Introduction aux Ressources minérales

Introduction aux ressources
minérales
Eric Marcoux
Professeur
Université d’Orléans 2011/2012
[email protected]
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
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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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ressources minérales et avion
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)
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production/consommation
productions et consommations qui
augmentent
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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 %)
Marcoux 2011
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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
Marcoux 2011
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Pétrole en France
 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 %)
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)
 production nationale = ~1 % besoins nationaux
réserves (voir plus loin) mondiales : environ 40 ans (2/3 au MoyenOrient : Arabie, Iran, Irak, Koweit, EAU), grosses potentialités en Russie
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Production électrique 2005 : en très gros 30 % prod. énergie
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
France
Marcoux
2011 :
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 »
Marcoux 2011
Production mondiale : près de 5 Gt,
en croissance stt Russie, Chine et pays
émergents (aciéries, centrales
thermiques)
21
Énergie nucléaire
 uranium : ressource énergétique et
minerai
 99,8 % de son utilisation : source
d’énergie (centrales nucléaires, sousmarins 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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Énergie nucléaire
 mines d’uranium exploitées au
Canada, Australie, Niger,
Kazakhstan pour les centrales
nucléaires françaises
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 »
Marcoux 2011
23
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
Minerai : roche ou minéral dont on peut extraire
avec profit un ou plusieurs éléments : pas seulement
des métaux ! Définition plus économique que géologique
 minerais : sulfures, oxydes et natifs
 galène PbS
 sphalérite ZnS
 chalcopyrite CuFeS2
 magnétite Fe3O4
 aluminium : bauxite
 or : or natif
 fluorine CaF2 : gaz fluor
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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)
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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)
26
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
Marcoux 2011
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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 et géodynamique
Gisements fonction du
contexte
géodynamique
gisement =
conséquence banale des
phénomènes
géologiques
(magmatisme,
volcanisme,
sédimentation,
métamorphisme,
érosion…)
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gisements et géodynamique : exemple des zones de
subduction
Plutonisme et volcanisme felsique en zones de subduction : porphyres
cuprifères et épithermaux (gisements de Cu, Au, Ag, Mo…)
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31
gisements de type porphyre
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
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gisements de type épithermal
Gisements épithermaux :
associés au volcanisme
gisements d’or, argent, zinc, plomb…
Marcoux 2011
33
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)
Marcoux 2011
34
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.
Marcoux 2011
35
quelques minéraux industriels




sel : halite
argiles et kaolin : faïence, papeterie
barytine : charges minérales
diamants
Marcoux 2011
36
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
Marcoux 2011
37
sel (halite) NaCl
-
minéral soluble dans l’eau : propriété qui conditionne souvent
son exploitation (sel ignigène)
Marcoux 2011
38
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
Marcoux 2011
39
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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kaolin
 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
Marcoux 2011
41
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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42
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 semiprécieuses…
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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
Marcoux 2011
45
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
Marcoux 2011
46
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
Marcoux 2011
47
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 %)
Marcoux 2011
Prix : 5 – 7 €/t
48
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
Marcoux 2011
49
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
Marcoux 2011
50
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)
Marcoux 2011
51
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
Marcoux 2011
52
chaux : procédés de fabrication
Les différents produits :
CaCO3
CaO + CO2
1000 kg
560 kg
CaO + H2O
chaux vive
440 kg
Ca(OH)2 chaux éteinte
1000°C
MgCa(CO3)2
MgCa(CO3)2
Marcoux 2011
chaux magnésienne (d = 1)
1600°C
dolomie frittée (d = 1,7 - 1,8)
53
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
Marcoux 2011
Utilisations de la chaux en France (2001)
divers
14%
métallurgie non
ferreux
3%
bâtiment
4%
sidérurgie
41%
agriculture
12%
dépollution
13%
routes
13%
54
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
55
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
56
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
57
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…)
Marcoux 2011
carrière de Chalautres (Provins) (photos Imerys) :
gisement d’argile noire sous couverture
calcaire
58
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
59
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
60
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
61
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
62
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
63
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
64
Les réserves…
 Les chiffres des réserves
ne tiennent pas compte :
 Les chiffres des réserves ne
tiennent pas compte :
 découvertes de nouveaux
gisements
 améliorations des techniques
de récupération et de
valorisation
 recyclage
 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
Marcoux 2011
65
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
66
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
67
réserves pétrolières
2/3 des réserves
pétrolières au MoyenOrient
Marcoux 2011
68
réserves pétrolières
Marcoux 2011
69
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
70
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
71
recyclage : cas du cuivre
Production mondiale de cuivre (kt)
Evolution de la production mondiale de cuivre
18 000
2000
16 000
14 000
1998
production totale
production minière
1996
12 000
10 000
8 000
6 000
1994
4 000
2 000
Marcoux 2011
72
2001
1998
1995
1992
1989
1986
1983
1980
1977
1974
1971
1968
1965
0
1962
20 000
1959
15 000
1956
10 000
1953
5 000
1950
0
recyclage : cas du plomb
Production mondiale de plomb
Plus de 50 % du plomb
recyclé à l’échelle
mondiale
2000
1998
Production minière
Production totale
1996
1994
0
2 000
4 000
6 000
8 000
Consommation mondiale de plomb
Orientation à la baisse de
la consommation mondiale
(inconnues : Chine et Inde)
7 000
6 000
5 000
4 000
3 000
2 000
1 000
Marcoux 2011
73
2001
1998
1995
1992
1989
1986
1983
1980
1977
1974
1971
1968
1965
1962
1959
1956
1953
1950
0
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
74
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)
Marcoux 2011
75