Recherche sur le pétrole brut

De : Transports Canada

Cette page contient les résumés des projets de recherche du programme du transport des marchandises dangereuses sur le pétrole brut.

Sur cette page

Résumé – Calcul de la toxicité par inhalation de pétrole brut – 1 septembre 2022

Le pétrole brut est un liquide inflammable qui est extrait de la terre. Ses propriétés varient selon le lieu et la date où il a été extrait. Il peut contenir des quantités mesurables de composants toxiques, dont on sait qu'ils peuvent nuire aux êtres vivants lorsqu'ils sont inspirés. La Loi sur le transport des marchandises dangereuses et son Règlement régissent la façon dont le pétrole brut est transporté au Canada.

Le pétrole brut est considéré comme un liquide inflammable de classe 3 et classé comme UN1267 PÉTROLE BRUT. Mais un pétrole brut qui contient des composants toxiques peut devoir être classé comme UN 3494 PÉTROLE BRUT ACIDE, INFLAMMABLE, TOXIQUE, qui est une marchandise dangereuse de classe 3, classe subsidiaire 6.1.

Cette recherche explique :

  • comment mesurer les parties toxiques de la vapeur au-dessus d'un échantillon de pétrole brut liquide;
  • comment estimer la toxicité par inhalation du pétrole brut en utilisant un calcul tiré de l'article 2.34 de la du Règlement sur le transport des marchandises dangereuses.

En savoir plus

TP : TP15460E
ISBN : 978-0-660-36841-2
Catalogue : T86-10/1-2020E-PDF

Résumé - Modélisation numérique d’incendies de déversements de pétrole brut : rapport de validation - 28 mars 2022

Transports Canada (TC) veut savoir comment les wagons-citernes se comportent en cas d’incendie de pétrole brut, mais les essais d’incendie à l’échelle réelle sont coûteux et nécessitent beaucoup de temps. C’est pourquoi TC s’est associé au Conseil national de recherches Canada (CNRC) pour examiner la possibilité d’utiliser plutôt des modèles numériques.

Cette étude avait pour objectif de valider un concept voulant qu’il soit possible d’obtenir des données sur les incendies d’autres pétroles bruts et sur des feux en nappe plus importants sans procéder à des essais d’incendie à l’échelle réelle. La modélisation numérique a permis de simuler de petits essais d’incendie réalisés en 2015 et 2016.

Tout d’abord, le CNRC a évalué deux (2) programmes de modélisation couramment utilisés, soit :

  • Open Field Operation and Manipulation (OpenFOAM);
  • Fire Dynamics Simulator (FDS)

Des modèles initiaux ont été créés, testés et publiés.

À la suite de cette étape, TC a décidé de mettre à l’essai les deux (2) programmes de modélisation et de se fonder sur leurs résultats pour décider quel programme répondait le mieux à ses objectifs.

Le rapport complet décrit comment le CNRC a modélisé les essais d’incendie de pétrole brut à l’aide des deux programmes de modélisation. On y compare les résultats des essais réels et ceux des modèles numériques.

Résultats de recherche

Forces

  • Il est possible de prédire le comportement d’un incendie de pétrole brut avec des données limitées comme la profondeur et la température du pétrole dans le déversement, et une version simplifiée de la composition chimique du pétrole brut.
  • Les modèles pourraient reproduire certains résultats d’essais d’incendie (tels que le débit thermique, la température des flammes et le pouvoir émissif de la flamme par unité de surface) dans une étendue considérée comme étant une différence acceptable dans la recherche sur les incendies en raison de la nature fluctuante des feux en nappe.

Faiblesses

  • Les modèles doivent faire l’objet de recherches supplémentaires afin de prédire la quantité de suie produite et la vitesse de combustion. À l’heure actuelle, ces quantités sont saisies manuellement à partir de tests d’incendie plutôt que d’être prédites.
  • Des tests en laboratoire à petite échelle sont nécessaires pour obtenir des données permettant de simuler des pétroles pour lesquels on ne dispose pas déjà suffisamment de données issues de travaux antérieurs.

Renseignements supplémentaires

Auteurs : I. Gomaa, N. Elsagan, D. Duong et Y. Ko (CNRC)

TP : TP 15471
ISSN: 978-0-660-38586-0
Numéro: T44-3/21-2021E-PDF

Résumé – Wagons-citernes exposés à un incendie : Analyse détaillée des données expérimentales de Sandia sur les incendies de pétrole brut – 1 mars 2022

Si des wagons-citernes transportant du pétrole brut sont impliqués dans un accident, il arrive qu’un incendie s’ensuive. Pour savoir comment les wagons-citernes se comporteraient en cas d’incendie, nous devons comprendre les façons dont les différents pétroles bruts brûlent et à quelle vitesse le pétrole dans un wagon-citerne se réchauffe.

Entre 2017 et 2019, le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) et Transports Canada ont réalisé trois (3) séries d’expériences de feu en nappe aux Sandia National Laboratories. Au cours de cette étude, l’équipe du laboratoire a brûlé et analysé trois combustibles différents, soit :

  • l’heptane;
  • le pétrole brut de Bakken;
  • le bitume dilué (dilbit).

Ces expériences visaient à comprendre comment différents pétroles bruts brûlent, et à quelle vitesse le pétrole d’un wagon-citerne se réchauffe lorsqu’il est exposé au feu.

