ressources minerales 1

RESSOURCES MINRALESOrigine, nature et exploitationNicholas T. Arndt Professeur luniversit Joseph-Fourier, Grenoble Clment Ganino Matre de confrences luniversit de Nice - Sophia Antipolis

Prface de Claude Allgre

Illustration de couverture : fer ruban de la mine de fer Tom Price, Palabora, Australie (Photographie de Kurt Konhauser).

Dunod, Paris, 2010ISBN 978-2-10-055081-4

PRFACE

Dunod La photocopie non autorise est un dlit.

Depuis le milieu du XIXe sicle, ltude des gisements minraux a occup une place centrale dans lenseignement et la recherche des sciences gologiques. Du coup, la gologie occupait une place centrale dans lconomie. Dans les annes soixante-dix, la suite du clbre rapport au Club de Rome Halte la croissance qui annonait une pnurie gnralise de matires premires, il y eut de par le monde des initiatives et des nancements pour stimuler encore plus les recherches dans ces domaines. Puis, trs brutalement, lintrt est retomb et, en consquence, lactivit aussi. La raison tait conomique. En partie cause de lvolution technologique qui a minimis leur usage, en partie par suite de lessor dune industrie du recyclage, les rserves de matires premires sont apparues comme sufsantes. Les cours ont chut. Lindustrie minire sest reconcentre sur quelques grands groupes. La prospection minire a considrablement diminu, et les emplois de gologues avec. Du coup, lactivit denseignement et de recherche a chut dans tous les grands pays industrialiss, sauf peut-tre au Canada et en Australie. Aujourdhui, nouveau choc, la conjoncture se retourne. Lessor conomique des grands pays asiatiques, Chine, Inde, Core, bientt Indonsie, ncessite de plus en plus de matires premires minrales. Le dveloppement des nouvelles technologies, soit nergtiques, soit informatiques, ncessite lusage de mtaux rares quon a jusque-l peu prospects (indium, lithium, tantale, terres rares) et dont les rserves prouves semblent trs insufsantes. Avec la reprise du dveloppement du nuclaire, luranium devient lui aussi une ressource potentiellement rare. Du coup, la ncessit de reprendre lactivit de prospection minire devient une urgence. Mais il y a un hic, il y a un pralable, cest de former des spcialistes. Car la majorit des anciens experts sont la retraite. Il faut aussi sengager vers une activit de recherche fondamentale en gochimie an de prospecter les mtaux rares et luranium et les gisements mtalliques faibles teneurs. Ce livre concerne la mtallognie, cest--dire la science des gisements minraux. Cette science est au carrefour de la gochimie, de la ptrographie, de la gologie structurale mais aussi de la chimie et de la mtallurgie. Science carrefour, science difcile et pourtant, comme on la dit, indispensable aux socits humaines. Mais les gisements minraux posent un extraordinaire et fascinant problme gochimiqueV

Prface

en eux-mmes. Comment et pourquoi des lments chimiques habituellement disperss dans lcorce terrestre se concentrent-ils en quelques lieux ? Si lon comprend ces processus, on comprendra coup sr quelques mcanismes gochimiques fondamentaux. Cest dans ce contexte que doit tre situ le livre de Nicholas Arndt et Clment Ganino. Il va opportunment combler une grande lacune. Bien document, bien crit, combinant descriptions gologiques prcises et interprtations gochimiques, cherchant replacer les problmes gologiques dans le contexte conomique mondial, il constitue un excellent livre de rfrence pour les tudiants, mais aussi les chercheurs en gosciences qui voudraient apprendre ou se rorienter vers un domaine qui va coup sr connatre une seconde jeunesse. Il faut chaleureusement fliciter les auteurs pour cette excellente initiative qui vient point nomm ! Claude ALLGRE

VI

TABLE

DES MATIRES

Prface de Claude ALLGRE Avant-propos Chapitre 1 Introduction la gologie conomique 1.1 Quest-ce que la gologie conomique ? 1.2 Pic de cuivre et dautres substances 1.3 Quest-ce quun minerai ? Un gisement minier ?

V XI 1

1 5 10 10 14 16 16 18 20 20 21

1.3.1 Quest-ce quun minerai ? 1.3.2 Quest-ce quun gisement ?1.4 Les facteurs qui inuencent la possibilit dexploitation dun gisement

1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4

Teneur et tonnage Nature du minerai Localisation du gisement Les facteurs conomiques, politiques et techniques

Bibliographie Chapitre 2 Classification, rpartition et utilisation des minerais et gisements 2.1 Classications des minerais

23

2.1.1 Classication par utilisation du mtal ou du minral dintrt 2.1.2 Classication par type de minraux Dunod La photocopie non autorise est un dlit.

23 27 28 29 29 32 33 34 36 36 47 50VII

2.2 Classications des gisements

2.2.1 Une grande diversit de classications pour une grande diversit de gisements 2.2.2 Vers une classication des gisements base sur les processus minralisateurs2.3 Rpartition mondiale des gisements

2.3.1 Les facteurs gologiques 2.3.2 Les facteurs gographiques, conomiques, politiques et sociologiques2.4 Production globale, consommation et commerce des ressources minrales 2.5 Ressources minrales et exploitation minire en France mtropolitaine Bibliographie

Table des matires

Chapitre 3 Les gisements magmatiques 3.1 Introduction 3.2 Les gisements de chromites du complexe du Bushveld, forms par une modication de la squence de cristallisation dun magma 3.3 Les gisements de magntite et de platinodes du complexe du Bushveld, forms par des processus magmatiques et/ou hydrothermaux 3.4 Les gisements de sulfures forms par immiscibilit magmatique

51

51 51 56 58 59 64 72 72 7474 77

3.4.1 Le gisement de sulfures de nickel de Kambalda (Australie) 3.4.2 Les gisements de sulfures de nickel de Norilsk-Talnakh (Russie) 3.4.3 Les autres gisements de sulfure de nickel3.5 Les autres gisements magmatiques 3.6 Conclusion Bibliographie Chapitre 4 Les gisements hydrothermaux 4.1 Introduction 4.2 Les facteurs cls pour la formation dun gisement hydrothermal

77 77 78 79 81 82 83 84 93 101 105 108 109 110 113 114 118 118 119

4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4

Source de mtaux Source et nature des uides Le moteur de la circulation des uides Un site et un mcanisme de prcipitation

4.3 Les principaux exemples de gisements hydrothermaux illustrant les processus mtallogniques

4.3.1 Les gisements damas sulfurs ou sulfures massifs volcanogniques (ou VMS Volcanogenic Massive Sulde) 4.3.2 Les gisements de porphyres 4.3.3 Les gisements sdimentaires exhalatifs (SEDEX) 4.3.4 Les gisements de type Valle du Mississipi ou Mississipi Valley Type (MVT)4.4 Les autres types de gisements hydrothermaux

4.4.1 Les gisements stratiformes de cuivre contenus dans les sdiments 4.4.2 Les gisements duranium 4.4.3 Les gisements doxyde de fer, cuivre, or (en anglais Iron-Oxide copper gold (IOCG) deposits) 4.4.4 Les gisements dor 4.4.5 Les gisements de skarn4.5 Conclusion Bibliographie VIII

Table des matires

Chapitre 5 Les gisements forms par des processus sdimentaires et de surface 5.1 Introduction 5.2 Les gisements de placers

121

121 123 125 132 134 136 136 136 138 143 145 145 150 152 152 155 155157

5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4

Les placers or Les minraux lourds dans les plages de sable Les diamants alluviaux Les autres placers : tain, platine, thoriumuranium

5.3 Les gisements de fer sdimentaires

5.3.1 Introduction 5.3.2 Catgories et caractristiques des gisements de fer5.4 Les autres gisements sdimentaires : Mn, phosphates, nitrates, sels, soufre 5.5 Les latrites

5.5.1 La bauxite 5.5.2 Les latrites Ni 5.5.3 Les autres gisements latritiques5.6 Laltration supergne Conclusion Bibliographie Chapitre 6 Avenir de la gologie conomique 6.1 Introduction 6.2 Lexploitation des terres-rares, lments peu courants mais ncessaires en petites quantits pour des produits de haute technologie 6.3 Lexploitation du lithium, un exemple dinteraction entre gographie, conomie, politique, environnement et prospection 6.4 Conclusion : lexploitation et lexploration minire dans le futur Rfrences Index

