Introduction aux Ressources minérales
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Introduction aux ressources minérales
Eric Marcoux
Professeur Université d’Orléans 2011/2012 [email protected]
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Introduction aux Ressources minérales
1 - Introduction : ressources minérales et vie quotidienne 2 - Différents types de ressources minérales
a) énergie b) minerais c) minéraux industriels d) matériaux de construction
3 - Avenir : pénurie ou opulence a) quelles réserves mondiales b) recyclage
4 - Eléments de synthèse
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1 - Introduction : Ressources minérales et vie quotidienne
Histoire humaine jalonnée par l’utilisation des matériaux minéraux : Paléolithique (-30 000 à -10 000 BC) , Néolithique (-
6 500 à -4 500 BC) âges du cuivre (- 5 000 à -2 600 BC), du bronze (
début vers -2 600 BC), du fer (vers -1 500 BC) fer devient prépondérant sur le bronze vers le 9ème
siècle avant JC
Aujourd’hui : pas de verre sans calcite ni quartz pas de vaisselle (même en carton) sans argile pas de sanitaire sans feldspath pas de voiture, de train, d’avion sans acier, cuivre,
plomb, soufre, aluminium… pas d’informatique sans quartz pas de cosmétique sans talc pas de frigo ni de climatisation sans fluorine pas de bière sans diatomite…
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une vie de consommateur…
343 kg Pb (batteries) 360 kg Zn (toitures…) 660 kg Cu (câbles…) 1 630 kg Al (électroménager, cannettes…) 12 043 kg argile (céramiques, briques…) 12 797 kg sel (alimentation, chimie…) 14 833 kg Fe (aciers…) 561 603 kg sable (constructions…)
270 tep (USA > 500 tep)
en pays industrialisé
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une maison de ressources minérales
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quelques minéraux de la maison
feldspaths : céramiques et émaux (sanitaires, vaisselle)
kaolinite : céramiques et émaux (sanitaires, vaisselle), papier
autres argiles : vaisselle, tuiles, carrelages, faïence, briques
quartz : vitres et verres, céramiques de table, plats à four
calcite : peintures, papiers, plastiques, cachets pharmaceutiques etc.
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ressources minérales et voiture voiture : plus de 80 ressources minérales véhicule classique (base : 1,3 t)
Fe (700 kg : 10 types d’aciers alliés), Cu (20 kg), Al (130 kg), Ni, Zn (15 kg), Cr, Pb (8 kg, batterie), Pt (pot d’échappement)
argiles (céramiques), graphite (freins, certaines huiles)
barytine (plaquette de freins, tapis de sol, embrayage)
S (pneus), talc et kaolin (peintures, équipement) micas (isolants électriques, peintures…) calcite (plastiques, caoutchoucs…) pétrole (plastiques, carburant, huile…) etc.
voiture hydride (Toyota Prius) et électrique idem sauf Cu (45 kg au lieu de 20) nouveaux métaux
Nd (1 kg) (aimant du moteur électrique) batteries
Li : 3 kg pour full electric vehicle, 0,2 kg pour hybrid Mn : 3 kg (hybrid) à 38 kg (full electric vehicle) Ni : 0,4 kg (hybrid) à 5 kg (full electric vehicle)
recyclage des voitures vente mondiale 2010 (neufs) : 60 millions directive européenne : valorisation de 85 % du poids
d’un véhicule à l’horizon 2015
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industrie aéronautique transport passager standard : 30-40 t A380 : 52 tonnes (vide sans carburant)
Al : 61 % (30 t) Ti : 5 % (pièces soumises à de fortes
contraintes) acier : 5 % (train d’atterrissage, fixations) matériaux composites : 25 % réacteurs : superalliages (Ni, Cr, Co, Mo, TR)
avenir : matériaux composites : 55 % Al : 20 % (y compris alliages Al-Li) Ti : 15 %, acier : 10 %
besoins « faibles » de l’aéronautique 250 kt Al (< 1 % production) 20 kt Ti (0,3 % production)
ressources minérales et avion
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productions et consommations qui augmentent
production/consommation
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Introduction aux Ressources minérales
1 - Introduction : ressources minérales et vie quotidienne 2 - Différents types de ressources minérales
a) énergie b) minerais c) minéraux industriels d) matériaux de construction
3 - Avenir : pénurie ou opulence a) quelles réserves mondiales b) recyclage
4 - Eléments de synthèse
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2) Différents types de ressources minérales
Epoque actuelle : ressources minérales présentes dans tous les domaines : a) Énergie
pétrole, charbon, gaz, uranium b) Métallurgie et sidérurgie : les minerais
ferreux (Fe, Mn, Co…), non-ferreux (Al, Cu, Pb, Zn…), précieux (Au, Pt…), fissiles (U, Th)
c) Minéraux industriels filières très nombreuses (métallurgie, chimie, verrerie, céramique, cosmétique,