Cette première étude a été publiée le 24 mars 2021. Elle renferme des renseignements clés et le contexte de la présente étude.

Les expériences de Sandia ont produit beaucoup de données, et nous voulions vérifier de manière indépendante les résultats du premier rapport. Les objectifs du présent projet consistaient à :

  • revoir le premier rapport et à corriger les calculs, au besoin;
  • analyser plus en détail le comportement de combustion des combustibles testés;
  • comparer les feux en nappe produits par différents combustibles entre eux et avec ceux produits dans le cadre d’autres expériences aux contextes similaires.

Nous avons constaté que dans la première étude, des durées différentes ont été utilisées pour calculer la moyenne des données mesurées. Cette façon de faire rendait difficile la comparaison directe des essais. Pour corriger la situation, le CNRC a recalculé les moyennes en utilisant la même durée pour la série 1 (essais avec l’heptane) et la série 2 (essais avec le pétrole brut de Bakken).

Nous n’avons trouvé que de petites différences (moins de 10 %) entre les deux (2) séries de données. Toutefois, il existait une différence notable allant jusqu’à 40 % dans les valeurs du flux thermique sur les thermomètres à flamme directionnelle. La méthode du CNRC pour calculer la moyenne temporelle de la série 3 (essais avec le dilbit) tient compte du comportement de combustion instable du dilbit, ce qui n’était pas le cas dans le premier rapport.

Comme l’approche du CNRC est plus affinée, on devrait utiliser ses données au lieu de celles présentées dans le premier rapport, si possible.

Nous avons également analysé comment différents combustibles ont brûlé dans les feux en nappe au fil du temps. Les pétroles bruts sont des mélanges de parties légères et lourdes du pétrole. Les parties légères brûlent facilement à des températures de combustible plus basses (inférieures à 150 ⁰C). Ces feux dégagent beaucoup de chaleur et brûlent beaucoup de combustible, mais créent moins de suie et moins de chaleur par rayonnement vers le wagon-citerne.

Les parties plus lourdes du pétrole brut ont besoin de beaucoup d’énergie pour se décomposer en parties plus fines et plus légères (température du combustible supérieure à 350 ⁰C). Ces parties plus légères brûlent pendant quelques secondes seulement et dégagent beaucoup de chaleur en se consumant. Selon la composition du combustible ou du pétrole brut, le feu en nappe brûle en « phases » en fonction de la présence de ces parties légères et lourdes.

Nous avons également examiné comment les feux en nappe se comparent les uns aux autres. Étant une matière pure très légère, l’heptane produit un feu très régulier avec un débit thermique élevé, un taux de combustion élevé, des flammes hautes et très peu de suie. Les feux de combustibles plus lourds, comme le Bakken et le dilbit, dégagent moins de chaleur, mais atteignent des températures plus élevées, brûlent plus lentement, génèrent des flammes moins hautes et produisent beaucoup plus de suie.

Nous avons aussi comparé les expériences de feu en nappe à des expériences similaires. Les feux en nappe de pétrole brut se sont comportés de manière similaire lorsque nous avons comparé un feu en nappe de deux (2) mètres de diamètre à un feu en nappe de cinq (5) mètres de diamètre. Nous avons également constaté que d’autres types de combustibles (le pétrole brut de la réserve stratégique américaine de pétrole et le Jet A) semblaient suivre les mêmes tendances que celles observées dans cette étude.

Renseignements supplémentaires

Lire un résumé du rapport : Résumé de recherche - Wagons-citernes exposés à un incendie : Analyse détaillée des données expérimentales de Sandia sur les incendies de pétrole brut

Lire un résumé du rapport complet

TP : TP 15480E
Numéro de Catalogue : T44-3/23-2021E-PDF
ISBN : 978-0-660-39618-7

Résumé : Modélisation du transfert de chaleur, de la réaction du chargement et de la décompression des wagons-citernes de pétrole brut lors d’un incendie – 14 decembre 2021

Lors d’un incident où il y a présence d’un wagon-citerne transportant du pétrole brut, celui-ci risque d’être exposé au feu pendant de nombreuses heures. Transports Canada a commandé cette étude pour répondre à deux questions sur ce type de scénario :

  • Comment se comporte le pétrole brut lorsqu’il se trouve à l’intérieur d’un wagon-citerne exposé à un feu de nappe?
  • Quels facteurs (comme le type de pétrole brut ou le niveau de remplissage de la citerne) sont importants lorsque nous modélisons ces incidents ?

Nous avons utilisé un logiciel de modélisation pour simuler différents scénarios d’incident d’un wagon-citerne transportant du pétrole brut, soit :

  • le logiciel ANSYS pour faire de la dynamique des fluides computationnelle (mathématiques complexes) afin de modéliser la façon dont la chaleur se transfère entre un incendie et une citerne remplie de pétrole brut;
  • le logiciel Aspen HYSYS pour simuler la façon dont une citerne remplie de pétrole brut se comporterait en cas d’incendie.

Nous avons créé un modèle pour simuler la nature complexe du pétrole brut. Il englobe la façon dont le transfert de chaleur a lieu, les propriétés du pétrole brut qui dépendent de la température et de la pression, les réactions chimiques et la mise à l’air attribuable à la surpression, et la façon dont tous ces éléments évoluent au fil du temps au cours d’un feu de nappe.

