Introduction aux ressources minérales

Eric Marcoux

Professeur Université d’Orléans 2011/2012 eric.marcoux@univ-orleans.fr

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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

Marcoux 2011 56

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)

Marcoux 2011 57

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

Marcoux 2011 58

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

Marcoux 2011 59

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 %

Marcoux 2011 61

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

Marcoux 2011 62

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

Marcoux 2011 63

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

Marcoux 2011 65

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

Marcoux 2011 66

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

Marcoux 2011 68

2/3 des réserves pétrolières au Moyen-Orient

réserves pétrolières

Marcoux 2011 69

réserves pétrolières

Marcoux 2011 70

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

Marcoux 2011 72

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

Marcoux 2011 73

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)

Marcoux 2011 74

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

Marcoux 2011 75

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)