habitat, automobile, papeterie…) d) Matériaux de carrière
construction, voirie routière et voies ferrées e) Eau douce
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a) énergie Pétrole Gaz Charbon Uranium
Schistes, grès,
calcaires et sables bitumineux
Énergies renouvelables : éolien, biomasse, solaire, géothermie
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Historique de l’énergie
1900 : 95 % énergie vient du charbon et 4 % du pétrole
2005 : 24 % charbon (23 % en 1973) et 36 % pétrole (+ gaz : 23 %, nucléaire : 6 %)
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Énergie
Le pétrole première source énergétique mondiale
pour encore longtemps Production mondiale annuelle: 3940
millions de tonnes Production stabilisée
baril, ou Brent (bbl) : 158,98 litres Prix : 26$ (septembre 2003), 55 $
(octobre 2004), 74 $ (septembre 2007), 130 $ (octobre 2008), 37 $ (février 2009)
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Pétrole
carburants : essence, gas-oil, kérosène… pétrochimie : tous les plastiques, les goudrons
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Pétrole : qu’est-ce que c’est ?
du phytoplancton (algues microscopiques…), des bactéries, tombés dans les argiles du fond de la mer (2% de matière organique, conditions anoxiques) : bassin pétrolier (Mer noire actuelle)
accumulation et « cuisson » lente entre 95° et 120°C : la fenêtre à huile formation de kérogène qui se fragmente ensuite en hydrocarbures
solides, liquides et gazeux
formation dans la roche-mère mais migration mais accumulation et exploitation dans la roche-réservoir
15 millions d’années s’écoulent entre le dépôt du phytoplancton et l’apparition de molécules d’hydrocarbures
pas de reformation possible à brève échéance des réserves exploitées
roches-réservoirs : mésozoïques pour l’essentiel (roches carbonatées et gréso-carbonatées) n °1 : champ de Ghawar (Arabie) avec 120 Gt d’hydrocarbures
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Pétrole en France
Loiret (près Montargis) : 4,6 % prod. 45 000 t en 2007 (365 000 barils) Site n°1 : St Firmin (18 000 t) (soit 50 t/j ~ 300 barils)
déclin de la production depuis 1991
1994 : 2,76 Mt 1999 : 1,54 Mt 2004 : 1,10 Mt 2007 : 0,97 Mt
producteurs :
calcaires mésozoïques du Jurassique et du Trias du bassin parisien (60 %)
calcaires jurassiques et crétacés du bassin aquitain (40 %)
production nationale = ~1 % besoins nationaux
réserves (voir plus loin) mondiales : environ 40 ans (2/3 au Moyen-Orient : Arabie, Iran, Irak, Koweit, EAU), grosses potentialités en Russie
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Pays Nucléaire (%)
Combustibles fossiles (%)
Hydraulique (%)
Renouvelables (éolien, solaire, géothermie…)
(%)
Total produit (TWh)
Afrique (2003) 2,5 80,0 17,1 0,3 507,1
Amérique du Sud (2003)
2,5 26,7 68,3 2,6 829,0
Arabie (2003) - 100 - - 120,696
Australie - 92,9 6,3 0,8 248,4
Canada 14,6 25,0 58,7 (Québec : 95,6)
1,6 628,4
Chine (2003) 2,2 83,1 14,6 0,1 1942,9
Danemark - 73,4 - 26,6 36,8
États-Unis 18,9 71,9 6,8 2,4 4282,1
France 78,5 10,4 9,8 1,3 575,4
Islande - - 80,5 19,5 8,7
Norvège - 0,4 98,9 0,7 138,1
Pologne - 96,3 2,4 1,3 157
Royaume-Uni 20,4 74,9 1,8 2,8 399,5
Total monde (2003)
15,74 66,05 (charbon 39,9 ; gaz 19,3 ; pétrole 6,9)
16,28 (19 % en 2004)
1,93 16741,9
Production électrique 2005 : en très gros 30 % prod. énergie
France : éolien = 0,25 % (2007)
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Gaz mélange complexe à forte dominante de méthane CH4 (parfois 99,9
%) avec éthane C2H6, propane C3H8, penthane C5H12 etc. Azote, CO2 et souvent H2S (extraction du soufre), composés soufrés
(mercaptans, thiophènes…), oxygénés (phénols, alcools…), azotés (amides…)
consommation en forte croissance, tend à se substituer au pétrole
raffinage hydrocarbures (gaz et pétrole) : 60 % de la production de soufre en 2008 (soit 60 Mt)
France : grand gisement de Lacq (Pyrénées) exploité depuis 1950 mais presque épuisé, contient 15 % H2S
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Substituts possibles du pétrole roches bitumineuses : sables, grès, schistes, calcaires imprégnés
d’hydrocarbures schistes bitumineux (schistes-carton, schistes à huile… : Autun, en France) calcaires bitumineux (très communs) sables bitumineux d’Alberta et Saskatchewan : gigantesques réserves de 41 Gt de pétrole
récupérable (> Arabie) sources : shales du Paléozoïque, « compressés » lors de l’orogène Laramide au Crétacé avec migration des
huiles et absorption par les sables en cours de dépôt
problème : extraction techniquement difficile, coûteuse, polluante plus le pétrole est cher, plus ces sources s’approchent de la rentabilité !