Les principaux résultats que nous avons étudiés sont la rapidité à laquelle une citerne se réchauffe, et la rapidité à laquelle elle se pressurise et entraîne la mise à l’air de son contenu.

Transports Canada utilisera ces données pour déterminer la façon dont un modèle détaillé se compare à un modèle plus simple et convivial pour évaluer le comportement des wagons-citernes transportant du pétrole brut durant un incendie. Nous utiliserons également ces résultats pour examiner le comportement de la structure d’un wagon-citerne lorsqu’elle est exposée à un incendie.

Ce travail a été effectué par le centre CANMETÉnergie (Ottawa) de Ressources naturelles Canada à l’aide de tests, de modélisation et de validation de nos modèles. Nous avons également reçu l’aide de la Federal Railroad Administration du ministère des Transports des États-Unis.

Résultats de recherche

Voici ce que nous avons constaté :

  • La majeure partie de la chaleur que la citerne absorbe provient de la chaleur radiative de l’incendie.
  • Au début, le pétrole brut à l’intérieur d’un wagon-citerne se réchauffe par convection (chaleur transférée par le mouvement du liquide). Ce transfert de chaleur est affecté par le degré de viscosité (épaisseur) du pétrole. Les bruts légers sont moins visqueux (plus fins) et se réchauffent plus rapidement que les bruts plus lourds.
  • L’espace vapeur (espace vide en haut de la citerne) est plus chaud que l’espace liquide à l’intérieur. Cela signifie que le métal de la citerne qui touche l’espace vapeur devient beaucoup plus chaud que le reste de la citerne.
  • Les wagons-citernes avec protection thermique se réchauffent beaucoup plus lentement que ceux sans protection thermique.
  • Les condensats ont une plage de points d’ébullition très étroite. Ils peuvent donc entraîner une détente explosive des vapeurs d’un liquide en ébullition (BLEVE), alors que ce n’est pas le cas pour les pétroles bruts.

Les facteurs qui ont un impact majeur sur le comportement d’un wagon-citerne au cours d’un feu de nappe sont les suivants :

  • La protection thermique: Si un wagon-citerne est doté d’une protection thermique, le pétrole brut à l’intérieur de la citerne se réchauffera beaucoup plus lentement.
  • Le type de pétrole brut: Les pétroles bruts légers chauffent plus rapidement, mais ils se vaporisent rapidement, mettent la citerne sous pression et s’échappent de la citerne. La température à l’intérieur de la citerne reste ainsi plus basse. Les bruts plus lourds atteignent des températures plus élevées et y demeurent parce qu’ils prennent plus de temps à s’échapper de la citerne.
  • Le niveau de remplissage: Une citerne moins pleine est plus sûre en cas d’incendie qu’un wagon-citerne très plein. L’espace vide permet au liquide de se dilater lorsqu’il est chauffé par le feu, et la surpression de la citerne prend alors plus de temps. Comme le liquide absorbe et stocke la chaleur de l’incendie, moins de chaleur s’accumulera à l’intérieur d’une citerne dont le niveau de remplissage est plus bas. 
  • Les caractéristiques du feu: Il est très important de connaître la température du feu de nappe lors d’un incident pour prévoir le comportement du wagon-citerne.

L’orientation d’un wagon-citerne après un incident et les soupapes de décharge partiellement bloquées ne semblent pas avoir d’incidence sur le comportement d’un wagon-citerne exposé à un feu de nappe. Les soupapes de décharge peuvent maintenir une pression sécuritaire au sein de la citerne dans la plupart des cas, sauf lorsque la soupape est complètement bloquée. Dans le cas d’un wagon-citerne qui se renverse à un angle allant de 45⁰ à 120⁰, bien qu’une pression sécuritaire soit maintenue, il y a une mise à l’aire du pétrole brut liquide, et cela peut augmenter l’ampleur d’un incendie existant près de la citerne.

Renseignements supplémentaires

Lire un résumé du rapport : Résumé de recherche – Modélisation du transfert de chaleur, de la réaction du chargement et de la décompression des wagons-citernes de pétrole brut lors d’un incendie

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TP: TP 15499E
ISBN : 978-0-660-40730-2
Catalogue : T44-3/26-2021E-PDF

Résumé – Échantillonnage et analyse du pétrole brut : L’incidence des propriétés du pétrole brut sur ses propriétés d’inflammabilité – 31 mars 2021

Le pétrole brut est un liquide inflammable d’origine naturelle. Ses propriétés varient selon le lieu et la date de son extraction. Il peut également contenir des quantités mesurables de sulfure d’hydrogène, un gaz toxique. La Loi sur le transport des marchandises dangereuses et son Règlement réglementent le transport du pétrole brut au Canada.

Le transport de pétrole brut par train a augmenté au cours des dernières années. Ces envois se font souvent à l’aide de longs trains de wagons-citernes de pétrole brut. Certains trains ont déraillé par le passé. Ces déraillements peuvent causer des incendies et les wagons intacts, remplis de pétrole brut, peuvent être soumis à des températures élevées pour de longues périodes, ce qui peut causer des écoulements de vapeurs inflammables, des feux en nappe de pétrole brut et des explosions due à l’expansion des vapeurs d’un liquide en ébullition.

