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Pour le géologue, les asphaltes naturels (ou bitumes naturels) sont des pétroles extra-lourds de consistance très visqueuse à solide. Ces pétroles ultra-lourds proviennent de kérogène dégradé par la chaleur et ayant migré à partir d'une roche-mère vers une roche-réservoir plus poreuse. On les trouve piégés dans des matrices sableuses (sables bitumineux) ou des matrices calcaires (calcaires asphaltiques ou bitumineux créés à la suite de la compression conjointe de ces deux matériaux au cours du temps par des couches supérieures ; le calcaire est alors imprégné à cœur par le bitume (environ 12 % de bitume). Cette roche est actuellement exploitée sous forme de poudre que l'on incorpore à d'autres formules, à partir de mines ou d'affleurements de surface.

Près de la surface, au contact de l'eau et de l'oxygène qu'elle apporte et via les colonies bactériennes qui s'y développent, le pétrole subit une lente dégradation chimique et biochimique, plus rapide sur les zones d'affleurements de réservoirs, ou en présence de failles ou de zones d'érosion qui auraient exposé une roche riche en pétrole à des conditions permettant sa dégradation. Par rapport au pétrole, les asphaltes contiennent moins d'alcanes, ont perdu une partie des cyclanes et des hydrocarbures aromatiques de bas poids moléculaire. Ils sont donc proportionnellement plus riches en résines et asphaltènes. Ils sont souvent enrichis en soufre, azote et métaux lourds (dont nickel et vanadium) et donc source de pollution en cas de combustion.

En tant qu'hydrocarbures, les asphaltes sont trop pâteux pour être extraits par les techniques pétrolières classiques. Des techniques minières classiques (carrière) sont utilisées ou des procédés (polluants et coûteux en énergie) visant à liquéfier les hydrocarbures par traitement thermique (eau chaude ou vapeur surchauffée avec produits chimiques).