Alberta : 1 Mt extraits/j, camion de 400 t de c.u.
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Charbon des débris végétaux cuits à l’étouffée
pendant des millions d’années : la carbonification
bassins paraliques (marins) et limniques (continentaux)
une séquence identique répétée : le cyclothème
Carbonifère (-359 à -295 Ma) : une époque géologique privilégiée de formation du charbon
différents charbons : tourbe (55 % C), récente à actuelle lignite (70 -75 % C) houille (85 % C), le charbon s.s. (divisé en
flambant gras, gras, demi gras, maigre, houille s.s., selon teneur en MV)
anthracite (92-95 % C) puis graphite
France : plus de production depuis 2004 (conso : 21 Mt/an) bassins du Nord (depuis 1260), de Saint-Étienne
(depuis 1314), Lorraine, etc. Alès, Decazeville, les « houillères »
Production mondiale : près de 5 Gt, en croissance stt Russie, Chine et pays émergents (aciéries, centrales thermiques)
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Énergie nucléaire uranium : ressource énergétique et
minerai 99,8 % de son utilisation : source
d’énergie (centrales nucléaires, sous-marins nucléaires…)
0,2 % : médecine, bombes, chimie, munitions …
production mondiale : 65 kt d’U (dont 41 de production minière)
France 11 kt d’U consommés 58 réacteurs dans 19 centrales REP : réacteurs à eau sous pression 80 % de l’électricité (2005 : 575 TWh)
Tep (tonne équivalent pétrole) : unité de base de mesure de l’énergie 1 tonne de pétrole = 1 tep (énergie fournie par la combustion de 1 t de pétrole) 1 tonne de houille = 0,619 tep, 1 tonne de lignite = 0,405 tep 1 tonne d’U = 10 000 tep (1 kg d’U = 10 t pétrole) (France : 252 M tep/an)
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mines d’uranium exploitées au Canada, Australie, Niger, Kazakhstan pour les centrales nucléaires françaises
Énergie nucléaire
minerai n°1 : pechblende (UO2) minerai n°2 : minerais secondaires : phosphates (autunite), vanadates (carnotite), les « gummites »
Seul 235U est fissile Présent à 0,7 % dans le minerai (surtout 238U), 238U enrichi à 4 % de 235U par diffusion gazeuse et ultracentrifugation pour le rendre »combustible »
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Énergie électrique en France
1950 1985 1993 2005
Thermique (charbon, fuel)
50 % 15,8 % 7,3 % 10,4 %
Hydraulique (barrages)
50 % 19,4 % 15 % 9,8 %
Nucléaire 0 % 64,8 % 77,7 % 78,5 %
Eolien 0 % 0 % 0 % 0,06 % (2003) 0,25 % (2005)
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b) minerais : définition
minerais : sulfures, oxydes et natifs galène PbS sphalérite ZnS chalcopyrite CuFeS2
magnétite Fe3O4
aluminium : bauxite or : or natif fluorine CaF2 : gaz fluor
Minerai : roche ou minéral dont on peut extraire avec profit un ou plusieurs éléments : pas seulement des métaux ! Définition plus économique que géologique
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minerais : exploitation minerais exploités
excavation en surface : MCO, open pit, presque tous les minéraux industriels, et les matériaux de construction
exploitation en profondeur (puits et galeries ou descenderie « rampe »)
minerai traité obtention d’un produit commercialisable
(lingots, plaques ou barres pour les métaux)
industrie minière : grande productrice de déchets (très réglementée)
Liebherr T282B : plus grand tombereau du monde 7,40 m pour 203 t à vide c.u. : 363 t à 64 km/h 1 pneu = 5 t, 4 m de diamètre, 30 k€ prix : 3,5 M$ (60 de fabriqués)
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minerais et métaux n° 1 : le fer
900 millions de tonnes de fer par an + 450 Mt de recyclage aciers et fontes, ferrosilicium etc. (voie ferrées : aciers à 20 % Mn) minerais : oxydes de fer (magnétite, hématite, goethite) gigantesques exploitations