La Direction générale du transport de marchandises dangereuses de Transports Canada a demandé cet échantillonnage et cette analyse du pétrole brut. Ce projet comportait les quatre (4) principaux objectifs suivants :

  1. Ajouter des échantillons au répertoire des propriétés mesurées du pétrole brut de la direction générale;
  2. En apprendre davantage sur le lien entre l’inflammabilité du pétrole brut et ses autres propriétés;
  3. Prédire l’inflammabilité en fonction des autres propriétés physiques et chimiques; et
  4. Comprendre la façon dont les groupes d’emballage ou les types de pétrole brut s’harmonisent aux propriétés mesurées.

Nous avons recueilli 25 échantillons de pétrole brut provenant de l’Ouest canadien. Un statisticien a veillé à ce que ces échantillons représentent les différents types de pétrole brut qui sont transportés par voie terrestre au Canada. Nous avons analysé ces échantillons afin d’en mesurer les propriétés, telles que :

  • la densité;
  • la pression de la vapeur;
  • le point initial d’ébullition;
  • la composition du liquide; et
  • la composition de la vapeur.

À l’aide de nombreux outils d’analyse statistique, un statisticien a combiné et analysé les résultats de cette campagne d’échantillonnage avec ceux des campagnes d’échantillonnage ultérieures de la direction générale. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec InnoTech Alberta. Ce rapport n’établit pas de lien direct entre les propriétés du pétrole brut et le comportement du feu.

Résultats de la recherche

  • Il y a des liens statistiques entre les propriétés inflammables du pétrole brut et les autres propriétés du pétrole brut;
  • Les pétroles bruts plus denses ou plus visqueux sont plus susceptibles d’avoir un pouvoir calorifique plus bas et un point initial d’ébullition plus élevé;
  • Des modèles ont été élaborés afin de prédire les propriétés d’inflammabilité à partir des autres propriétés du pétrole brut;
  • Le pouvoir calorifique brut est beaucoup plus prévisible que le point initial d’ébullition;
  • La concentration de sulfure d’hydrogène (H2S) en phase gazeuse est très peu prévisible; et
  • La densité du pétrole brut est une propriété importante de l’analyse, ce qui signifie que les pétroles bruts ayant une densité similaire sont plus susceptibles d’être similaires sous d’autres formes.

Renseignements supplémentaires

Consultez le résumé : Résumé de recherche – Incidence des propriétés du pétrole brut sur les propriétés d’inflammabilité

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TP : TP 15460 E

ISBN : 978-0-660-36841-2

Catalogue : T86-10/1-2020E-PDF

Résumé – Des wagons-citernes exposés au feu : Analyse des conditions thermiques dans un wagon prisonnier d’un incendie de pétrole brut (tests de la série 1 à 3) – 24 mars 2021

Si des wagons-citernes transportant du pétrole brut ont un accident, il arrive qu’un incendie s’ensuive. Afin de comprendre comment les wagons-citernes se comporteront en cas d’incendie, nous devons comprendre comment les différents pétroles bruts brûlent et à quelle vitesse le pétrole dans un wagon-citerne se réchauffe.

En 2015, Transports Canada (TC) s’est associé au Conseil national de la recherche du Canada (CNRC) pour étudier les feux en nappe de pétrole brut. Puis, en 2016, en raison des exigences relatives aux installations d’essai, TC et le CNRC ont choisi les Sandia National Laboratories comme lieu de réalisation des tests à Albuquerque, au Nouveau-Mexique, aux États-Unis. Pour les tests, nous avons créé des feux de nappes dont le diamètre était de deux (2) mètres. Nous avons examiné comment le feu chauffait un objet, et comment les variations (comme le type d’huile, la température, la quantité de combustible ou la hauteur de l’objet) affectaient les résultats.

Dans cette étude, Sandia National Laboratories a analysé et brûlé trois (3) combustibles différents :

  • heptane
  • Pétrole brut de Bakken
  • bitume dilué (dilbit)

Nous avons choisi ces carburants parce que le pétrole brut de Bakken et le dilbit sont tous deux transportés au Canada, et parce qu’ils font partie des pétroles bruts les plus et les moins denses qui transitent par le Canada. L’heptane est une substance pure et a été utilisé dans la première série de tests comme « témoin » pour nous aider à comparer les résultats, car elle est largement disponible et bien étudiée.

Afin de mesurer comment un feu peut chauffer un objet, nous avons mis au point un outil spécial appelé calorimètre. Cet outil est un cylindre et possède des dispositifs de mesure de la température (thermocouples) placés à différents points à l’extérieur et à l’intérieur du cylindre, qui nous permettent de mesurer les différences de température entre ces deux zones.

Le calorimètre a été construit de manière à représenter un wagon-citerne et il était 10 fois plus petit qu’un véritable wagon-citerne. Nous avons également utilisé d’autres outils pour mesurer les propriétés des flammes afin de déterminer la quantité de chaleur dégagée par le feu.

Pour chaque combustible à base de pétrole brut, nous avons examiné différentes modalités de test et avons modifié ces aspects d’un test à l’autre :

  • à quelle hauteur au-dessus du combustible nous avons placé le calorimètre
  • si le calorimètre a été utilisé ou non
  • si un flux constant de combustible a été ou non introduit dans le réservoir
  • les différences de température du combustible d’alimentation (20°C ou 60°C)

L’étude a montré que le pétrole brut de Bakken et l’heptane brûlaient de façon constante et que cette combustion était facile à mesurer et à analyser. Le dilbit a brûlé de manière instable, ce qui est dû à sa teneur élevée en hydrocarbures lourds par rapport aux deux autres combustibles testés.