157 158 159 162165 169

IX

AVANT-PROPOS


Pendant lanne qui a prcd lcriture de ce livre, les prix des mtaux se sont levs des niveaux record avant de perdre la moiti de leur valeur. Laugmentation des prix a t provoque par lacclration de la demande de la Chine et des autres pays mergents ; la chute a t provoque par la crise conomique mondiale. Lorsque les prix taient levs, les compagnies dexploration minire ont lanc de nombreux programmes pour trouver de nouvelles ressources minrales, et ont cr des emplois de gologue explorateur. La chute des prix a touff cette demande. Lorsque lactivit conomique reprendra, la production repartira la hausse dans les gisements en exploitation et la prospection de nouveaux gisements sera stimule. Il y aura de nouveau un besoin en gologues ayant des connaissances sur la formation des gisements et sur la gologie conomique. Contrairement la plupart des autres pays, la France a t sufsamment avise pour maintenir des enseignements de gologie dans les programmes du collge et du lyce, et les tudiants dbutent leur cursus universitaire avec quelques connaissances rudimentaires sur le fonctionnement de la plante Terre. Les cours proposs par les universits sont trs varis et vont de ltude des processus ptrologiques et des phnomnes sdimentaires, jusqu la gophysique du manteau en passant par les questions environnementales. Mais lenseignement de la formation et de lexploitation des gisements miniers napparat pas dans les units denseignement proposes. Les tudiants prparant le CAPES ou lagrgation de sciences de la vie, de la terre et de lunivers sont quasiment les seuls y tre confronts : les programmes de ces concours les obligent avoir quelques notions de gologie conomique, sans pour autant quils disposent de livres rcents en franais traitant de ce sujet. Nous avons choisi dintituler ce livre Ressources minrales : origine, nature et exploitation plutt que dutiliser les termes de gitologie , ou mtallognie , car notre objectif nest pas uniquement dapporter des informations sur les questions scientiques sur la nature et lorigine des gisements, mais galement dexpliquer comment, o, et pourquoi les substances minrales sont utilises dans la socit moderne, et dillustrer quel point la socit a besoin des minerais. Comme nous le montrons dans le premier chapitre, les dnitions dun minerai et dun gisement sont bases sur des facteurs conomiques (un minerai est un matriel dont lextraction gnre un prot). Pour traiter de faon comprhensible le sujet, il est ncessaire de discuter de ce qui distingue les diffrents gisements miniers et de ce fait, quelques connaissances minimales sur les aspects commerciaux des oprations minires et sur les changes mondiaux des matires minrales sont indispensables.XI

Avant-propos

Lactivit dans ce domaine est cyclique, et si lindustrie minire est temporairement en lger dclin, avec la croissance conomique mondiale alimente par la Chine et les autres pays mergents, les gologues seront bientt de nouveau convoits. Le dveloppement de lactivit concidera avec la prise de conscience croissante de la fragilit de notre plante, particulirement vis--vis du rchauffement climatique. Des appels un dveloppement durable accompagneront la reprise de croissance conomique, et lextraction, le transport, la purication et lutilisation des ressources minrales seront lobjet de contrles minutieux. Les tudiants ont peu denseignements dans ce domaine et sils disposent de cours sur lcologie et lenvironnement, lactivit minire y est prsente comme trs nfaste. Par le pass, lexploration et lexploitation de gisements miniers ont effectivement entran des dommages mais sur des supercies heureusement limites. Une activit minire ne tenant pas compte des consquences environnementales ne sera plus permise lavenir. Cependant, lHomme ne peut se passer dacier et daluminium pour construire des oliennes, par exemple ni de cuivre et de silicium pour construire des panneaux solaires. Mme si le recyclage des mtaux gagne en importance et en efcacit, du minerai devra encore tre extrait et cela pour longtemps. Ce sont ces aspects ainsi que dautres problmes du mme ordre qui sont traits dans notre livre. Nous avons souhait ajouter des exercices an dillustrer la complexit, les contradictions ainsi que les dilemmes poss par les besoins en ressources naturelles de la socit. Nous traitons de la question du moment, ou plus exactement de la possibilit que les ressources en divers mtaux soient un jour puises. Nous prenons en compte la notion de dveloppement durable et datteinte lenvironnement lie lexploitation minire. Actuellement les besoins des pays industrialiss sont en partie assouvis par limportation de minerai des pays moins dvelopps. Nous essayons enn de considrer les aspects conomiques et thiques de ces changes. Le premier auteur est de culture anglo-saxonne ultralibrale : il ne se dconcerte pas et croit sincrement tout ce qui est crit dans ce livre ; les points de vue du second auteur appartenant une gnration colo-rationaliste sensibilise aux problmes lis la prservation de lenvironnement sont plus nuancs. Dans cet ouvrage, nous navons pas hsit exprimer nos points de vue diffrents. Un tudiant franais dont les connaissances sur lexploitation et les changes mondiaux des ressources minrales proviennent sans doute des mdias locaux accueillera certains de nos exemples avec surprise, mais nous navons pas modr notre discours pour nous conformer aux opinions dominantes. Au contraire, nous avons illustr cet ouvrage dexemples dlibrment provocateurs pour interroger le lecteur et encourager de vritables discussions sur ces problmes importants. Dans les deux premiers chapitres ainsi que dans le dernier, les aspects gologiques et conomiques sont traits de faon quilibre. Nous y dnissons les termes de minerai et de gisement, et nous discutons de leurs diverses classications, expliquant que ltude des gisements miniers est intrinsquement lie des facteurs conomiques. Nous y expliquons aussi comment la viabilit des gisements miniers dpend directement du prix du mtal, qui dpend lui-mme de la balance entre la disponibilit des ressources et les volumes de substances dont la socit a besoin. Le thme central deXII

Avant-propos

ces chapitres concerne donc les facteurs qui contrlent la demande de la socit et la manire par laquelle la dcouverte de nouveaux gisements rpond la demande. Un panorama de la rpartition mondiale des gisements est donn dans quels lieux les minerais sont extraits, o sont-ils puris, et o la substance utile nale est-elle consomme. Le second chapitre se termine par quelques lments hlas essentiellement historiques sur les ressources minrales et sur lexploitation minire en France. Les trois chapitres qui suivent sont plus gologiques. Nous y traitons de la nature et de lorigine de trois grandes catgories de gisements : ceux forms par des processus magmatiques, ceux qui rsultent de la prcipitation de minraux partir de uides hydrothermaux et ceux qui ceux se forment lors de processus sdimentaires et de surface. Laccent est mis sur les processus et lobjectif nest pas de dcrire exhaustivement les gisements miniers mais plutt daborder les quelques mcanismes de formation importants en se basant sur des exemples connus. Les ressources minrales en eau et en combustibles fossiles sont absentes de cet ouvrage. Les matires carbones (charbon, houille, ptrole ou gaz naturel) sont des substances exploites massivement et qui gnrent dimmenses prots pour les pays do elles sont extraites. Leur processus de formation par accumulation, prservation et maturation de matire organique nest pas dtaill ici car il sagit dun processus essentiellement biochimique. Dautre part, lexploitation de leau est une activit singulire pour laquelle les ressources sont lies la fois au climat et aux qualits du sous-sol drain. Les caractristiques et lexploitation des ressources en eau sont lobjet dtude de lhydrologie et ne seront donc pas prsentes dans ce livre consacr exclusivement aux processus mtallogniques essentiellement ptrologiques et gochimiques. Le dernier chapitre traite enn du futur de la gologie conomique, en France et par le monde. Nous tenons remercier Chris Arndt, Anne-Marie Boullier, Dominique Decobecq, Marie Dubernet, Mlina Ganino, Jon Hronsky, Emilie Janots, Elaine Knuth, Jrme Nomade, Michel Piboule, Gleb Pokrovski et Chrystle Verati pour leur lecture attentive et leurs commentaires et suggestions damliorations cet ouvrage. Nous remercions galement Grant Cawthorn, Axel Hofmann, Kurt Konhauser et Peter Mueller pour les photographies quils nous ont fournies. Nicholas ARNDT et Clment GANINO

XIII

INTRODUCTION LA GOLOGIE CONOMIQUE1.1 Quest ce que la gologie conomique ?

1

PLAN OBJECTIFS

1.2 Pic de cuivre et dautres substances 1.3 Quest ce quun minerai et quest ce quun gisement minier ? 1.4 Les facteurs qui inuencent la possibilit dexploitation dun gisement. Comprendre en quoi consiste la gologie conomique Comprendre ce quon appelle un gisement minier Connatre les facteurs qui contrlent lexploitabilit dun gisement

1.1 QUEST-CE

QUE LA GOLOGIE CONOMIQUE?