n°2 : l’aluminium : 25 millions de tonnes/an
75-130 kg en moyenne dans une automobile minerais : bauxite (diaspore, gibbsite, boehmite)
n°3 : le cuivre : 15 millions de tonnes/an
Chili (30%), Etats-Unis (12%), Indonésie (10 %) minerais : sulfures (chalcopyrite, bornite…) France : ~ 300 kt de consommation annuelle
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minerais et métaux : l’or production totale : 3600 t/an (1 cube de 5 m d’arête)
2300 t/an (production minière : 60 % production totale) 1010 t (recyclage : 28 %) vente Etats, banques etc. 1 t d’or : 1 cube de 37,27 cm d’arête (33 M€)
réserves fédérales USA (Fort Knox) : 8179 t réserves Banque de France : 3025 t réserves particuliers France : ~3000 t utilisations
70 % bijouterie, 18 % lingots et pièces, 12 % industrie
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où trouve-t-on les minerais ? indice, gîte et gisement
indice : présence de ressources
minérales (minerai ou minéral industriel) sans connotation de quantités
gîte : concentration minérale importante
gisement : gîte important exploité en mine ou en carrière
indices, gîtes et gisements reportés sur des cartes (ressources minérales, gîtologiques etc.)
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Gisements fonction du contexte géodynamique gisement = conséquence banale des phénomènes géologiques (magmatisme, volcanisme, sédimentation, métamorphisme, érosion…)
gisements et géodynamique
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Plutonisme et volcanisme felsique en zones de subduction : porphyres cuprifères et épithermaux (gisements de Cu, Au, Ag, Mo…)
gisements et géodynamique : exemple des zones de subduction
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Porphyres : 50 % du Cu mondial, 20 % de l’or mondial, 99 % du Mo
El Teniente (Chili) 78 Mt Cu Grasberg (Indonésie) 24 Mt Cu 2560 t Au Bingham (USA) 16 Mt et 590 t Au et Mo Minerai disséminé : le gisement = le massif de granite (1 à 5 km3)
Stockwerk minéralisé
gisements de type porphyre
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Gisements épithermaux : associés au volcanisme gisements d’or, argent, zinc, plomb…
gisements de type épithermal
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c) minéraux industriels minéraux industriels : utilisés pour leurs
qualités (dureté, densité, couleur, résistance électrique ou thermique, forme, souplesse…) diamant : outils de coupe, joaillerie calcite : papiers, plastiques, caoutchouc sel : industries alimentaires kaolin (argile blanche) : papiers, céramiques talc : minéral très doux : cosmétique, pharmacie,
papiers barytine : minéral très lourd : bétons denses, boues
lourdes (pétrole) quartz : vitres, fibres de verre, ferrosilicium amiante et vermiculite (isolation), phosphates
(engrais), fluorine (fondant métallurgique) etc. plus de 80 minéraux industriels exploités dans le
monde employés bruts (affinage mécanique), ou élaborés
(traitement chimique ou thermique, forte transformation -> céramiques)
n°1 mondial : Imerys (Paris)
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quelques usages de minéraux industriels
papier : une trame végétale de cellulose renforcée par des minéraux (la « charge minérale ») : kaolin, talc, calcite… journal : 5 % de charges minérales ordinaire : 20 à 30 % de charges minérales magazine glacé : 45 % de charge (aspect brillant : talc)
céramiques
faïence : kaolin (50 %) + talc (45 %) passé au four porcelaine : kaolin (avec un peu de talc) carrelages : argiles communes passées au four ~900 °C (Sologne)
dalles plastiques de sol
résine + 30 - 40 % de talc, calcite ou kaolin
verre : 45-55 % sable siliceux + carbonate
(~12 %) + fondants Etc.