Le calorimètre a absorbé plus de chaleur du pétrole brut de Bakken et du dilbit, même si le feu d’heptane a brûlé plus fort. La suie produite par la combustion d’un pétrole plus « sale » a fait en sorte que le calorimètre a absorbé plus de chaleur.

Nous avons constaté que la modification des différents aspects énumérés ci-dessus avait peu d’effet sur les résultats des tests. L’heptane et le pétrole brut de Bakken brûlent 10 % plus vite lorsque le carburant est réchauffé. Les tests de dilbit étaient difficiles à comparer aux autres combustibles, car le feu brûlait de manière instable.

Tous ces renseignements sont disponibles dans le rapport complet du CNRC. Il comprend également les rapports de Sandia National Laboratories sur les tests d’incendie et leur analyse de la composition du pétrole brut.

Renseignements supplémentaires

Consultez le résumé : Wagons-citernes exposés à des incendies : Analyses expérimentales des conditions thermiques imposées à un wagon enveloppé d’un incendie de pétrole brut

Rapport complet : Wagons-citernes exposés à des incendies : Analyses expérimentales des conditions thermiques imposées à un wagon enveloppé d’un incendie de pétrole brut

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TP : TP 15465
ISBN : 978-0-660-37228-0
Catalogue : T86-69/2021E-PDF

Résumé – Rapport final sur le pétrole brut d'équation – 18 octobre 2019

Une quantité croissante de pétrole brut est transportée par voie ferroviaire, et l'on cherche de plus en plus à comprendre les risques associés à ce type de transport.

En cas d'accident ferroviaire, les wagons-citernes transportant du pétrole brut peuvent être exposés à des températures extrêmes propices aux incendies pendant de longues périodes de temps. Parce que la composition du pétrole brut peut différer considérablement, il est difficile de prédire comment il se comportera en cas d'accident. Autre complication : les wagons-citernes sont dotés de dispositifs de décharge de la pression, ce qui peut permettre à une partie du pétrole brut de s'échapper (s'évacuer). L'évacuation peut changer le pétrole brut qui se trouve toujours à l'intérieur du wagon-citerne.

La Direction générale du transport des marchandises dangereuses a demandé la présente étude qui contient deux objectifs clés :

  1. Mieux comprendre comment se comporte le pétrole brut dans des conteneurs fermés (comme les wagons-citernes) exposés à des conditions propices aux incendies (jusqu'à 950 °C). Particulièrement, comprendre comment son comportement se modifie en raison de l'ébullition, de l'évacuation et des réactions chimiques.
  2. Concevoir un modèle informatique pouvant prédire les propriétés du pétrole brut à des températures élevées et comparer ces prédictions aux résultats des essais effectués en laboratoire.

Ce travail a été effectué en collaboration avec CanmetÉNERGIE, Ressources naturelles Canada.

Résultats de la recherche

  • Nous avons conçu un modèle informatique pouvant prédire les propriétés de divers types de pétrole brut à des températures élevées. Ce modèle initial a pu tenir compte de l'évacuation, mais pas des réactions chimiques.
  • En nous basant sur le modèle initial, nous avons ajouté certaines réactions chimiques pour créer un « modèle de réaction », lequel pourrait permettre de prédire les propriétés thermodynamiques et la composition du pétrole brut lors de la phase liquide et de la phase vapeur à haute température et à haute pression.
  • Nous avons testé trois types de pétrole brut à haute température et à haute pression dans un laboratoire. Leur façon de se comporter était très similaire à ce qu'avait prédit le modèle informatique.
  • Des études de cas effectuées avec ce modèle de réaction ont montré que le comportement du pétrole brut dans des conteneurs fermés était différent, quand des réactions chimiques étaient ajoutées. En raison de cela, la quantité de pétrole brut que peuvent évacuer les dispositifs de décharge de la pression diminue en fonction du type de pétrole brut.

Renseignements supplémentaires

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Résumé – Tâche 3 : Expériences de combustion et modélisation – 26 août 2019

Le département de l'Énergie (DOE) des États-Unis (É.-U.) a lancé une étude technique sur la caractérisation du pétrole brut en 2015, en collaboration avec le département des transports (DOT) des É.U. ainsi qu'avec les Sandia National Laboratories (SNL), qui agissent à titre de responsable technique.

Transports Canada collabore avec le DOE et le DOT des É.-U à cette recherche. Ensemble, ils évalueront si les pétroles bruts transportés en Amérique du Nord, y compris ceux produits à partir de formations « étanches », présentent des propriétés physiques ou chimiques et des propriétés de combustion distinctes des pétroles bruts classiques pendant le transport et la manutention.

Le rapport SAND2019-9189, publié en août 2019, présente les résultats de la Tâche 3 : Expériences sur la combustion et modélisation, qui fait partie du plan global de recherche, d'échantillonnage, d'analyse et d'expérimentation (PDF, 286 ko disponible en anglais seulement) de SNL concernant les caractéristiques du pétrole brut. Vous pouvez accéder au rapport de la Tâche 3 à l'adresse suivante: https://www.osti.gov/biblio/1557808 (disponible en anglais seulement).

