tia Juana) ou du Moyen Orient (Safani et Kuwait). Ces bitumes comprennent les bitumes purs normalisés (norme NF EN 12591) et les bitumes spéciaux divisés en bitumes de grade « dur » (NF EN 13924) et en bitumes à susceptibilité améliorée. Bitume fluidifié : Un bitume fluidifié, ou cut back, est un bitume dont on a réduit la viscosité en lui ajoutant un « diluant assez volatil » : (du pétrole ou du kérosène par exemple). Bitume fluxé : Un bitume fluxé est un bitume dont la viscosité a été réduite par l’ajout d’une huile de fluxage.
b) Paramètres physiques du bitume routier : Les bitumes routiers sont classifiés selon un essai de qualification. Les bitumes purs et les bitumes routiers durs sont classés à l’aide de l’essai de pénétrabilité à l’aiguille, les bitumes industriels durs et les bitumes oxydés avec l’essai de Point de ramollissement bille et anneau, les bitumes fluidifiés et les bitumes fluxés selon leur pseudoviscosité mesurée au viscosimètre. [I.34] – [I.20] – [I.35] – [I.36] – [I.37]

FRACTIONNEMENT PAR CHROMATOGRAPHIE LIQUIDE  D’ABSORPTION PREPARATIVE

      La chromatographie liquide d’adsorption est une méthode qui permet de séparer de façon analytique ou préparative un produit pétrolier en diverses familles définies en général comme saturés, aromatiques, résines ou polaires. Les asphaltènes étant déjà éliminés à l’état d’insoluble pour l’hexane (HI), seule la fraction soluble à l’hexane (HS) a été traitée selon cette méthode. Le schéma de l’American Petroleum Institute défini selon Jewell et celui de la Gulf Research and Development Company en chromatographie liquide à haute performance (HPLC) sont les plus importants. L’utilisation d’une silice greffée a permis ultérieurement une amélioration de cette technique de séparation. Le bitume est dissout dans un égal volume de benzène. Puis on ajoute une quantité de npentane égale à quatre fois le volume de benzène pour précipiter les asphaltènes. Le passage à reflux du filtrat sur un système d’absorption rempli d’attapulgite permet de séparer les saturés et aromatiques des résines, ces derniers étant élués avec du méthyléthylcétone et du tétrahydrofurane. Les saturés et les aromatiques sont séparés sur une colonne d’alumine et de gel de silice, après élution avec du n-pentane et du benzène respectivement. L’échantillon désasphalté est chromatographié sur colonne Whatman en verre (L = 1m, d = 1.5 cm) rempli d’un gel de silice (70 à 230 mesh ASTM, Kieselgel 60 Merck) activée à 200°C pendant deux heures. Après sélection des différents solvants, la fraction saturée est éluée à l’hexane, la fraction aromatique à l’isopropanol et la fraction polaire avec un mélange chloroforme-méthanol, 70/30 en volume. – [I.28]

PREPARATION ET CONSERVATION DES ECHANTILLONS DE LABORATOIRE ET DES ECHANTILLONS D’ESSAI

      Prélever l’échantillon de laboratoire conformément à l’EN 58, en prenant toutes les précautions nécessaires et en s’assurant que l’échantillon est représentatif du laboratoire où il a été prélevé. Chauffer les deux anneaux de laiton, mais pas la plaque de coulage, à environ 90 °C au-dessus de la température de ramollissement attendue, et les placer sur la plaque de coulage préalablement enduite avec l’agent antiadhésif. Verser une quantité légèrement excédentaire de bitume chauffé dans chacun des anneaux, puis laisser les échantillons refroidir à l’air ambiant pendant au moins 30 min. Pour les produits qui sont mous à température ambiante, laisser l’échantillon refroidir pendant au moins 30 min à une température inférieure d’au moins 10 °C à la température de ramollissement attendue. L’essai doit être terminé dans un délai d’au plus 4 h à partir du coulage des échantillons d’essai. Quand les échantillons sont refroidis, enlever l’excédent de liant avec une lame chauffée, pour que chaque échantillon d’essai soit de niveau et affleure au rebord supérieur de son anneau. . [II.11] – [II.12] – [II.13]-[II.14]