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quelques minéraux industriels
sel : halite argiles et kaolin : faïence, papeterie barytine : charges minérales diamants
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sel (halite) NaCl Le sel (la halite (NaCl) ou sel gemme) : utilisé pour sa composition :
- évaporites : évaporation d’eau de mer - 6 Mt produites en France - industries alimentaires - déneigement - industries chimiques (source de Na et de Cl (soude, produits chlorés, engrais, acide chlorhydrique…) - à la fois minéral industriel et minerai
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sel (halite) NaCl - minéral soluble dans l’eau : propriété qui conditionne souvent
son exploitation (sel ignigène)
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argiles, minéraux argileux et kaolin
argiles : roche composée de minéraux argileux (phyllosilicates -structures en feuillets- en microcristaux)
Type T - O (tétraèdre – octaèdre) : kaolinite « argile noble »
Type T - O – T (tétraèdre – octaèdre - tétraèdre) : talc
Type T - O - T complexe avec eau et cations interfoliaires :
argiles communes
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kaolin et argiles kaolin : une argile « noble » à structure particulière de type T - O (tétraèdre –
octaèdre) dimorphes : dickite et nacrite ; halloysite (dimorphe hydraté) kaolinite : le minéral argileux Al2Si2O5(OH)4 kaolin : roche argileuse formée à > 90 % de kaolinite utilisations : charges (papiers 48 % production, plastiques, caoutchouc, peintures),
céramiques, etc.
minéraux argileux : phyllosilicates à structures en feuillets de type T - O - T complexe avec eau et cations interfoliaires) : montmorillonite, saponite, nontronite (groupe des smectites) usage surtout de matériaux de construction
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le kaolin : origine : kaolinisation des feldspaths en
climat tropical humide (hydrolyse) 2KAlSi3O8+4H2O = Al2Si2O5(OH)4 +
4SiO2 + 2KOH muscovite kaolinisée en contexte acide si K pas lessivé : formation d’illite et non
de kaolinite roches concernées : roches à feldspaths
abondants meilleures : leucogranites (granites à
mica blanc) autres : granites, orthogneiss éviter les roches à biotite (s’altère en
chlorite)
gisements primaires : kaolinite sur son site de formation : on
exploite le granite altéré
Processus de désagrégation
kaolin
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kaolin en France
kaolin : 250 000 tonnes produites annuellement en France
consommation annuelle > 1 Mt 5 centres d’extraction :
Ploemeur, Berrien, Loqueffret (Massif armoricain)
Échassières (Massif central) Hostun (vallée du Rhône)
gisement d’Échassières-Beauvoir (Allier) coupe géologique minéralogie : kaolin, quartz, muscovite, lépidolite, cassitérite
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barytine BaSO4
utilisée pour : composition (Ba) : chimie
du baryum densité (4,48) : obtention de
matériaux denses (boues, bétons…)
blancheur capacité à absorber les
rayonnements (présence de Ba) bétons des salles
soumises à rayonnement (hôpitaux, laboratoires, centrales nucléaires etc.)