Pour commencer ce chapitre, intressons-nous la gure 1.1, qui traite de lvolution du prix du cuivre, des teneurs moyennes en cuivre dans le minerai et de la quantit totale de cuivre extraite depuis 1900. Au dbut du sicle dernier, la tonne de cuivre cotait 7 000 US$ (prix rapport la valeur actuelle du dollar) ; jusquen 2002, son prix a t divis par trois et a baiss jusqu 1800 US$, puis, au cours des trois dernires annes prcdant 2008 (anne dcriture de ce livre), son prix a fortement augment jusqu environ 7 000 US$. Pendant la mme priode, la quantit totale de cuivre extraite a augment graduellement, lexception des priodes au dbut des annes 1920 et au dbut des annes 1930 pendant lesquelles le prix et la production ont baiss. En 2008-2009, le prix et la production ont galement chut. Comment expliquer ces changements ? Que reprsentent-ils par rapport la dcouverte de gisements, lextraction de minerai et lutilisation des mtaux par la socit ? Comprendre ces concepts est la base de la gologie conomique. La France a t autrefois un pays minier exploitant de riches gisements de charbon, de bauxite, de fer et dautres mtaux, ainsi que duranium. Les scientiques franais taient lavant-garde sur le terrain et ont contribu activement la comprhension des processus de formation des gisements. Comme dans les autres pays, les disciplines1

Chapitre 1 Introduction la gologie conomique

comme la gtologie, la gologie minire et la mtallognie taient enseignes dans toutes les universits et de nombreux gologues trouvaient des emplois dans ces domaines en France ou dans ses colonies. Tout cela a chang lors des dernires dcennies du XXe sicle, tandis que les mines ont ferm les unes aprs les autres en France et tandis que les colonies ont gagn leur indpendance. Dans les annes 1990, trs peu de cours de gologie minire ont t proposs dans les formations universitaires. Cependant, au cours des dernires annes, les choses ont trs rapidement chang, les tudiants trouvent facilement des emplois de gologue sur le terrain (rarement en France mais trs couramment ltranger) et les cours sur les gisements mtallifres ouvrent de nouveau. Les raisons de ce changement sont celles prsentes dans la gure 1.1, savoir, la hausse du cot des matires premires.16

14

prix du cuivre en (US$ / tonne) / 100 production de cuivre en (x 100 000 tonnes / an) teneur moyenne des gisements de cuivre en (%)

12Croissance d'aprs guerre

Premire guerre mondiale

crise conomique

10

8

6

Deuxime guerre mondiale

4

Crise

2

0 1895 1915 1935 1955 1975 1995

Anne

Figure1.1 volution de la production et du prix du cuivreau cours des 120 dernires annes. Statistiques de lUSGS, Mineral Resources Program, disponibles sur internet ladresse http://minerals.usgs.gov/products/index.html.

Comment expliquer les tendances globales ; la large corrlation entre prix et teneur du minerai, lanticorrlation entre prix et production et les priodes qui mentent la rgle dans les annes 1930 et dans les dernires annes ? Considrons tout dabord2

Crise

1.1 Quest-ce que la gologie conomique?

la tendance globale de baisse des prix. Pourquoi le prix du cuivre en lan 2000 atteignait-il seulement 30 % de son prix un sicle plus tt ? Rchissons aux raisons fondamentales de cette baisse de prix : 1. Une premire raison en apparence contradictoire est lpuisement des gisements riches et facilement exploitables. Ces gisements ntant plus exploits, on sest intress aux gisements avec de plus faibles concentrations en cuivre. La teneur moyenne en cuivre des gisements exploits est passe denviron 1 % la n du XIXe sicle environ 0,5 % au dbut du XXIe sicle. Pendant la mme priode, les exploitations proximit des centres industriels en Europe et aux tats-Unis ont ferm, tandis que de nouvelles mines ont t ouvertes, souvent sous des climats hostiles et avec des conditions dexploitation difciles, loin des rgions o le mtal est utilis. On pourrait penser que cette tendance est associe une rarfaction du cuivre, une baisse de loffre qui, selon le principe conomique de loffre et la demande, devrait avoir entran une hausse du prix. Cest en fait linverse qui sest produit lchelle du sicle. Pourquoi ? 2. La raison principale qui explique la diminution du prix du cuivre est lamlioration de la technologie : laugmentation de lefcacit de lexploitation des mines, qui comprend un certain nombre dtapes depuis la recherche de nouveaux gisements, jusqu lextraction du minerai et enn la purication des mtaux partir du minerai. Il y a cent ans, il tait possible dexploiter uniquement les gisements contenant des teneurs relativement leves en cuivre, condition quils soient proches de la surface et localiss proximit des centres industriels. Seuls quelques gisements exceptionnellement grands et prsentant des teneurs trs leves taient exploits dans des rgions loignes (par exemple le gisement de Cu-Ni-platinodes de Sudbury au Canada ou le gisement de Broken Hill en Australie). Les amliorations des techniques dextraction et de purication ont tout chang. Les mines de cuivre sont dsormais de gigantesques exploitations, la plupart du temps des mines ciel ouvert, qui extraient des centaines de milliers de tonnes de minerai par jour. En plus de cet avantage dchelle, lutilisation de techniques modernes rend dsormais possible lexploitation de minerai dont les teneurs en cuivre sont relativement faibles (de lordre de 0,5 %). Dunod La photocopie non autorise est un dlit.

Intressons nous maintenant aux dtails des volutions illustres dans la gure 1.1. La baisse du prix du cuivre dans les annes 1930 et la diminution de la production du cuivre correspondante concident avec la grande dpression. Lconomie mondiale sest effondre, la demande en cuivre a baiss, entranant immdiatement des rpercussions sur le prix. Linverse sest produit au dbut du XXIe sicle. Les miracles conomiques en Chine et, dans une moindre mesure, en Inde, ont fait exploser les demandes industrielles et sociales de prs de 2 milliards dindividus (gure 1.2). La construction des tlphones portables et des centrales lectriques dont ils ont besoin (pour vivre dune faon comparable aux Europens ou Nord-Amricains), a rendu ncessaire une acclration de la production de cuivre. Loffre a en fait augment bien plus lentement que la demande et le prix de ce mtal sest rapidement lev.3


a

b

Figure1.2 (a) volution de la production de mtaux depuis le milieu du XIXesicle. (b) volution de la teneur moyenne des gisements depuis le milieu du XIXe sicle.Source : Mudd (2007).

Comment cette forte demande a-t-elle t accueillie ? Il nest pas possible de dcouvrir quotidiennement de nouveaux gisements et en moyenne, il scoule 7 12 ans entre la mise en place dun nouveau programme dexploration et le dmarrage de lexploitation du gisement. La production de cuivre a augment rgulirement pendant les deux dernires dcennies. Cette augmentation a dbut pendant une priode de4

1.2 Pic de cuivre et dautres substances

baisse de prix et sest poursuivie avant 2008 alors que le prix du cuivre a tripl. Depuis, la crise nancire a largement rduit la production industrielle, la demande en matires premires et nalement le prix du cuivre. Dans un premier temps, laugmentation de la production a t possible grce lamlioration des techniques dextraction et de purication et grce louverture de nouvelles grandes mines forte production (particulirement en Amrique du Sud et en Ocanie). Mais pendant les annes 1990, de nombreuses mines ont t dcitaires, le cot dexploitation tant difcilement couvert par la vente du mtal. Depuis 2005, alors que le prix du cuivre a augment, les mines jusqualors dcitaires ont soudainement ralis dimportants prots. Dautres gisements, dcouverts et valus par les compagnies dexplorations mais dont lexploitation qui ntait pas rentable dans les annes 1990 avec des prix du cuivre trs bas navait pas t engage, sont subitement devenus intressants. Le gisement na pas t modi, il contient toujours la mme concentration et la mme quantit de cuivre, ainsi que la mme position gographique et gologique. Mais un gisement qui ntait pas conomiquement rentable en 1998 est devenu potentiellement trs rentable en 2008. Ces ides nous amnent considrer plusieurs dnitions fondamentales pour la gologie conomique.

1.2 PICExercice 1.1

DE CUIVRE ET DAUTRES SUBSTANCES


tudiez les dclarations suivantes et expliquez en quoi elles nous renseignent sur les ides rpandues propos de la gologie conomique et de lindustrie minire. Les cologistes anglais ont propos lapplication dun nouvel impt sur les mtaux rares comme largent, le plomb et le cuivre. Que pensez-vous de cette suggestion ? Un journaliste a rcemment suggr quune guerre pourrait se dclarer propos des dernires gouttes de ptrole. Est-ce un concept raisonnable et raliste ? Dans les annes 1990 un chercheur japonais a dvelopp un nouveau type de catalyseur dans lequel le platine (Pt) est remplac par du manganse (Mn). Est-ce une dcouverte importante ? LMENTS DE SOLUTION. Considrons la dernire dclaration. Pourquoi le remplacement du platine par du manganse dans les catalyseurs assembls sur les nouvelles voitures serait une dcouverte importante ? La rponse est lie au prix de ces deux mtaux. En fvrier 2008, le platine tait vendu 100 par gramme et le manganse 10 cents par gramme (10 000 /t) soit 1000 fois moins cher. Il est clair que si le manganse pouvait remplacer le platine, les catalyseurs seraient alors beaucoup moins coteux. Actuellement, le cot du mtal correspond la moiti du cot du catalyseur, donc si le manganse remplaait le platine, le cot serait peu prs divis par deux (hlas, ce processus ne fonctionne pas et le platine continue dtre un mtal trs recherch). Mais la question qui est souleve ici5


est : pourquoi le platine est-il beaucoup plus cher que le manganse ? Considrons les deux autres dclarations. Elles reposent sur lide que nos ressources naturelles en certains mtaux et en ptrole vont bientt tre totalement extraites et puises. Est-ce un concept raisonnable ? Une faon dexprimer cette ide est celle du peak-oil (pic de ptrole), ide que la production globale de ptrole est passe (ou va passer trs bientt) par un maximum et que la croissance mondiale va connatre de graves difcults (Peut tre avez-vous vu une mission la tlvision montrant une otte arienne choue dans un aroport, les dernires gouttes de krosne ayant t utilises). Historiquement, les seules ressources naturelles qui ont t presque totalement puises sont paradoxalement renouvelables. Le spermaceti est ainsi un organe trs riche en lipides situ dans le crne des cachalots, qui a t un produit trs rentable de lindustrie baleinire au XVIIIe et XIXe sicles. Il tait utilis comme huile de haute qualit pour les lampes, et comme lubriant. Un pic de spermaceti sest droul au dbut du XXe sicle alors que la pche excessive avait rduit considrablement le nombre de cachalots. Les prix ont augment drastiquement ce qui a conduit la recherche et la dcouverte de substituts : llectricit la place des lampes huile et lhuile de jojoba en tant que lubriant. La demande pour le spermaceti a alors connu une chute, alimente par la pression cologique de rduire ou dinterdire la chasse la baleine et maintenant, les stocks de cachalots se reconstruisent lentement tandis que mme les baleiniers japonais ne parlent plus de les chasser.