SUR LA ROUTE DES HYDROCARBURES ANTANANARIVO

       Des productions d’enrobés bitumineux à froid ont été réalisées sur le chantier de réhabilitation des Routes des hydrocarbures à Ankorondrano (entre Jesosy Mamonjy et Rond Point ExSTEDIC) en 2010, réalisées par l’Entreprise SMATP pour la réalisation des points à temps. Le bitume utilisé était de la classe 50/70 provenant du Moyen Orient. Les gravillons proviennent du concassage de gravité de la carrière d’Ivato ayant un coefficient Los Angeles de 35 et un coefficient MDE de 21 sur la classe 6/10. La formulation retenue pour le béton bitumineux à froid 0/10 était de :
– Sable de concassage 0/4 = 46.8 %
– Concassé 4/6 = 23.4 %
– Concassé 6/10 : = 23.4 %
Le pourcentage en bitume résiduel obtenu était de 6.40 % (pourcentage exprimé par rapport aux granulats)

SUR LA ROUTE DES HYDROCARBURES (ANTANANARIVO)

        Des productions d’enrobés bitumineux à chaud ont été réalisées sur le chantier de réhabilitation de la route des hydrocarbures à Ankorondrano (entre Jesosy Mamonjy et le rond point vers ex-STEDIC) en 2010 . Ces productions ont été effectuées par l’Entreprise SMATP (Goupe CNCTP-Chine) pour la réalisation des revêtements bitumineux. Le bitume utilisé était de la classe 50/70 provenant du Moyen Orient. Les gravillons proviennent du concassage de gravité de la carrière d’Ivato-Antananarivo, ayant un coefficient Los Angeles de 35 et un coefficient MDE de 21 sur la classe 6/10. La formulation retenue pour le béton bitumineux à chaud 0/10 était de :
– Sable de concassage 0/4 = 46.8 %
– Concassé 4/6 = 23.4 %
– Concassé 6/10 : = 23.4 %
Le pourcentage en bitume résiduel obtenu était de 6.40 % (pourcentage exprimé par rapport aux granulats)