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diamants
diamants : le plus dur de tous les corps naturels et artificiels joaillerie (50 %) industries de coupe (50 %) : scies
à roche, à bétons etc. unité : le carat (0,2 g)
2004 : 85 % des diamants sont
produits par synthèse
Gisements : les kimberlites, roches volcaniques ultramafiques occupant des cheminées Pierres précieuses : une notion législative En France : 4 pierres dites précieuses, les autres pierres fines, pierres semi-précieuses…
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d) matériaux de construction (ou de carrière) : habitat, construction et voirie
habitat minéral depuis Cro Magnon (- 40 000 ans) pierres dimensionnelles dépendent de la géologie locale :
cathédrales et monuments anciens, couverture : ardoises (massifs anciens à schistes), tuiles (bassins sédimentaires à
argiles) emplois bruts : les granulats (bétons et mortiers, voies ferrées et chaussées
routières) emplois élaborés (cuisson, procédés complexes…)
argiles : tuiles, briques roches calcaires : ciment et chaux gypse et anhydrite : plâtre
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granulats : sables, graviers, gravillons, blocs…
morceaux de roches de taille comprise entre 0 et 125 mm
plus de 14 milliards de tonnes extraites annuellement dans le monde
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granulats : sables, graviers, gravillons, blocs…
France : 440 millions de tonnes extraites en 2007, soit l’équivalent d’une pyramide de Khéops par semaine ( 7,2 t/an/habitant)
classement par taille granulométrique (sables, sablons, graviers…) tests normalisés (Los Angeles, Microdeval…) pour déterminer leur
utilisation (route, bétons, ballast…)
2700 sites d’extraction 14800 employés 4,0 G€ de CA Nombreuses PME et de grands groupes : Lafarge, Bouygues, Ciments français
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granulats : sables, graviers, gravillons,
blocs… carrières alluvionnaires
sables et graviers de lits de rivières sablières : alluvions fluviatiles granulats alluvionnaires (180 Mt - 33
%) carrières de roches massives : abattage
et concassage granulats calcaires ( 117 Mt - 26 %) granulats éruptifs (126 Mt - 28 %)
carrières roches magmatiques (basaltes, dolérites) et concassage
granulats marins (7 Mt - 1,5 %) terrasses alluviales et cordons littoraux
noyés au quaternaire granulats recyclés (23 Mt - 5,1 %)
Démolition (béton 15 Mt) Mâchefers, laitiers…
autres sables (sous-produits) (25 Mt – 5,6 %)
Prix : 5 – 7 €/t
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granulats… utilisations
Mortiers (1,7 t de granulats/m3) et bétons (1,9 t/m3) : 34 % de la production
Ouvrages d’art (ponts, tunnels, barrages), constructions collectives et privées Pavillon : 100 à 300 t Centrale nucléaire : 10 Mt
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granulats…utilisations
Voies routières, autoroutières et voies ferrées : 66% production routes : 12 t/mètre linéaire autoroutes : 60 t/mètre linéaire
coupe d’une route/autoroute
terrassement couche de forme couche de fondation couche de base couche de roulement
granulats spécifiques pour chaque couche
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granulats… utilisations voies ferrées : les ballasts
1 km de double voie : 16 kt entretien annuel : 3 Mt granulats haute performances : résistent
aux passages de TGV (9 carrières en France)
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calcaires : ciment et chaux Pierres dimensionnelles Charges carbonatées GCC, PCC Granulats ciment : 75 % calcaire (calcite) + 20 % argiles + 5 % gypse
chauffé à 1500°C : clinker broyé en poudre grise roche artificielle : 21 Mt/an en France (plus de 1 Gt dans le monde)
chaux : roches calcaires chauffées à 900 – 1200°C 5Mt/an en France
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chaux : procédés de fabrication
CaCO3 CaO + CO2 1000 kg 560 kg 440 kg CaO + H2O Ca(OH)2
MgCa(CO3)2
MgCa(CO3)2
1000°C
1600°C
chaux magnésienne (d = 1)
dolomie frittée (d = 1,7 - 1,8)
Les différents produits :
chaux vive
chaux éteinte
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Consommation de la chaux sidérurgie (environ 41 % en
France mais seulement 30 % aux USA).
Agriculture 12 % routes : 13 % environnement lutte contre
la pollution, la chaux est utilisée à raison de 13% de la production (plus de 20 % aux USA)
usages annexes en bâtiment (3,8 %)
métaux non ferreux (calcium métallique, Cu, Zn, Pb, Au, Ag et surtout Al) consomme moins de chaux (environ 3,3 % de la production).