Exercice 1.2 Pic de spermaceti = pic de ptrole ?

Dans ce premier chapitre, nous venons de faire une comparaison entre la production et la consommation de deux substances trs diffrentes : le spermaceti et le ptrole. La premire est un produit naturel renouvelable ( condition que les cachalots ne soient pas chasss jusqu extinction ou menacs par les multiples pollutions anthropiques). La seconde est une ressource fossile, dont le processus de formation a dur plusieurs millions dannes et qui ne sera plus produite en quantit dans les quelques annes venir. Le spermaceti a t utilis pendant le XIXe sicle, mais uniquement par une partie privilgie et trs limite de la population mondiale. Le ptrole est utilis actuellement partout sur la plante. Il est source dnergie pour les populations riches comme pour les populations plus pauvres, et joue un rle essentiel dans notre socit industrialise moderne. Lpuisement des ressources ptrolires, si elle se produit dans les annes venir, aurait sans doute des consquences beaucoup plus dramatiques que labsence de spermaceti. Est-il ridicule dassocier spermaceti et ptrole (comme la exprim lun des lecteurs attentifs de ce livre), ou est-ce que cette comparaison a un sens ? Discutez.6


Un parallle peut tre fait avec lexploitation de tout autre produit naturel, ptrole inclus. Mme sil y a peu de doute que la production dhydrocarbures et de gaz naturel passera bientt par un pic , peut tre cette dcennie, peut tre beaucoup plus tard, cela ne signie pas clairement que le pic est li lpuisement des rserves de ptroles. Comme loffre diminue, ou est perue comme en diminution, le prix va connatre une hausse qui entranera invitablement une baisse de la demande. Lutilisation du ptrole va dcliner et nous apprendrons moins gaspiller dnergie (amlioration des systmes de transport, chauffage plus efcace) ou trouver des sources dnergie alternatives ; de la mme manire que les pressions de la socit et du corps scientique ont contribu bannir la chasse au cachalot, elles vont dsormais limiter lutilisation du ptrole an de rduire la vitesse du rchauffement climatique. Un autre parallle peut tre propos avec la production des ardoises, qui ont t trs utiles pour couvrir les toitures des maisons. Le pic dardoises a eu lieu au dbut du XXe sicle, puis la production a diminu sans que lon puisse pour autant mettre en cause lpuisement des ressources. Le cot et les efforts importants ncessaires la construction des toits en ardoises ont simplement t les facteurs limitants, et des matriaux de substitution ont t trouvs. Rcemment, des articles de journaux et des blogs ont commenc parler du pic de cuivre . Lide que nous allons bientt manquer de ressources naturelles, mtaux inclus, nest pourtant pas nouvelle. Malthus dans son fameux article de 1798 intitul An Essay on the Principle of Population, as it Affects the Future Improvement of Society with Remarks on the Speculations of Mr. Godwin, M. Condorcet, and Other Writers , prdisait que laugmentation de la population puiserait rapidement loffre en nourriture et en ressources naturelles. Cette ide a depuis t rgulirement diffuse. Dans le livre Limits to Growth , Meadows et ses collaborateurs ont labor des modles dans lesquels la population et la consommation augmentent exponentiellement tandis que le taux de dcouverte de nouvelles ressources augmente linairement ou pas du tout. La consquence, prsente dans la gure 1.3, est lpuisement rapide des ressources naturelles auxquelles appartiennent les ressources minires. Daprs ce modle, prsent en 1970 lorsque le livre de Meadows a t crit, tout le cuivre devrait avoir t puis en 2009 lorsque nous crivons ce livre. Ce nest pas du tout ce qui sest pass et le cuivre continue dtre exploit de par le monde. En 1970, en prenant en compte la consommation de cuivre de lpoque, la quantit totale de mtal connue dans des gisements clairement identis tait sufsante pour rpondre la demande pendant 21 48 ans selon les hypothses faites. Le tableau 1.1 compare les chances prvues pour lpuisement du cuivre et de six autres mtaux, telles questimes par Meadows et ses collaborateurs, dautres estimations faites en 2009 par Mining Environmental Management, un journal industriel. Malgr 40 ans de consommation, les estimations des chances avant puisement de ces mtaux ont trs peu chang, et dans certains cas elles ont mme augment ! Comment cela est-il possible ?7



Tableau 1.1 chances avant puisement de plusieurs mtaux,telles questimes en 1972 et en 2009. 1972 (S) Aluminium Cuivre Or Fer Nickel Argent Zinc 31* 21 9 93 53 13 18 1972(L) 55 48 29 173 96 42 50 2009 131 32 16 178 41 13 17

* nombre dannes estim avant que le mtal ne devienne cher et son offre limite. 1972 (S) Indice exponentiel de Meadows et al. (1972). 1972 (L) Indice exponentiel de Meadows et al. (1972) en prenant en compte des ressources cinq fois suprieures celles connues lpoque. 2009 Estimation du Mining Environmental Management.

Plusieurs facteurs sont en fait entrs en jeu. Le premier facteur est tout dabord, la dcouverte de nouveaux gisements. Il est important de comprendre que les compagnies minires et les agences gouvernementales nont aucun intrt dpenser de largent pour trouver des ressources qui ne seront pas exploites dans un avenir proche. Si une compagnie minire ou un gouvernement ont prouv quil existe sufsamment de cuivre dans les gisements connus pour les 2 ou 3 prochaines dcennies, et que ce cuivre peut tre exploit avec les technologies actuelles, il nest pas utile de chercher davantage de ressources. Le second facteur, qui na pas t considr sa juste valeur par Meadows, est limpact des progrs technologiques. Ils permettent des gisements dtre exploits mme sils sont de faible teneur, et ils rendent conomiquement viable lextraction des substances utiles partir dautres ressources minrales. Plusieurs exemples de lvolution des techniques dextraction et de purication du minerai seront donns dans les prochains chapitres. Pour ces raisons, plusieurs spcialistes estiment que loffre en mtaux et en autres substances minrales sera sufsante pour les besoins de la socit pour les dcennies venir. Les autres paramtres, associs laugmentation de la population mondiale et qui avaient t correctement identis par Meadows et ses collaborateurs en 1972, pourraient avoir des consquences plus graves. Mme si lon pense quavec lamlioration des modes de vie et du niveau dducation dans les pays en voie de dveloppement, le taux de croissance de la population devrait diminuer, laddition de 1 2 milliards de personnes la population dj existante exercera une contrainte svre sur lexploitation des ressources de la plante. La comptition croissante pour la nourriture et leau, les diverses consquences dune pollution de plus en plus8


(a)

augmentation exponentielle de la population et de la consommation

tatio augmen

n linair

re e de l'of

1970

2000 anne

2030

(b)ressources naturelles population production industrielle par habitant

nourriture par habitant

pollution

1900

2000 anne

2100

Figure1.3 Modle dvolution des ressources naturelles, de la nourriture et de la production industrielle par habitant, ainsi que de la pollution et de la population. Dunod La photocopie non autorise est un dlit.

Daprs Meadows, The Limits to Growth.

importante et de faon plus limite la rarfaction du ptrole, seront des ds majeurs pour lhumanit. Au contraire, et mme si une vritable vision long terme est trs difcile, nous dclarons que les ressources en cuivre et en la plupart des autres substances minrales ne seront JAMAIS puises. Pour comprendre pourquoi nous devons discuter de la dnition dun gisement.