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : BIBLIOGRAPHIE SUR L’HUILE LOURDE BRUTE ET LES BITUMES ROUTIERS
A. BIBLIOGRAPHIE SUR LES HUILES LOURDES BRUTES
B. BIBLIOGRAPHIE SUR LES BITUMES ROUTIERS
1. LES CARACTERISTIQUES CHIMIQUES DES BITUMES ROUTIERS
2. LES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DES BITUMES ROUTIERS
3. LES REVETEMENTS ROUTIERS
C. ETUDE SUR LA VALORISATION DES GRES BITUMINEUX DE BEMOLANGA ET DES HUILES LOURDES DE TSIMIRORO EFFECTUEES PAR J. METZEGER ET E. RAVELOSON
1. L’EXTRACTION AVEC n-PARAFFINES
2. LE FRACTIONNEMENT PAR CHROMATOGRAPHIE LIQUIDE D’ADSORPTION PREPARATIVE
3. ETUDE DES PARAFFINES PAR CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE
4. CONCLUSION
D. CONCLUSIONS BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre II : NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX SUR L’ETUDE COMPARATIVE DES « BITUMES » EXTRAITS DE L’HUILE LOURDE BRUTE DE TSIMIRORO ET DES BITUMES IMPORTES
A. ECHANTILLONNAGE
1. BITUMES D’IMPORTATION
2. HUILES LOURDES BRUTES DE TSIMIRORO
B. ETUDE COMPARATIVE DE LA COMPOSITION CHIMIQUE A PARTIR DES ESSAIS AU FLUORESCENCE X
1. CARACTERISTIQUES PAR SPECTROMETRIE DE FLUORESCENCE X
2. NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX
C. ETUDE COMPARATIVE A PARTIR DES ESSAIS D’ADHESIVITE PASSIVE PAR LA METHODE D’IMMERSION DANS L’EAU
1. GENERALITES
2. APPAREILLAGE
3. PRISE D’ECHANTILLON
4. PREPARATION DES MATERIAUX SOUMIS A L’ESSAI
5. EXECUTION DE L’ESSAI
6. NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX
D. DETERMINATION DE LA CLASSE DES BITUMES A PARTIR DES ESSAIS DE PENETRATION A L’AIGUILLE
1. DOMAINE D’APPLICATION
2. PRINCIPES
3. APPAREILLAGE
4. ECHANTILLONNAGE
5. EXECUTION DE L’ESSAI
6. DETERMINATION DE PENETRABILITE
7. NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX
E. ETUDE COMPARTIVE A PARTIR DE LA DETERMINATION DE LA TEMPERTURE DE RAMOLLISSEMENT DES BITUMES 
1. DOMAINE D’APPLICATION
2. PRODUITS ET REACTIFS
3. APPAREILLAGE
4. PREPARTION ET CONSERVATION DES ECHANTILLONS DE LABORATOIRE ET DES ECHANTILLONS D’ESSAI
5. EXECUTION DE L’ESSAI
6. NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX
F. ETUDE COMPARATIVE A PARTIR DE LA DETERMINATION DE LA VISCOSITE
1. DOMAINE D’APPLICATION
2. PRINCIPE
3. APPAREILLAGE
4. EXECUTION DE L’ESSAI
5. NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX
G. ETUDE COMPARATIVE A PARTIR DES ESSAIS DE PERTE AU CHAUFFAGE
1. DEFINITION
2. PRINCIPE
3. APPAREILLAGE
4. PREPARATION DE L’ECHANTILLON
5. EXECUTION DE L’ESSAI
6. NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX
H. ETUDE COMPARATIVE A PARTIR DE LA MESURE DU PH
1. PRINCIPE
2. NOS RESULTAS EXPERIMENTAUX
I. ETUDE COMPARATIVE A PARTIR DES ESSAIS DE COMPORTEMENT SUR DIVERS MILIEUX (ACIDE OU BASIQUE) : EFFETS DE L’ADHESIVITE ET DE LA PENETRATION
1. EFFET DU pH DE L’EAU SUR L’ADHESIVITE
2. EFFET DU pH DE L’EAUS SUR LA PENETRATION A L’AIGUILLE J. RECAPITULATION DE NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX
CHAPITRE III : NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX SUR LES REVETEMENTS ROUTIERS EN ENDUITS SUPERFICIELS AVEC L’HUILE LOURDE BRUTE DE TSIMIRORO
A. LOCALISATION GEOGRAPHIQUE
B. SUPPORT DES ENDUITS SUPERFICIELS 
C. PROTOCOLE DE MISE EN ŒUVRE DES ENDUITS SUPERFICIELS AVEC L’HUILE LOURDE BRUTE
1. LES REVETEMENTS ROUTIERS EN ENDUITS SUPERFICIELS
2. ENDUIT SUPERFICIEL MONOCOUCHE
3. ENDUIT SUPERFICIEL BICOUCHE
D. RESULTATS OBTENUS
E. CONCLUSIONS
CHAPITRE IV : PROTOCOLE D’ELABORATION EN LABORATOIRE DES ENROBES/HUILES LOURDES BRUTES DE TSIMIRORO/A FROID