5Mt par an en France
Utilisations de la chaux en France (2001)
sidérurgie41%
agriculture12%
dépollution13%
routes13%
divers14%
bâtiment4%
métallurgie non ferreux
3%
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gypse CaSO4.2H2O gypse : minéral des séries évaporitiques 5 Mt/an exploité dans le bassin de Paris, en Lorraine,
dans le Vaucluse etc. exploité dans les carrières (souterraines ou
aériennes de Paris) plâtre : gypse chauffé à 120 °C
CaSO4.0,5H2O prise du plâtre = recristallisation de gypse
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4) argiles communes
intermédiaire entre kaolin et argiles communes : les argiles kaoliniques (moins de 90 % de kaolinite)
minéraux des argiles communes (structure TOT complexe) :
groupe des smectites : argiles gonflantes montmorillonite (minéral dominant des bentonites) beidellite nontronite hectorite, saponite
illites (famille des hydromicas) : intermédiaire entre micas et minéraux argileux interstratifiés : minéraux argileux complexes composés de feuillets de natures
différentes : IS (pour Illite – Smectite)
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Argiles communes
smectite : grande capacité : à retenir des molécules d’ eau entre leurs feuillets (épaisseur de
deux molécules d’eau) 14,8 A (hydraté) à 9,0 A (déshydratée) = argiles gonflantes
à piéger des cations peu liés et facilement échangeables :
propriétés d’échanges ioniques par adsorption
montmorillonite : smectite la plus utilisée car la plus courante grand pouvoir plastifiant fort pouvoir gonflant (fort retrait au sèchage : impact sur la
construction) échanges des cations, K, Na ou Ca
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Tuiles et briques : des argiles « métamorphisées » (métamorphisme thermique)
briques et tuiles : chauffage vers 900 °C carrelages, grès (argiles communes) faïences (kaolin) etc. : argiles communes +
potasse = on refait des feldspaths potassiques (KAlSi3O8) par cuisson en quelques heures
environ 5 Mt/an en France gisements : couches sédimentaires d’argiles (bassin parisien, bassin aquitain…)
carrière de Chalautres (Provins) (photos Imerys) : gisement d’argile noire sous couverture calcaire
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productions françaises et approvisionnement
Ressources énergétiques : presque rien Pétrole : 0,9 Mt (2 j de consommation) Charbon : 0, importation de 21 Mt/an Uranium : 0, importation de 10 000 t/an (AREVA : exploitations au
Canada, Niger, Australie) Gaz : Lacq (3,5 Gm3)
Minerais de métaux (productions minières) : idem Ni : 120 000 t/an (Nouvelle-Calédonie) Or : 3t/an (Guyane) (consommation : 80 t) Fer, plomb, cuivre, zinc, argent… = 0
Produits chers (Pb : 3000 €/t, Or : 40 k€/kg) : coût du transport (presque) négligeable
Marcoux 2011 60
productions françaises
Minéraux industriels et matériaux de construction : beaucoup mieux (chiffres 2002) Kaolin : 2ème producteur européen (340 000 t/an) Talc : 1er producteur européen (360 000 t/an) Feldspath : 2ème producteur européen (660 000 t/an) Quartz : 1er producteur européen (5,2 M t/an) Fluorine : 120 000 t/an Sel : 5 Mt/an Gypse : 5 Mt/an Argiles, andalousite, chaux
Matériaux de carrière : approvisionnement national à plus de 90 %
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productions françaises
Causes de ce mieux : Environnement géologique favorable Matériaux pour des industries de pointe ou vitales (bâtiment,
automobile, papeterie, chimie…) : besoins immédiats Matériaux « pondéreux » peu coûteux (importations trop chères)
Kaolin : 100 €/t Granulats : 6 €/t Granulats employés à moins de 40 km du site d’extraction (avant :
moins de 20 km), prix double tous les 30 km Décision politico-industrielle : nécessité d’une indépendance
industrielle
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Introduction aux Ressources minérales
1 - Introduction : ressources minérales et vie quotidienne 2 - Différents types de ressources minérales
a) énergie b) minerais c) minéraux industriels d) matériaux de construction
3 - Avenir : pénurie ou opulence a) quelles réserves mondiales b) recyclage
4 - Eléments de synthèse
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Un constat inégalité des ressources minérales rareté des ressources (concentrations fossiles) :
pas de renouvellement au même rythme que l’exploitation rôle essentiel de l’économie et de la géopolitique, moteurs de la
recherche des ressources
Pays bien dotés : Russie, Afrique du Sud, Etats-Unis, Canada, Australie, Chine, Arabie Saoudite, Koweit
Pays moins dotés : Europe occidentale, Afrique sub-saharienne, Japon, Asie du Sud-Est
Marcoux 2011 64
a) Quelles réserves mondiales ? quelques chiffres des réserves « géologiques »
sel : gigantesques, non estimées kaolin : 170 ans fer : plus d’un siècle charbon : 250 ans platine : 200 ans pétrole : 43 ans uranium : 62 ans cuivre : 35 ans zinc, plomb, argent : 20 ans diamant : 10 ans
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Les réserves…
Les chiffres des réserves ne tiennent pas compte : émergence de nouveaux marchés
(Inde, Chine) et de nouvelles demandes (platine des pots catalytiques)
problèmes politiques (stabilité des pays producteurs) : arrêt de la production
spéculations : flambées et effondrement des cours yoyo boursiers métaux côtés au LME pétrole : cours fixés par OPEP
essentiellement
Les chiffres des réserves ne tiennent pas compte : découvertes de nouveaux
gisements améliorations des techniques
de récupération et de valorisation
recyclage
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Les réserves…
des ressources assez sûres avec de nombreux producteurs fer, plomb, zinc, argent, uranium minéraux industriels (kaolin, argiles, talc, barytine, fluorine…) pétrole et gaz : mais producteurs de forces inégales granulats
les monopoles : plus difficiles à gérer
platine et chrome (2 producteurs : Afrique du Sud et Russie), cobalt des positions phares : le pétrole de l’OPEP
Marcoux 2011 67
Comment augmentent les réserves ?