9


1.3 QUEST-CE QUUN MINERAI? UN GISEMENT MINIER?1.3.1 Quest-ce quun minerai?Daprs la dnition gnralement accepte, un minerai est un matriau solide naturel qui contient une substance utile dont lextraction gnre des prots. Il y a plusieurs lments cls dans cette dnition. On entend par substance utile lide que la matire doit tre utile voire essentielle la socit, comme le sont par exemple les mtaux, les ressources nergtiques, ou certains minraux prsentant des proprits particulires. Une liste reprsentative des substances utiles est propose dans le tableau 1.2.Tableau 1.2 Proprits et utilisation de quelques substances utiles(lments, minraux et roches). Famille Mtaux alcalins Substance utile Csium (Cs) Lithium (Li) Potassium (K) Rubidium (Rb) Sodium (Na) Mtaux alcalinoterreux Baryum (Ba) Bryllium (Be) Calcium (Ca) Magnsium (Mg) Radium (Ra) Strontium (Sr) Mtaux de transition Argent (Ag) Cadmium (Cd) Chrome (Cr) Cobalt (Co) Cuivre (Cu) Utilisations/proprits Source de radioactivit (horloge atomiques, mdecine) Anode de batterie Industrie pharmaceutique Cellules photovoltaques, verre de scurit Industrie pharmaceutique, cosmtique, pesticides Pigeage des gaz rsiduels dans les tubes cathodiques Agent durcissant de certains alliages Production dalliages Industries chimiques et pharmaceutiques, production dalliages Luminescence (aiguilles de montre) Vernis et glaures des cramiques, tubes cathodiques Joaillerie, orfvrerie, photographie Accumulateurs lectriques, alliages Alliage (rsistance la corrosion et brillance de lacier inoxydable) Alliages, catalyseur dans lindustrie chimique et ptrolire Conducteurs lectriques, alliages

10

1.3 Quest-ce quun minerai? Un gisement minier?

Tableau 1.2 Proprits et utilisation de quelques substances utiles(lments, minraux et roches). (Suite) Famille Mtaux de transition (suite) Substance utile Fer (Fe) Hafnium (Hf) Iridium (Ir) Manganse (Mn) Mercure (Hg) Utilisations/proprits Constructions mtalliques Filaments des lampes incandescence, racteurs nuclaire, alliages, processeurs Alliages (durcissement des alliages de platine), traitement des lunettes de ski (aspect miroir) Alliages, piles lectriques, engrais Industrie pharmaceutique, cathodes, lampes uorescence, plombages dentaires, piles lectriques, thermomtres Alliages (durcissement de lacier), catalyseur (industrie ptrolire) Alliages, accumulateurs lectriques, cordes de guitare Alliages, aimants supraconducteurs Joaillerie, orfvrerie, monnaie, dorure Alliages (avec les platinodes) : pointes de stylo plumes, pacemaker Composants lectroniques (tlphones cellulaires, ordinateurs), catalyseur, capteur dhydrogne, joaillerie Catalyseur, capteur dhydrogne, alliages (rsistance la temprature), joaillerie Alliages, joints des cellules enclumes de diamant Catalyseur, tubes rayons X, miroir (rverbration et duret), joaillerie Alliages (renforce la rsistance du titane la corrosion), disques durs, supraconducteurs Alliages (surtout daluminium), lampe halognure mtallique Condensateurs lectroniques Imagerie mdicale Pigment, alliages Carbure de tungstne utilis dans la formation des pices dusure industrielles Additif dans lacier, catalyseur

Molybdne (Mo) Nickel (Ni) Niobium (Nb) Or (Au) Osmium (Os) Palladium (Pd)

Platine (Pt) Rhnium (Re) Rhodium (Rh) Ruthnium (Ru) Dunod La photocopie non autorise est un dlit.

Scandium (Sc) Tantale (Ta) Techntium (Tc) Titane (Ti) Tungstne (W) Vanadium (V)

11


Tableau 1.2 Proprits et utilisation de quelques substances utiles(lments, minraux et roches). (Suite) Famille Mtaux de transition (suite) Substance utile Yttrium (Y) Zinc (Zn) Utilisations/proprits Tubes cathodiques, laser (YAG), alliages supraconducteurs Galvanisation (protection de lacier contre la corrosion par dpt dune ne couche de Zn), laiton (alliage cuivre-zinc) Enveloppe du combustible nuclaire, faux diamants Transport, emballage, construction, ls lectriques Fusible, verre, cramiques, industries pharmaceutique et cosmtique Bronze (cuivre et tain), fer blanc (acier recouvert dtain) des boites de conserves, lectronique (tamage et soudures), monnaies Cellules photovoltaques, dtecteurs infrarouges, mdecine nuclire Accumulateurs lectriques (batteries de voiture), conduites deau, gouttires, cristallerie, munitions Thermomtres basse temprature, dtecteurs infrarouges Duret, proprits esthtiques Duret Douceur, proprits lubriantes Abbrasivit Rsistance au feu Rsistance au feu, isolation lectrique Proprits ltrantes Densit (boue de forage) Caractre rfractaire Caractre rfractaire Fusibilit Alimentation, aptitude baisser la temprature de fusion de leau (dneigeage) Proprits optiques (rend les papiers et peintures brillants)

Zirconium (Zr) Mtaux pauvres Aluminium (Al) Bismuth (Bi) tain (Sn)

Indium (In) Plomb (Pb) Thallium (Tl) Minraux et roches Diamant Corindon ou meri Talc Pierre ponce Amiante Mica Diatomite Barytine Andalousite Disthne Albite Halite Calcite

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Les utilisations du cuivre, le mtal pris en exemple jusqu prsent, sont videntes. Sans ce mtal (ou dautres mtaux aux proprits similaires), il ny aurait pas de postes de tlvision, de centrales lectriques, de TGV ou dustensiles de cuisine en laiton. Les autres mtaux, comme le fer, le manganse, le titane et lor, ont une multitude dutilits diffrentes dans la socit dans laquelle on vit et quelques-unes sont numres sur le site internet de lUSGS (United States Geological Survey) ladresse http://minerals.usgs.gov/granted.html. Mais la dnition de minerai inclut galement les ressources nergtiques, et en particulier le charbon et luranium. Le ptrole est normalement exclu de la dnition qui est restreinte aux solides, mais le bitume que lon trouve dans des gisements comme les sables bitumineux dAthabasca au Canada pourrait tre considr comme un minerai. Enn, il existe toute une gamme de substances, gnralement de faible cot, qui sont extraites et sont galement considres comme des ressources minrales : cette liste comprend les matriaux utiliss en construction comme les calcaires dont on fait le ciment, mais galement les granulats dont on fait les routes, les engrais, les abrasifs, et mme le sel.

CA EN CART 1.1 Le criticality index du United States

Geological Survey (USGS)


En 2007, un comit de gologues et dconomistes travaillant dans plusieurs organisations gouvernementales et universits des tats-Unis, a publi un rapport dans lequel loffre en un grand nombre de mtaux et de substances minrales est value. Ce rapport (disponible ladresse internet http://dels.nas.edu/dels/rpt_ briefs/critical_minerals_nal.pdf) est consacr la situation amricaine, mais les principales conclusions sappliquent galement aux pays europens. Le comit a dni un indice, nomm criticality index (gure 1.4) qui considre limportance de la substance dans notre socit industrielle (axe des abscisses) et le risque de restriction de son offre (axe des ordonnes). Limportance dune substance ne dpend nalement pas tant de la quantit quon en utilise, mais de si elle est critique pour certaines utilisations, et de si elle peut tre substitue par dautres matriaux. De son ct, le risque de restriction de loffre dpend de facteurs comme la possibilit pour un produit dtre produit localement ou la ncessit dimportation, la localisation des sources et la stabilit politique des pays exportateurs. Dans la gure 1.4, nous voyons que le cuivre est relativement important mais ne comporte pas de risque rel dapprovisionnement dans la mesure o ce mtal est produit la fois au tats-Unis et dans de nombreuses rgions du monde. Les terres rares et les platinodes, au contraire, sont utiliss de faon trs spcique et sont trs difciles remplacer. Comme ils sont produits dans un nombre assez restreint de rgions pas forcement trs stables, leur criticality index est trs lev.

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impact dune restriction dapprovisionnement

4lev

Mn In

Rh Pt REE Pd

3 2 1faible

Cu

Nb Ta Ga V Ti Li

faible

1

2

3

lev

4

risque concernant lapprovisionnement

Figure1.4 Le criticality index de lUSGS pour quelques mtaux.Le Rh est parmi les mtaux les plus critiques .

1.3.2 Quest-ce quun gisement?Un gisement est une accumulation de substance utile qui est prsente en concentration sufsante pour tre extraite en gnrant des prots. Dans cette dnition se trouvent la fois les termes substance utile et prot : cest une dnition gologique et conomique. Pour comprendre ces ides, considrons lexercice suivant.

