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RESSOURCES MINÉRALES Origine, nature et exploitation Nicholas T. Arndt Professe

RESSOURCES MINÉRALES Origine, nature et exploitation Nicholas T. Arndt Professeur à l’université Joseph-Fourier, Grenoble Clément Ganino Maître de conférences à l’université de Nice - Sophia Antipolis Préface de Claude Allègre Illustration de couverture : fer rubané de la mine de fer Tom Price, Palabora, Australie (Photographie de Kurt Konhauser). © Dunod, Paris, 2010 ISBN 978-2-10-055081-4 V © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. PRÉFACE Depuis le milieu du XIXe siècle, l’étude des gisements minéraux a occupé une place centrale dans l’enseignement et la recherche des sciences géologiques. Du coup, la géologie occupait une place centrale dans l’économie. Dans les années soixante-dix, à la suite du célèbre rapport au Club de Rome « Halte à la croissance » qui annonçait une pénurie généralisée de matières premières, il y eut de par le monde des initiatives et des ﬁnancements pour stimuler encore plus les recherches dans ces domaines. Puis, très brutalement, l’intérêt est retombé et, en conséquence, l’activité aussi. La raison était économique. En partie à cause de l’évolution technologique qui a minimisé leur usage, en partie par suite de l’essor d’une industrie du recyclage, les réserves de matières premières sont apparues comme sufﬁsantes. Les cours ont chuté. L’industrie minière s’est reconcentrée sur quelques grands groupes. La prospection minière a considérablement diminué, et les emplois de géologues avec. Du coup, l’activité d’enseignement et de recherche a chuté dans tous les grands pays industrialisés, sauf peut-être au Canada et en Australie. Aujourd’hui, nouveau choc, la conjoncture se retourne. L’essor économique des grands pays asiatiques, Chine, Inde, Corée, bientôt Indonésie, nécessite de plus en plus de matières premières minérales. Le développement des nouvelles technologies, soit énergétiques, soit informatiques, nécessite l’usage de métaux rares qu’on a jusque-là peu prospectés (indium, lithium, tantale, terres rares) et dont les réserves prouvées semblent très insufﬁsantes. Avec la reprise du développement du nucléaire, l’uranium devient lui aussi une ressource potentiellement rare. Du coup, la nécessité de reprendre l’activité de prospection minière devient une urgence. Mais il y a un hic, il y a un préalable, c’est de former des spécialistes. Car la majorité des anciens experts sont à la retraite. Il faut aussi s’engager vers une activité de recherche fondamentale en géochimie aﬁn de prospecter les métaux rares et l’uranium et les gisements métalliques à faibles teneurs. Ce livre concerne la métallogénie, c’est-à-dire la science des gisements minéraux. Cette science est au carrefour de la géochimie, de la pétrographie, de la géologie structurale mais aussi de la chimie et de la métallurgie. Science carrefour, science difﬁcile et pourtant, comme on l’a dit, indispensable aux sociétés humaines. Mais les gisements minéraux posent un extraordinaire et fascinant problème géochimique Préface VI en eux-mêmes. Comment et pourquoi des éléments chimiques habituellement dispersés dans l’écorce terrestre se concentrent-ils en quelques lieux ? Si l’on comprend ces processus, on comprendra à coup sûr quelques mécanismes géo- chimiques fondamentaux. C’est dans ce contexte que doit être situé le livre de Nicholas Arndt et Clément Ganino. Il va opportunément combler une grande lacune. Bien documenté, bien écrit, combinant descriptions géologiques précises et inter- prétations géochimiques, cherchant à replacer les problèmes géologiques dans le contexte économique mondial, il constitue un excellent livre de référence pour les étudiants, mais aussi les chercheurs en géosciences qui voudraient apprendre ou se réorienter vers un domaine qui va à coup sûr connaître une seconde jeunesse. Il faut chaleureusement féliciter les auteurs pour cette excellente initiative qui vient à point nommé ! Claude ALLÈGRE VII © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. TABLE DES MATIÈRES Préface de Claude ALLÈGRE V Avant-propos XI Chapitre 1 • Introduction à la géologie économique 1 1.1 Qu’est-ce que la géologie économique ? 1 1.2 « Pic » de cuivre et d’autres substances 5 1.3 Qu’est-ce qu’un minerai ? Un gisement minier ? 10 1.3.1 Qu’est-ce qu’un minerai ? 10 1.3.2 Qu’est-ce qu’un gisement ? 