Le rapport décrit une étude expérimentale des caractéristiques physiques, chimiques et de combustion de certains pétroles bruts nord-américains et la façon dont ces caractéristiques sont associées aux distances de risque thermique résultant de feux en nappe et de boules de feu.

L'émergence d'importants volumes de pétrole de réservoirs étanches dans le réseau de transport nord-américain au cours de la dernière décennie, conjuguée à plusieurs accidents ferroviaires très médiatisés impliquant du pétrole brut, a soulevé des questions sur le rôle des propriétés pétrolières en général, et du pétrole étanche en particulier, dans la gravité des risques liés aux incendies de pétrole brut.

Méthodes d'étude

L'objectif des expériences sur le feu en nappe était de mesurer les paramètres nécessaires à l'évaluation des dangers, à savoir la vitesse de combustion, le pouvoir émissif en surface, la hauteur des flammes et le flux de chaleur vers un objet englouti. Pour atteindre cet objectif, une série d'expériences, intérieures, de 2 m de diamètre et, extérieures, de 5 m de diamètre ont été réalisées.

L'objectif des expériences sur les boules de feu était de mesurer les paramètres nécessaires à l'évaluation des dangers, notamment le diamètre maximal des boules de feu, la hauteur au diamètre maximal, la durée et le pouvoir émissif en surface, en utilisant 400 gallons de pétrole brut par essai.

Les échantillons de pétrole brut utilisés pour les expériences ont été prélevés à plusieurs endroits aux États-Unis, notamment du pétrole étanche dans la région de Bakken, au Dakota du Nord et dans la région de Permian, au Texas, et dans une réserve de pétrole produite de façon conventionnelle à partir de la réserve stratégique de pétrole américaine. Ces échantillons couvraient une plage mesurable de pression de vapeur et de teneurs aux extrémités légères représentatives des pétroles bruts domestiques classiques et des pétroles étanches.

Résultats de recherche

Les résultats indiquent que tous les pétroles testés dans le cadre de l'étude présentent des distances de risque thermique comparables et que les propriétés mesurées sont conformes à celles d'autres hydrocarbures liquides à base d'alcane.

Si vous avez des questions ou des commentaires sur ce travail, n'hésitez pas à nous contacter.

Résumé – Brut lourd: échantillonnage fermé vs ouvert et effet sur la composition finale des fractions légères (C1 à C6) dans le temps – mars 2019

Transports Canada (TC) a étudié le pétrole brut lourd pour déterminer si un mode de prélèvement d’échantillons était supérieur à un autre pour le prélèvement d’échantillons de brut afin d’en analyser la composition.

Il existe plusieurs méthodes de prélèvement d’échantillons de pétrole brut sur le terrain. Lors de deux campagnes préalables d’échantillonnage et d’analyse, TC a utilisé un cylindre fermé contenant un piston mobile pour prélever du pétrole brut, mais la méthode présentait des difficultés pour certains pétroles bruts lourds en raison de leur forte viscosité.

Dans le cadre de notre étude la plus récente, nous avons voulu savoir si le prélèvement de pétroles bruts lourds par échantillonnage ouvert sous pression atmosphérique entraînait une perte significative des fractions légères des hydrocarbures (c.-à-d. les gaz hydrocarbures comme le méthane (C1) et le propane (C3)), par rapport à la méthode des cylindres fermés à piston mobile.

Nous avons présumé que les pétroles bruts lourds contiennent des traces de fractions légères. Par ailleurs, compte tenu de la viscosité du pétrole lourd, il risque d’être plus difficile aux fractions légères de se diffuser hors du pétrole brut. Aussi avons-nous présumé qu’il y aurait une perte négligeable de fractions légères, peu importe le mode d’échantillonnage utilisé.

Dans le cadre de l’étude, nous avons prélevé quatre pétroles bruts – trois lourds et un léger – en utilisant à la fois des méthodes ouvertes et fermées. Nous avons analysé les échantillons sur le plan des hydrocarbures des fractions légères (C1-C6) et de la rétention des fractions légères sur une période de quatre semaines. La comparaison des résultats obtenus de la semaine 0 à la semaine 4 a confirmé l’hypothèse selon laquelle, dans les échantillons de pétrole brut lourd, les fractions légères sont présentes en faible quantité et à l’état de traces et que la diffusion des fractions légères hors du pétrole brut lourd à la pression atmosphérique est minime.

Nous en avons déduit que, lorsque les échantillons sont manipulés et entreposés de la bonne manière, le prélèvement d’échantillons de brut lourd au moyen d’une méthode d’échantillonnage ouvert acceptable n’aboutit pas à une perte significative d’hydrocarbures des fractions légères par rapport à une méthode fermée.