Exercice 1.3 Choix dun site dexploitation

Imaginons que vous soyez directeur dune compagnie minire et quun prospecteur vienne vous proposer dacheter une proprit parmi la liste suivante. Votre tche serait alors de dcider quel est le meilleur gisement pour une exploitation dans les 5 10 ans venir. 1. Un gisement de 10 millions de tonnes avec 0,2 % de Cu Lille. 2. Un gisement de 1 million de tonnes avec 1 % de Cu Lille.14


3. Un gisement de 10 millions de tonnes avec 2 % de Cu Maamorilik (cte ouest de Groenland). 4. Un gisement de 10 millions de tonnes avec 5 % de Cu dans le nord-ouest du Pakistan. 5. Un gisement de 5 millions de tonnes avec 1 % de Cu Lille. 6. Un gisement de 1 000 millions de tonnes avec 0,8 % de Cu Lille. 7. Un gisement de 1 000 millions de tonnes avec 0,8 % de Cu dans le Parc des crins (Alpes). LMENTS DE SOLUTION. Vous pouvez voir que cette liste comprend sept gisements de cuivre qui se distinguent par leur taille, leur teneur en cuivre et leur localisation. Pour faire un choix, le plus facile est dliminer les gisements les moins attractifs parce quils sont trop petits, parce que leur teneur en cuivre est trop faible, ou parce quils sont situs dans des rgions inhospitalires. Pour vous aider dans ce choix, vous vous rappellerez que nous avons dit dans la partie prcdente que les gisements de cuivre exploits contiennent en gnral plusieurs centaines de millions de tonnes de minerai dont la teneur moyenne en cuivre est environ 0,8 %. Avec cette information, nous pouvons liminer le gisement numro 1, dont la teneur en cuivre est trop faible, et le gisement numro 2 qui est trop petit. Le gisement de Maamorilik, situ sur la cte ouest du Groenland environ 500 km au nord du cercle arctique, est peu attractif cause de sa taille (assez petite) et de sa localisation1 (dans une rgion au climat extrme et loigne des centres industriels). Compte tenu de ltat de guerre qui existe dans la zone tribale du nord-ouest du Pakistan (gisement numro 4), aucune compagnie minire responsable nenvisagerait dexploiter un gisement dans cette rgion. Le gisement 7 est situ dans un Parc National. Il ne fait aucun doute que louverture dune exploitation minire dans ce site naturel ferait face de vives protestations de la population et des pressions politiques. Le dpartement du Pas-de-Calais, dans laquelle se trouvent les deux derniers gisements, a eu une longue histoire minire. Si une exploitation devait tre ouverte en France mtropolitaine, cest sans doute dans cette rgion quelle serait le mieux accueillie. Pour choisir entre ces deux gisements on peut comparer la masse totale de mtal : le gisement numro 5 contient 50 000 tonnes, alors que le gisement numro 6 contient 8 millions de tonnes (Mt). La trs grande quantit de mtal contenue dans le gisement 6 pourrait compenser lexcdent de dpense lors de lexploitation dun minerai un peu moins concentr.1. Des gisements plus importants pourraient tre intressants. Le gisement de Pb-Zn de Black Angel, galement situ Maamorilik, a t exploit partir de 1973 et a ferm en 1990 cause de la diminution du prix des mtaux (lvolution des prix du plomb et du zinc a suivi une mme tendance que celle du prix du cuivre montre en gure 1.1). En 2006, le retrait dun glacier sur la cte du Groenland a fait apparatre un gisement immense de Zn-Pb-Ag dont le minerai, trs riche en mtaux, est actuellement exploit enn un effet positif du rchauffement climatique ?15



1.4 LES FACTEURS QUI INFLUENCENT DEXPLOITATION DUN GISEMENT1.4.1 Teneur et tonnage

LA POSSIBILIT

Quelques lments sur les relations entre la teneur, le tonnage et la viabilit dun gisement ont t montrs dans lexercice 1. Pour quun gisement soit exploitable, il faut quil contienne plus quune concentration minimale et un tonnage minimal dune valeur marchande. La gure 1.5a montre de faon trs schmatique que les gisements sont disposs sur une courbe entre de trs petits gisements trs riches comme les monocristaux de cuivre et limmense gisement de teneur beaucoup plus faible que forme la Terre entire. La plupart des gisements qui sont la fois grands et de fortes teneurs ont t exploits et il reste dsormais des gisements petits et fortes teneurs et dautres gisements beaucoup plus grands mais avec de plus faibles teneurs.

Figure1.5 Teneur moyenne des gisements en fonction de leur tonnage (a)et en fonction du prix du mtal (b).

La gure 1.5b donne une ide grossire de la relation qui existe entre la teneur dans les gisements et le prix des mtaux (cette relation sera examine en dtail dans une section ultrieure). La plupart des mtaux abondants et prsents en concentrations leves dans les minerais ont un prix relativement faible ; dautres mtaux prsents dans des concentrations beaucoup plus faibles ont un prix beaucoup plus lev. Dans tout gisement, la teneur du minerai est variable, depuis de petites zones de minerai riche jusqu de plus grandes zones avec des teneurs infrieures. Les valeurs prsentes dans la gure 1.5a sont les teneurs moyennes du minerai extrait, mlange de minerai de haute et basse teneur en mtal. La partie du gisement pour laquelle on nextrait pas le mtal est gnralement trs similaire au minerai duquel le mtal est extrait, mais sa concentration en mtal est infrieure un certain seuil. Ce paramtre important est la teneur-limite (cut-off grade en anglais). Inclure ce minerai pauvre au minerai riche extrait serait une opration non rentable : le cot de lexploitation16

1.4 Les facteurs qui influencent la possibilit dexploitation dun gisement

minire du minerai pauvre dpasserait la valeur du mtal rcupr. Mais que se passe-t-il si le prix du mtal augmente ?

Exercice 1.4 Estimation des rserves exploitables dun gisement en fonction de lvolution de la teneur limite

La gure 1.6 est un schma thorique dun hypothtique dpt de minerai : un cur riche, comprenant du minerai forte teneur en mtaux est entour par un volume plus important de roche dont les teneurs en mtaux sont plus faibles. On considre que la densit moyenne du minerai est 2,9. Les teneurs sont en pourcentages massiques. Supposons que le prix du cuivre augmente de 4 000 $ 8 000 $ par tonne, comme il la fait au cours de la priode 2004 2008. Comment voluent (1) la teneur-limite, (2) la quantit de minerai pouvant tre exploit et (3) la masse de cuivre extraite ?(a) Plan du gisement (b) Profil de teneurteneur en cuivre (%) teneur en cuivre 0,25 % 0,5 % 1% 2% 1 2 3 4 rayon (km) 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 rayon (km) 0 1 2 3 4 20 000 $/tonne 8 000 $/tonne teneur limite : 4 000 $/tonne

(c) Modle 3D Dunod La photocopie non autorise est un dlit.

0,25% 0,5% 1% 2%

1 km

Figure1.6 Cas dun gisement thorique cylindrique de cuivre.17


LMENTS DE SOLUTION. (1) Laugmentation du prix conduit une baisse de la teneur-limite (gure 1.6b). (2) La consquence est quune quantit beaucoup plus grande de minerai peut tre exploite et que la (3) quantit de cuivre extraite augmente. Dans lexemple, le rayon de la zone qui peut tre exploite augmente de 1,6 2,7 km lorsque la teneur-limite baisse de 1 % 0,5 %. La masse de minerai qui peut tre exploit dpend du carr de cette distance (en supposant que la profondeur maximale de lexploitation minire reste x 1 km) et le volume passe de 8,0 km 3 (= p 1,62 1) 22,9 km3 (= p 2,72 1). La masse de minerai extrait passe donc de 23,3 109 tonnes 66,4 109 tonnes. En prenant en compte le minerai de plus faible teneur dsormais exploitable, (0,5 % au lieu de 1 %), la masse de cuivre extrait augmente fortement, passant de 233 106 tonnes (Mt) 449 106 tonnes.

Cet exemple illustre clairement comment la quantit de mtal que lon peut extraire dpend de son prix. En poursuivant cette ide, si la socit exige un mtal pour lequel aucun substitut nexiste, son prix augmente rgulirement au fur et mesure que les roches faiblement concentres en mtal deviennent du minerai et ncessitent des purications coteuses. Il y a bien sr des limites et des complications ce modle, mais ce type dargument nous amne penser que thoriquement, les ressources en de nombreux mtaux ne seront jamais puises, mais que les prix seront amens augmenter.