14 1.4 Les facteurs qui inﬂuencent la possibilité d’exploitation d’un gisement 16 1.4.1 Teneur et tonnage 16 1.4.2 Nature du minerai 18 1.4.3 Localisation du gisement 20 1.4.4 Les facteurs économiques, politiques et techniques 20 Bibliographie 21 Chapitre 2 • Classification, répartition et utilisation des minerais et gisements 23 2.1 Classiﬁcations des minerais 23 2.1.1 Classiﬁcation par utilisation du métal ou du minéral d’intérêt 27 2.1.2 Classiﬁcation par type de minéraux 28 2.2 Classiﬁcations des gisements 29 2.2.1 Une grande diversité de classiﬁcations pour une grande diversité de gisements 29 2.2.2 Vers une classiﬁcation des gisements basée sur les processus minéralisateurs 32 2.3 Répartition mondiale des gisements 33 2.3.1 Les facteurs géologiques 34 2.3.2 Les facteurs géographiques, économiques, politiques et sociologiques 36 2.4 Production globale, consommation et commerce des ressources minérales 36 2.5 Ressources minérales et exploitation minière en France métropolitaine 47 Bibliographie 50 Table des matières VIII Chapitre 3 • Les gisements magmatiques 51 3.1 Introduction 51 3.2 Les gisements de chromites du complexe du Bushveld, formés par une modiﬁcation de la séquence de cristallisation d’un magma 51 3.3 Les gisements de magnétite et de platinoïdes du complexe du Bushveld, formés par des processus magmatiques et/ou hydrothermaux 56 3.4 Les gisements de sulfures formés par immiscibilité magmatique 58 3.4.1 Le gisement de sulfures de nickel de Kambalda (Australie) 59 3.4.2 Les gisements de sulfures de nickel de Noril’sk-Talnakh (Russie) 64 3.4.3 Les autres gisements de sulfure de nickel 72 3.5 Les autres gisements magmatiques 72 3.6 Conclusion 74 Bibliographie 74 Chapitre 4 • Les gisements hydrothermaux 77 4.1 Introduction 77 4.2 Les facteurs clés pour la formation d’un gisement hydrothermal 77 4.2.1 Source de métaux 78 4.2.2 Source et nature des ﬂuides 79 4.2.3 Le moteur de la circulation des ﬂuides 81 4.2.4 Un site et un mécanisme de précipitation 82 4.3 Les principaux exemples de gisements hydrothermaux illustrant les processus métallogéniques 83 4.3.1 Les gisements d’amas sulfurés ou « sulfures massifs volcanogéniques » (ou VMS Volcanogenic Massive Sulﬁde) 84 4.3.2 Les gisements de porphyres 93 4.3.3 Les gisements sédimentaires exhalatifs (SEDEX) 101 4.3.4 Les gisements de type Vallée du Mississipi ou « Mississipi Valley Type » (MVT) 105 4.4 Les autres types de gisements hydrothermaux 108 4.4.1 Les gisements stratiformes de cuivre contenus dans les sédiments 109 4.4.2 Les gisements d’uranium 110 4.4.3 Les gisements d’oxyde de fer, cuivre, or (en anglais Iron-Oxide copper gold (IOCG) deposits) 113 4.4.4 Les gisements d’or 114 4.4.5 Les gisements de skarn 118 4.5 Conclusion 118 Bibliographie 119 IX Table des matières Chapitre 5 • Les gisements formés par des processus sédimentaires et de surface 121 5.1 Introduction 121 5.2 Les gisements de placers 123 5.2.1 Les placers à or 125 5.2.2 Les minéraux lourds dans les plages de sable 132 5.2.3 Les diamants alluviaux 134 5.2.4 Les autres placers : étain, platine, thorium–uranium 136 5.3 Les gisements de fer sédimentaires 136 5.3.1 Introduction 136 5.3.2 Catégories et caractéristiques des gisements de fer 138 5.4 Les autres gisements sédimentaires : Mn, phosphates, nitrates, sels, soufre 143 5.5 Les latérites 145 5.5.1 La bauxite 145 5.5.2 Les latérites à Ni 150 5.5.3 Les autres gisements latéritiques 152 5.6 L’altération supergène 152 Conclusion 155 Bibliographie 155 Chapitre 6 • Avenir de la géologie économique 157 6.1 Introduction 157 6.2 L’exploitation des terres-rares, éléments peu courants mais nécessaires en petites quantités pour des produits de haute technologie 158 6.3 L’exploitation du lithium, un exemple d’interaction entre géographie, économie, politique, environnement et prospection 159 6.4 Conclusion : l’exploitation et l’exploration minière dans le futur 162 Références 165 Index 169 XI © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. AVANT-PROPOS Pendant l’année qui a précédé l’écriture de ce livre, les prix des métaux se sont élevés à des niveaux record avant de perdre la moitié de leur valeur. L’augmentation des prix a été provoquée par l’accélération de la demande de la Chine et des autres pays émergents ; la chute a été provoquée par la crise économique mondiale. Lorsque les prix étaient élevés, les compagnies d’exploration minière ont lancé de nombreux programmes pour trouver de nouvelles ressources minérales, et ont créé des emplois de géologue explorateur. La chute des prix a étouffé cette demande. Lorsque l’activité économique reprendra, la production repartira à la hausse dans les gisements en exploi- tation et la prospection de nouveaux gisements sera stimulée. Il y aura de nouveau un besoin en géologues ayant des connaissances sur la formation des gisements et sur la géologie économique. Contrairement à la plupart des autres pays, la France a été sufﬁsamment avisée pour maintenir des enseignements de géologie dans les programmes du collège et du lycée, et les étudiants débutent leur cursus universitaire avec quelques connaissances rudimentaires sur le fonctionnement de la planète Terre. Les cours proposés par les universités sont très variés et vont de l’étude des processus pétrologiques et des phénomènes sédimentaires, jusqu’à la géophysique du manteau en passant par les questions environnementales. Mais l’enseignement de la formation et de l’exploitation des gisements miniers n’apparaît pas dans les unités d’enseignement proposées. Les étudiants préparant le CAPES ou l’agrégation de sciences de la vie, de la terre et de uploads/Geographie/ ressources-minerales-1.pdf