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Introduction aux ressources minérales Eric Marcoux Professeur Université d’Orlé

Introduction aux ressources minérales Eric Marcoux Professeur Université d’Orléans 2011/2012 eric.marcoux@univ-orleans.fr Marcoux 2011 2 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 3 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… Marcoux 2011 4 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 Marcoux 2011 5 une maison de ressources minérales Marcoux 2011 6 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. Marcoux 2011 7 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 Marcoux 2011 8 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 Marcoux 2011 9 productions et consommations qui augmentent production/consommation Marcoux 2011 10 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 11 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 Marcoux 2011 12 a) énergie Pétrole Gaz Charbon Uranium Schistes, grès, calcaires et sables bitumineux Énergies renouvelables : éolien, biomasse, solaire, géothermie Marcoux 2011 13 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 14 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) Marcoux 2011 15 Pétrole carburants : essence, gas-oil, kérosène… pétrochimie : tous les plastiques, les goudrons Marcoux 2011 16 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 17 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 Marcoux 2011 18 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) Marcoux 2011 19 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 Marcoux 2011 20 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. Marcoux 2011 21 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 uploads/Litterature/ ressources-minerales 1 .pdf