1.4.2 Nature du mineraiPlusieurs autres facteurs inuencent fortement la possibilit dexploitation dun gisement. Un facteur important est la nature du minerai. Les caractristiques prendre en considration sont par exemple le type de minraux, la taille des grains et la texture du minerai, qui inuencent le cot de lexploitation minire et de la purication du mtal. Prenons, par exemple les deux principaux types de minerai de nickel : magmatique et latritiques. Dans le minerai magmatique on exploite des minraux sulfurs principalement la pentlandite, (Fe,Ni) 9S8, alors que dans le minerai latritique on exploite la garnirite (une argile) ou la goethite (hydroxyde de Fe). Chaque minerai a ses avantages et ses inconvnients. Lnergie ncessaire pour extraire le minerai de nickel est beaucoup plus importante dans le cas des minerais latritiques, et cest un inconvnient majeur dans la priode actuelle o le cot de lnergie augmente. En contrepartie dans le cas du minerai magmatique, la purication du nickel partir de minerai sulfur produit de grandes quantits de soufre dont seule une partie est vendue. Le reste constitue un polluant et un dchet toxique qui doit tre limin. Selon les pressions politiques et conomiques sur lutilisation de lnergie et sur llimination des dchets, lun ou lautre des types de gisement est privilgi.18


La taille des grains et la duret du minerai inuencent le cot de son broyage en ne poudre. Cette opration est gnralement ncessaire pour les purications en rafnerie ou en fonderie. Les trois gisements de Pb-Zn ( Cu) australiens sont un exemple frappant (gure 1.7) : tous ont des teneurs identiques en mtaux, mais le dpt Broken Hill a t mtamorphis sous le facis granulite. Le mtamorphisme a entran la formation de gros minraux, trs faciles traiter ; le gisement du Mt Isa a t moins fortement mtamorphis et son minerai grains ns est moins attractif ; enn le minerai de McArthur River nest presque pas mtamorphis et son minerai des grains si ns que les sulfures ne peuvent pas tre spars des autres minraux par un simple broyage. Mentionnons galement dans cette partie les lments mineurs qui augmentent ou diminuent la valeur dun minerai. Dans de nombreux cas, le minerai contient dautres mtaux des concentrations infrieures aux teneurs-limites dexploitation, mais si ces mtaux sont rcuprs lors de la purication du minerai principal, ils peuvent contribuer de manire signicative la rentabilit dun gisement. Des exemples de ces mtaux bonus sont lor ou largent contenus dans les minerais de cuivre et les platinodes contenus dans les minerais Ni. En revanche, la prsence de petites quantits dautres mtaux peut compliquer le processus dextraction et de diminuer la valeur du minerai. Cest le cas des mtaux toxiques parmi lesquels le phosphore que contient parfois le minerai de fer.


Figure 1.7 Influence de la taille de grain sur : (a) les cristaux massifsde galne du minerai de Pb-Zn du gisement de Broken Hills, Australie (photographie : Chris Arndt) et (b) le minerai de Pb-Zn grains fins du gisement de Mt Isa , Australie (photographie : Peter Muhling).

19


1.4.3 Localisation du gisementDans lexercice 1.1, nous avons soulign linuence de la localisation dun gisement. Sa valeur et sa viabilit sont rduites lorsquil est loign des rgions industrielles et peuples, lorsquil est situ dans un climat hostile ou dans une rgion politiquement instable. Tous ces facteurs augmentent le cot de lexploitation minire, le cot du transport des produits et le risque dinstallation dune exploitation. La localisation gologique est galement un paramtre important : le plus grand gisement de nickel que nous connaissons est au centre de la Terre. Le noyau contient quelque 1019 tonnes de nickel mtal mais il est videmment totalement inaccessible (sauf pour les hros de lms amricains). La profondeur dun gisement a une inuence majeure sur le cot dexploitation. Un gisement peu profond peut tre exploit dans une mine ciel ouvert, qui est une alternative bien moins onreuse que lexploitation dune mine souterraine, ncessaire pour les gisements plus profonds. Dautre part, la nature du minerai peut tre importante pour son cot dexploitation. Les minerais sdimentaires friables et peu rsistants sont creuss plus facilement que les roches magmatiques plus dures. Enn, un corps minralis compact et regroup est beaucoup plus facile exploiter quun corps minralis discontinu et entrecoup de failles. Deux gisements de platine au sud de lAfrique apportent une illustration intressante. Les gisements de platine de lintrusion du Bushveld (Afrique du Sud) sont forms de couches quasi continues, qui rendent lexploitation prvisible et trs efcace. Au contraire, les gisements situs dans une autre intrusion, le Great Dyke du Zimbabwe, mme sils ont des teneurs quivalentes, sont tellement irrguliers et dcoups par des failles que leur exploitation est rendue trs difcile. Le dsquilibre politique et la fragilisation de lconomie du pays rend toute exploitation encore plus difcile.

1.4.4 Les facteurs conomiques, politiques et techniquesComme illustr dans les exemples discuts prcdemment, les critres conomiques et diplomatiques peuvent inuencer considrablement la viabilit dun gisement. Dans certains cas, ils favorisent linstallation dune exploitation et augmentent la valeur dun gisement, tandis que dans dautres cas, ils empchent toute exploitation. Le dveloppement technologique a une inuence positive sur les exploitations minires : cest grce lamlioration des techniques dextraction et de purication que nous sommes capables dexploiter des minerais de cuivre de moins en moins concentrs comme nous lavons illustr en dbut de chapitre. Un autre exemple marquant est le retour en activit des mines dor en Australie. Les minerais de la rgion Coolgardie-Kalgoorlie ont t dcouverts en 1892 et au dbut, lexploitation na port que sur lor alluvial. Lexploitation sest poursuivie au dbut du XXe sicle par la cration de mines souterraines. Les haldes contenant les dchets des mines se sont multiplis aux alentours des villes qui se dveloppaient20


rapidement. Dans la seconde partie du sicle, les gravats contenus dans les haldes ont t retraits 3 ou 4 fois, et chaque traitement, de lor a t de nouveau extrait. Ce phnomne est li la hausse brutale du cours de lor, notamment avec la n de la position de lor comme rfrence pour dnir les monnaies en 1971 et la plus rcente augmentation du prix de lor lie au boom du prix des mtaux. Mais, de faon concomitante avec ces pressions conomiques, il y a galement eu des progrs technologiques considrables, qui ont notamment permis lextraction dor partir du minerai qui tait jusqualors impossible. Les progrs les plus rcents dans ce domaine consistent en un lessivage des haldes par des uides contenant des bactries qui phagocytent lor. Des progrs normes ont galement t faits dans lexploitation des mines, comme en tmoignent les immenses mines ciel ouvert consacres aux grands gisements peu profond et de faible teneur de cuivre, or, et autres mtaux. Enn, lconomie globale et locale, ainsi que la situation politique, peuvent inuencer fortement la viabilit dun gisement, comme nous lavons illustr dans les exemples dcrits prcdemment.

BibliographieJAQUES A.L., HULEATT M.B., RATAJKOSKI M. et TOWNER R.R., Exploration and discovery of Australias copper, nickel, lead and zinc resources 1976-2005 (2005), Resources Policy, 30, 168-185. MEADOWS D.H., MEADOWS D.L., RANDERS J. et BEHRENS, The Limits to Growth (1972), W.W. New York Library, 207 pp. MUDD G.M., Quantifying Sustainable Mining : Production, Reporting and Beyond (2007) , Minerals Council of Australia Sustainable development conference, Cairns. USGS Mineral Resources Websites http://minerals.usgs.gov http://minerals.usgs.gov/minerals/

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CLASSIFICATION,RPARTITION ET UTILISATION DES MINERAIS ET GISEMENTS

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2.1 Classications des minerais 2.2 Classications des gisements

PLAN OBJECTIFS Dunod La photocopie non autorise est un dlit.

2.3 Rpartition mondiale des gisements 2.4 Production globale, consommation, et commerce des ressources minrales. 2.5 Ressources minrales et exploitation minire en France mtropolitaine Comprendre pourquoi il existe de nombreuses classications des minerais et des gisements, et comprendre lintrt de chacune Avoir une vision globale de la rpartition mondiale des gisements en relation avec les contextes godynamiques et les processus de formation des minerais Avoir quelques notions dconomie sur les changes mondiaux des ressources minrales

2.1 CLASSIFICATIONS

DES MINERAIS

On trouve dans la littrature des classications varies, bases sur toute une diversit de critres. Certaines classications se fondent sur des critres conomiques, comme lutilisation nale de la substance utile extraite, alors que dautres se fondent sur des facteurs gologiques. Quelques exemples sont donns dans les tableaux 2.1 et 2.2.

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Chapitre 2 Classification, rpartition et utilisation des minerais et gisements

Tableau 2.1 Classification des ressources minralesen fonction de l'utilisation du produit. Fer Mtaux ferreux (utilis dans la fabrication dacier) Chrome Manganse Nickel Molybdne Cuivre Zinc Mtaux de base (mtaux communs, utilis dans lindustrie) Plomb tain Antimoine Cobalt Minrais mtalliques Gallium Lithium Niobium Mtaux de haute-technologie Platine (et autre mtaux de ce groupe) Tantale Terres-rares Titane Or Mtaux prcieux Platine Argent Autres Sources denergie Matriaux de construction Minraux industriels Pierres prcieuses Pierres nes Aluminum

Uranium, ptrole, gaz, charbon Sables, graviers, argiles Silice, kaolin, gypse, talc, potasse, phosphate, sillimanite Diamant, meraude, opale, rubis, saphir Agate, amthyste, bryl, grenat, jade, lapis-lazuli, malachite, topaze, tourmaline, turquoise, zircon

Note : cette classication est indicative mais certains lments ne peuvent pas tre rangs dans une seule catgorie : le nickel est la fois un mtal de base et un mtal ferreux ; le titane est la fois un mtal ferreux et un mtal de haute-technologie.