A. PARAMETRES DES ENROBES A FROID
B. PROTOCOLE D’ELABORATION DES ENROBES/HUILE LOURDE BRUTE DE TSIMIRORO/A FROID EN LABORATOIRE
CHAPITRE V : NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX SUR LES REVETEMENTS ROUTIERS EN ENROBE/HUILE LOURDE BRUTE DE TSIMIRORO/A FROID à AMBATOMEANA : Mars 2009 – Méthode mécanisée
A. LOCALISATION GEOGRAPHIQUE
B. SUPPORT DES ENROBES/HUILES LOURDES/ A FROID A AMBATOMENA
1. ETUDE DU TRAFIC
2. ETUDE DES MATERIAUX ET HYPOTHESES DE BASE
3. DIMENSIONNEMENT DE CHAUSSEE
C. PROTOCOLE DE MISE EN ŒUVRE DE L’ENROBE/HUILE LOURDE BRUTE DE TSIMIRORO/A FROID
D. NOS RESULTATS OBTENUS SUR L’ENROBE/HUILE LOURDE/A FROID A AMBATOMENA
E. CONCLUSION
CHAPITRE VI : NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX SUR LES REVETEMENTS ROUTIERS EN ENROBE/HUILE LOURDE BRUTE DE TSIMIRORO/A FROID à AMBOSITRA et FANDRIANA : Novembre 2010 – Méthode HIMO
A. LOCALISATION GEOGRAPHIQUE
1. AMBOSITRA (ROUTE VERS IMADY)
2. FANDRIANA (BOUCLE DU MARCHE)
B. SUPPORTS DES ENROBES/HUILES LOURDES/A FROID A AMBOSITRA ET FANDRIANA
1. AMBOSITRA (ROUTE VERS IMADY)
2. FANDRIANA (BOUCLE DU MARCHE)
C. PROTOCOLE DE MISE EN ŒUVRE DE L’ENROBE/HUILE LOURDE DE TSIMIRORO/A FROID
D. NOS RESULTATS OBTENUS SUR LES ENROBES/HUILE LOURDE BRUTE/A FROID A AMBOSITRA ET A FANDRIANA
E. CONCLUSION
CHAPITRE VII : NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX SUR LES REVETEMENTS ROUTIERS EN ENROBE/BITUMES IMPORTES/A FROID
A. LOCALISATION GEOGRAPHIQUE
1. LA RN35 : MAHABO-MORONDAVA
2. LA ROUTE DES HYDROCARBURES (ANTANANARIVO)
B. SUPPORT DESENROBES/BITUMINEUX : RN35 ET ROUTE DES HYDROCARBURES
1. LA RN35 : MAHABO-MORONDAVA
2. LA ROUTE DES HYDROCARBURES (ANTANANARIVO)
C. PARAMETRES DES ENROBES/BITUMES IMPORTES/A FROID
D. PROTOCOLE DE MISE EN ŒUVRE DESENROBES/BITUMES IMPORTES/A FROID
1. LA RN35 : MAHABO-MORONDAVA
2. LA ROUTE DES HYDROCARBURES (ANTANANARIVO)
3. TECHNIQUE DE FABRICATION ET DE MISE EN ŒUVRE
E. NOS RESULTATS OBTENUS SUR LES ENROBES/BITUMES IMPORTES/A FROID
CHAPITRE VIII : NOS RESULTATS EXPERIMENTAUX SUR LES REVETEMENTS ROUTIERS EN ENROBES/BITUMES IMPORTES/A CHAUD
A. LOCALISATIONS GEOGRAPHIQUES
1. LA RN35 : MAHABO-MORONDAVA
2. LA ROUTE DES HYDROCARBURES (ANTANANARIVO)
B. SUPPORT DES ENROBES/BITUMINEUX : RN35 ET ROUTE DES HYDROCARBURES
1. LA RN35 : MAHABO-MORONDAVA
2. LA ROUTE DES HYDROCARBURES (ANTANANARIVO)
C. PARAMETRES DES ENROBES BITUMINEUX A CHAUD
D. PROTOCOLE DE MISE EN ŒUVRE DES ENROBES/BITUMES IMPORTES/A CHAUD
1. LA RN35 : MAHABO-MORONDAVA
2. LA ROUTE DES HYDROCARBURES (ANTANANARIVO)
3. TECHNIQUE DE FABRICATION ET MISE EN ŒUVRE
E. NOS RESULTATS OBTENUS SUR LES ENROBES/BITUMES IMPORTES/A CHAUD
CHAPITRE IX : ETUDE COMPARTIVE DES PERFORMANCES MECANIQUES ET DES COUTS SUR LES ENROBES/HUILES LOURDES/A FROID PAR RAPPORT AUX ENROBES/BITUMES IMPORTES
A. COMPARAISON DES PERFORMANCES PHYSICOMECANIQUES
1. COMPARAISON DES PERFORMANCES DE L’ENROBE/HUILE LOURDE/A FROID PAR RAPPORT AUX ENROBES/BITUMES IMPORTES/A FROID
2. COMPARAISON DES PERFORMANCES DE L’ENROBE/HUILE LOURDE/A FROID PAR RAPPORT AUX ENROBES/BITUMES IMPORTES/A CHAUD
B. COMPARAISON DES COUTS
1. COMPARAISON DES COUTS L’HUILE LOURDE BRUTE DE TSIMIRORO PAR RAPPORT AUX BITUMES PURS IMPORTES
2. COMPARAISON DES COUTS DE L’ENROBE/HUILE LOURDE BRUTE DE TSIMIRORO/A FROID PAR RAPPORT AUX ENROBES/BITUMES IMPORTES/A FROID ET A CHAUD
C. COMPARAISON DES QUALITES ET DES PERFORMANCES MECANIQUES PAR RAPPORT AUX COUTS
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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