1) accroissement de la demande en métal nouveaux débouchés craintes sur l’approvisionnement (fermeture de mines, problèmes politique,
rumeurs, spéculations…)
2) les prix montent réserves baissent mais incitations à la recherche de nouveaux gisements
3) la prospection reprend pour découvrir de nouveaux gisements plusieurs années (7 – 10 ans) nécessaires à la découverte et la mise en
exploitation de gisements
pour l’instant (2011) : des nouvelles découvertes toujours en nombre suffisant
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2/3 des réserves pétrolières au Moyen-Orient
réserves pétrolières
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réserves pétrolières
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prix du pétrole
Septembre 2003 : 25 $ Octobre 2004 : 55 $ Septembre 2011 : 90 $ Incitatif pour la recherche d’autres
sources d’énergie Déblocage de fonds gouvernementaux
et privés dans ce but Energies chères deviennent rentables
Marcoux 2011 71
b) recyclage : une alternative ?
nécessaire mais « luxe » des pays riches, qui sont aussi les plus gros consommateurs
procédé soumis à des impératifs de rentabilité
que recycle-t-on ? surtout les métaux : plus rentable (métal cher), plus facile quelques substances : le verre, le plastique (dérivé du pétrole) début du recyclage des matériaux de construction (granulats, pierres de
taille, tuiles, carrelages…) comme remblais pas de recyclage des matières énergétiques (sauf uranium)
domaine en plein développement
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recyclage : cas du cuivre
Production mondiale de cuivre (kt)
0 5 000 10 000 15 000 20 000
1994
1996
1998
2000
production totale
production minière
Evolution de la production mondiale de cuivre
0
2 000
4 000
6 000
8 000
10 000
12 000
14 000
16 000
18 000
1950
1953
1956
1959
1962
1965
1968
1971
1974
1977
1980
1983
1986
1989
1992
1995
1998
2001
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recyclage : cas du plomb
Production mondiale de plomb
0 2 000 4 000 6 000 8 000
1994
1996
1998
2000
Production minière
Production totale
Consommation mondiale de plomb
0
1 000
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
7 000
1950
1953
1956
1959
1962
1965
1968
1971
1974
1977
1980
1983
1986
1989
1992
1995
1998
2001
Plus de 50 % du plomb recyclé à l’échelle mondiale
Orientation à la baisse de la consommation mondiale (inconnues : Chine et Inde)
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recyclage en France (2005)
% recyclé quantités
Fe 43 % 9 Mt
Cu 20 % 136 000 t
Al 56 % 408 000 t
Pb 71 % 165 000 t
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Les ressources minérales, quelques éléments de synthèse
ressources minérales : très présentes dans la vie quotidienne : énergie, métaux, constructions, nombreuses industries
notion d’utilité à la base de la définition des ressources minérales propriétés chimiques ou physiques utiles à nos sociétés humaines
emplois bruts ou élaborés (purification, fusion, incorporation à d’autres milieux…)
rareté et inégalité dans les ressources minérales
rareté : uniquement des réserves fossiles constituées depuis plus de 3 Ga (sauf sel et quelques rares autres) inégalité : zones géologiques (pays) très bien pourvues, d’autres pauvres ou dépourvues
ressources exploitées dans des gisements Métaux : surtout PVD Minéraux industriels : surtout PI Energie : PVD et PI
rôle économique et socio-politique des ressources
géologie et économie très liées : une extraction de ressources minérales doit être rentable pétrole et gaz (et uranium) : problème de l’énergie mondialisation des ressources entraîne des conflits (pétrole, diamant…)
réserves pour l’avenir Pas de pénuries « géologiques » à craindre à court terme (50 ans) car la recherche de nouveaux gisements
reconstitue les réserves au fur et à mesure de leur exploitation (jusqu’à quand ?) Pénuries « géopolitiques » et contraintes économiques plus probables Recyclage : nécessaire, mais seulement un appoint pour l’instant (sauf Pb et quelques autres métaux)