Pour en apprendre plus

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TP: 1540SE

Numéro de Catalogue: T86-55/2018E-PDF

ISBN: 978-0-660-29113-0

Résumé – Examen de la littérature sur les méthodes d'échantillonnage et d’analyse du pétrole brut – 8 février 2017

Le programme sur le transport des marchandises dangereuses a demandé un examen de la littérature en vue de comparer les méthodes d’analyse et d’échantillonnage et leur pertinence pour divers types de pétrole brut canadien. À l’heure actuelle, on dénote des variations importantes dans le type de techniques d’analyse et d’échantillonnage utilisées pour la classification du pétrole brut avant son transport au Canada. Une méthode d’échantillonnage spécifique peut ne convenir qu’à certains types de pétrole brut et à certaines méthodes d’analyse. Du même coup, pour un examen analytique spécifique, il se peut qu’une méthode d’échantillonnage fonctionne mieux qu’une autre, selon le type de pétrole brut. Par conséquent, InnoTech Alberta, corporation provinciale de recherche, a entrepris ce projet. L’examen de la littérature a permis de conclure que l’échantillonnage de conteneurs découverts à la pression atmosphérique convient à l’échantillonnage de pétroles bruts inertes, de pétroles bruts lourds et aux méthodes d’échantillonnage pour lesquelles la perte de composants légers n’affecte pas la précision des techniques d’analyse. L’échantillonnage a l’état ferme doit être effectue lorsqu’il existe des préoccupations au sujet de la perte de composants volatils et de pétroles légers y compris des condensats, et du bitume dilue. En termes de méthodes d’essai, on privilégie celles qui permettent l’introduction directe de l’échantillon à partir d’un cylindre pressurise dans l’instrument (comme ASTM D8003) et qui éliminent les pertes attribuables à l’évaporation avant l’analyse.

Pour en savoir davantage

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Résumé – Tâche 2 : Évaluation des méthodes d’échantillonnage et d’analyse – 8 février 2017

En 2015, le département de l’Énergie (DOE) des États-Unis (É.-U.) a lancé une étude technique sur la caractérisation des pétroles bruts, en collaboration avec le département des transports (DOT) des É.-U. ainsi qu’avec les Sandia National Laboratories (SNL), qui agissent à titre de responsable technique. Transports Canada, le DOE et le DOT réalisent ensemble cette recherche. Ils évalueront si les pétroles bruts transportés en Amérique du Nord, notamment le pétrole de réservoirs étanches, possèdent des propriétés physiques ou chimiques et des propriétés de combustion qui les distinguent des bruts conventionnels, pendant le transport et la manutention.

Dans le Plan d’échantillonnage, d’analyse et d’expérimentation (PDF, 286 KO, en anglais seulement) relatif à la recherche approfondie des SNL sur les caractéristiques des pétroles bruts, des recommandations sont formulées sous forme de tâches distinctes. Ces tâches reflètent un besoin d’en apprendre plus, grâce à la recherche, sur les propriétés des pétroles bruts de réservoirs étanches, spécialement en ce qui concerne le transport de ces derniers et en comparaison avec les propriétés des pétroles bruts conventionnels.

La tâche 1, une revue de littérature intitulée « Examen et évaluation des données sur la caractérisation des nouveaux pétroles bruts », a déjà été complétée; TC n’a pas participé à cette tâche. Vous trouverez un rapport sur la tâche 1 en cliquant sur ce lien : http://prod.sandia.gov/techlib/access-control.cgi/2015/151823.pdf (PDF, 7.3 MO, en anglais seulement).

Le rapport SAND2017-12482 (publié en décembre 2017) présente les résultats de la tâche 2 : Évaluation des méthodes d’échantillonnage et d’analyse.

Cette tâche vise à déterminer les méthodes disponibles dans le commerce pour échantillonner des pétroles bruts et analyser leur pression de vapeur et leur composition, y compris en termes de gaz dissous, de façon exacte et reproductible. L’équipe de projet a sélectionné plusieurs méthodes d’échantillonnage et d’analyse, puis elle a comparé la performance de chacune de ces méthodes à celui d’un système de laboratoire mobile bien établi : le système d’instruments de base actuel du Programme sur la pression de vapeur des pétroles bruts de la réserve stratégique de pétrole des É.-U.

Plus précisément, à partir de deux échantillons de pétrole brut prélevés à deux endroits spécifiques aux É.-U., la matrice expérimentale a évalué la performance relative :

  1. à l’échantillonnage, au transport et à la livraison d’échantillons d’hydrocarbures liquides, du lieu d’échantillonnage au laboratoire d’analyse;
  2. à l’analyse des propriétés liées à la composition et à la volatilité du pétrole, notamment la pression de vapeur, le rapport gaz-pétrole, les gaz dissous et les hydrocarbures légers.

Se basant sur des données issues de la recherche, l’équipe de projet a conclu que plusieurs combinaisons de méthodes d’échantillonnage et d’analyse offraient une bonne performance. Toutefois, elle a également décelé certaines conditions qui requièrent un examen approfondi pour certaines applications.

Le rapport SAND2017-12482 a été révisé (juin 2018) et un nouveau rapport (SAND2018-5909) « Révision 1 – Échantillonnage en hiver » a été publié. Ce rapport incorpore des données saisonnières additionnelles et les résultats de l’analyse de la composition, lesquels sont disponibles depuis la publication du rapport précédent (SAND2017-12482) en décembre 2017.

Désormais, l’équipe de projet réutilisera les méthodes qui ont offert une bonne performance dans le cadre de la tâche 2 pour exécuter la :

  • tâche 3 (expériences de combustion et modélisation);
  • tâche 4 (analyse de la composition de nombreux types de pétrole).

Vous pouvez consulter le rapport original de la tâche 2 (rapport SAND2017-12482 publié en décembre 2017) au lien suivant : (https://www.osti.gov/scitech/biblio/1414422-doe-dot-crude-oil-characterization-research-study-task-test-report-evaluating-crude-oil-sampling-analysis-methods). (en anglais seulement)

Vous pouvez consulter la révision 1 du rapport de la tâche 2 (SAND2018-5909, juin 2018) à https://www.osti.gov/biblio/1458999-doe-dot-crude-oil-characterization-research-study-task-test-report-evaluating-crude-oil-sampling-analysis-methods (en anglais seulement)

Si vous avez des questions ou souhaitez transmettre des commentaires sur ces travaux, veuillez nous contacter.

Résumé - Échantillonnage et analyse du pétrole brut – Rapport final – 10 août 2015

Le déraillement survenu à Lac-Mégantic le 6 juillet 2013 ainsi que d'autres accidents survenus au Canada et aux États-Unis ont soulevé de nombreuses questions au sujet de la sécurité du transport du pétrole brut par train. Ils ont également mis l'accent sur la nécessité d'étudier davantage les propriétés et le comportement du pétrole brut.

Ce rapport décrit les tests que la Direction générale du transport des marchandises dangereuses a effectués pour évaluer la composition et les propriétés des pétroles bruts transportés par camion et par train au Canada. Nous avons :

  • vérifié l'applicabilité des exigences actuelles en matière de classification de la partie 2 du Règlement sur le transport des marchandises dangereuses qui visent la classe 3 (liquides inflammables) et la classe 2 (gaz).
  • évalué si le pétrole brut pouvait présenter d'autres dangers pendant le transport.

Méthodes d'étude

68 échantillons de pétrole brut ont été recueillis et analysés. Le pétrole brut était destiné au transport ferroviaire ou routier au Canada et représente un large éventail de pétroles bruts, des condensats au bitume, dans des conditions contrôlées. Nous avons également soumis les échantillons à divers essais, notamment :

  • Détermination du point d'éclair
  • Détermination du point initial d'ébullition (PIE)
  • Pression de vapeur Reid (PVR)
  • Pression de vapeur réelle
  • Analyse de la composition et rapport gaz/pétrole par chromatographie en phase gazeuse (CG)
  • Analyse du sulfure d'hydrogène (H2S) dans la phase vapeur et essai des gaz inflammables

Résultats de recherche

  • La méthode de CG a permis de déterminer les PIE et les résultats indiquent que 56 des 68 échantillons se situeraient dans le groupe d'emballage I, le groupe présentant le risque le plus élevé pour la classe 3 (liquides inflammables).
  • Les PIE déterminés par la méthode ASTM D86, une norme couramment utilisée pour déterminer le PIE des liquides inflammables, sont constamment plus élevés que ceux déterminés par CG.
  • Dans le rapport, il est recommandé d'utiliser la méthode où les données de GC tirées des deux normes ASTM (D 8003/ D7169) sont regroupées. Cette méthode est la plus exacte pour déterminer le PIE du pétrole brut contenant des fractions légères (méthane, éthane, propane et butane).
  • La plupart des valeurs de pression de vapeur réelle étaient supérieures à la pression atmosphérique (101 kPa) à 50 oC.
  • Les valeurs de pression de vapeur réelle étaient supérieures aux valeurs de PVR pour les échantillons de pétrole brut analysés par les deux méthodes.
  • D'après l'analyse de la composition, un échantillon de pétrole brut contenait assez de fractions légères pour entraîner une pression de vapeur réelle supérieure à 300 kPa à 50 oC, qui correspond à la définition d'un gaz dans le Règlement sur le TMD.
  • Les mesures de la phase vapeur du H2S se situent entre 0 et 65000 ppm, et 42 des 68 échantillons de pétrole ont des valeurs inférieures à 1000 ppm.

Nous avons effectué ces essais en collaboration avec Alberta Innovates – Technology Futures (AITF), société de recherche provinciale de l'Alberta.

Pour accompagner le rapport publié, les données recueillies sur le pétrole brut au cours de ce projet sont maintenant disponibles.

L'ensemble de données est présenté en format Microsoft Excel et contient les renseignements suivants sur les échantillons prélevés :

  • Région d'origine;
  • Type d'échantillon (p. ex. pétrole lourd, condensat, etc.);
  • Méthode d'échantillonnage (en milieu atmosphérique ou pressurisé);
  • Mode de transport en provenance et en direction des sites (par train, oléoduc ou camion);
  • Concentration de sulfure d'hydrogène (H2S) en phase vapeur (ppm);
  • Point d'éclair (°C);
  • Contenu en eau et en sédiment (%);
  • Densité (kg/m3);
  • Point initial d'ébullition (PIE) (°C);
  • Pression de vapeur de Reid (PVR) (kPa);
  • Pression de vapeur réelle (kPa);
  • Rapport gaz/pétrole (m3/m3);
  • Profil de distillation simulé; et
  • Analyse de la composition (%).

Note : L'ensemble de données ne précise pas le nom de la compagnie qui possède ou exploite les installations où nous avons prélevé les échantillons ni le lieu géographique exact de l'échantillonnage.

Pour en savoir davantage

Si vous désirez obtenir un exemplaire du rapport ou des données, veuillez nous contacter.

Contactez-nous

Courriel : TC.TDGScientificResearch-RecherchescientifiqueTMD.TC@tc.gc.ca.

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