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2.1 Classifications des minerais

Tableau2.2 Classification des minerais partir des types de minraux.Sulfures et sulfosels Covellite CuS Chalcocite Cu2S Chalcopyrite CuFeS2 Bornite Cu8 FeS4 Tetradrite (Cu, Ag)12Sb4 S13 Galne PbS Sphalrite (Zn,Fe)S Cinabre HgS Cobaltite (Co, Fe)AsS Molybdnite MoS2 Pentlandite (Fe, Ni)9S8 Millerite NiS Realgar AsS Stibine Sb2S3 Sperrylite PtAs2 Laurite RuS2 Oxydes et hydroxydes Bauxite Gibbsite Al(OH)3 Boehmite (AlO(OH)) Diaspore (AlO(OH)) Cassitrite SnO2 Chalcotrichite Cu2O Tenorite CuO Dunod La photocopie non autorise est un dlit.

Chromite (Fe, Mg)Cr2O4 Columbite tantalite ou coltan (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6 Hmatite Fe2O3 Ilmnite FeTiO3 Magntite Fe3O4 Pyrolusite MnO2 Rutile TiO2 Uraninite (pechblende) UO2

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Tableau2.2 Classification des minerais partir des types de minraux. (Suite)Oxysels Calcite CaCO3 Rhodochrosite MnCO3 Smithsonite ZnCO3 Malachite Cu2(OH)2CO3 Barytine BaSO4 Gypse CaSO4 .2H2O Chalcocyanite CuSO4 Brochantite CuSO43Cu(OH)2 Scheelite CaWO4 Wolframite (Fe, Mn)WO4 Apatite Ca8 (PO4 )3 (F,Cl, OH) Halognes Halite NaCl Sylvite KCl Fluorite CaF2 Mtaux et lments natifs Or Au Argent Ag Platinodes Pt, Pd, Ru Cuivre Cu Carbone C (diamant, graphite) Silicates Beryl Be3 Al2 (SiO3)6 Grenat Fe3 Al2 (SiO4)3 Garnierite mlange dhydrosilicates de Ni et Mg Kaolinite Al4 Si4 O8 (OH)8 Sillimanite Al2 SiO8 Spodumne LiAlSi2 O6 Talc Mg3 Si4 O8 (OH)2 Zircon ZrSiO4

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2.1 Classifications des minerais

2.1.1 Classification par utilisation du mtal ou du minral dintrtDans les ouvrages plus anciens, il est courant de lire des classications se fondant sur le type de mtal ou lutilisation de la substance extraite des gisements. Le tableau 2.2 prsente par exemple une liste des minraux extraits des mines de cuivre. On remarque que ce mtal est extrait de diffrents types de sulfures et de sulfosels, de sulfates, de carbonates, doxydes et dans quelques rares cas sous forme de cuivre natif. Le cuivre est lun des mtaux de base , terme qui fait rfrence un groupe de mtaux communs, domin par les lments de transition, qui sont trs utiliss dans lindustrie. Les autres catgories de minerais (tableau 2.1) comprennent les minraux qui sont utiliss sous leur forme naturelle sans purication ou extraction dun lment spcique. La barytine, par exemple, est un sulfate de baryum lment relativement lourd utilis pour augmenter la densit des boues de forages ptroliers. Luranium et le charbon sont des sources dnergie. De nombreux types de minraux sont utiliss comme abrasifs ; les grenats, les meris et les diamants sont trois exemples, mais on utilise galement les feldspaths (la prochaine fois que vous achterez un tube de dentifrice, regardez sil contient des silicates de sodium et daluminium ). Ce type de tableau propose des liens utiles entre les divers types de minerais et le type dutilisation sociale qui en est fait.

CA EN CART 2.1 Le cuivre, un mtal trs versatile


Le cuivre et lor ont t les premiers mtaux utiliss par lHomme, et sont encore trs largement utiliss aujourdhui. Le cuivre est extrait dans toutes les parties du globe ( lexception de lEurope centrale o les gisements connus ont t puiss et de nouveaux gisements nont pas encore t dcouverts) et trs largement utilis dans lindustrie. Les principaux pays producteurs de cuivre sont le Chili et les tats-Unis. On peut dire quenviron tous les pays consomment du cuivre, dans des volumes dpendant de la population et du degr dindustrialisation. Les utilisations courantes du cuivre sont prsentes dans le tableau 2.3. Sa forte conductivit thermique et lectrique, sa rsistance la corrosion et sa couleur attractive ont permis un vaste champ dutilisations. On y remarque que lessentiel

Tableau2.3 Utilisation du cuivre dans lindustrie.lectricit/lectronique Construction Transports Machinerie industrielle Autres utilisations (monnaie, mdicaments, fongicide)Source : Standard CIB Global Research www.standardbank.co.za

42 % 28 % 12 % 9% 9%

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du cuivre est utilis dans des cbles en tant que conducteur lectrique ; de grandes quantits sont utilises en alliage avec le zinc (laiton), ltain (bronze) ou avec dautres mtaux dans les ustensiles ou les pices de monnaie. Le dveloppement de nouveaux types dalliages a permis de nouvelles utilisations dans les superconducteurs et les batteries ; et les composs cuivrs sont galement utiliss dans une large gamme de produits agricoles (bouillie bordelaise), de mdicaments, etc. Dans les pays industrialiss, laugmentation de la consommation individuelle de cuivre est rete modeste au cours des dernires dcennies. Les nouvelles utilisations du cuivre ne ncessitent que des quantits limites de mtal et ces nouveaux besoins sont largement compenss par labandon dutilisations industrielles massives et par les volumes croissants de mtaux recycls. Cependant, la demande croissante des pays en voie de dveloppement ncessitera une augmentation massive de la production de cuivre ; cette augmentation ne sera pas possible sans la dcouverte de nouveaux gisements et leur exploitation efcace.

2.1.2 Classification par type de minrauxLe type de minral peut tre utilis comme autre critre de classication comme le montre le tableau 2.2. Dans ce tableau, nous voyons quun grand nombre de mtaux sont extraits sous forme de sulfures (par exemple le Cu sous forme de chalcopyrite, le Pb sous forme de galne, le Ni sous forme de pentlandite). Une autre catgorie importante est celle des gisements doxydes, qui procurent ltain sous forme de cassitrite (SnO2), le fer sous forme de magntite (Fe3O4), ou luranium sous forme de pechblende (U3O8). Les autres mtaux sont extraits de carbonates ou de sulfates, gnralement dans les zones daltration au-dessus des gisements primaires. Trs peu de mtaux sont extraits des mines sous forme native, les seuls exemples courants tant lor et les lments du groupe du platine. Le carbone est galement extrait sous forme native de diamant ou de graphite, et sous forme impure dans les charbons. Mme si le cuivre existe dans la nature sous forme native, sa prsence sous cette forme est plutt un inconvnient quun avantage : certes, le cuivre natif contient 100 % Cu et augmente la teneur globale en cuivre du minerai, mais il est mallable et a tendance samalgamer dans les broyeurs conus pour les sulfures et silicates cassants. Les silicates sont de loin les principaux minraux dans la plupart des roches, mais ils sont peu frquents dans les listes de minraux dintrt conomique. Les exceptions sont la garnirite, un minral du groupe des serpentines qui constitue lessentiel des latrites Ni, les zircons, minraux dtritiques lourds exploits comme source de mtal Zr, et les grenats, utiliss comme abrasifs. Le quartz est en phase de devenir de plus en plus important en tant que source de silicium, utilis dans les semi-conducteurs et les panneaux solaires.

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2.2 Classifications des gisements

2.2 CLASSIFICATIONS

DES GISEMENTS

2.2.1 Une grande diversit de classifications pour une grande diversit de gisementsIl existe des similitudes entre la diversit de classement des minerais et celle des classements de gisements. Dans les ouvrages plus anciens, les gisements sont classs selon leur type de production : les gisements de cuivre, les gisements dor, les sources dnergie (ssible luranium, ou fossile les charbons et hydrocarbures), etc. CeTableau2.4 Classification des gisements de Lindgren(modifie daprs Lindgren, 1933 et Evans, 1993). Profondeur Gisements tlthermaux En surface Temprature (C) 100 Occurrence Dans les roches sdimentaires ou les coules de laves ; gisements dans des fractures ouvertes et des cavits. Pas de processus de remplacement. Dans les roches sdimentaires ou ignes ; Gisements souvent localiss dans des systmes de failles ; sous forme de simples veines ou sous forme cylindrique ou de stockwork. Processus de remplacement limits. Gnralement proximit ou au sein mme de roches ignes ; associs des failles rgionales ; gisements de remplacement en extension ou remplissage de fractures ; corps tabulaires, stockworks, corps cylindriques. A proximit ou au sein mme de roches plutoniques mises en place des profondeurs importantes. Afeurent l o lexhumation a t importante. Remplissage de fractures ou zones de remplacement de forme tabulaires, ou irrgulire. Mtaux Pb, Zn, Cd, Ge

Gisements pithermaux

Depuis la surface jusqu 1,5 km

50-200

Pb, Zn, Au, Ag, Hg, Sb, Cu, Se, Bi, U

Gisements msothermaux

1,2 4,5 km

200-300

Au, Ag, Cu, As, Pb, Zn, Ni, Co, W, Mo, U, etc.


Gisements hypothermaux

3 15 km

300-600

Au, Sn, Mo, W, Cu, Pb, Zn, As

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type de classement peut tre utile dans un contexte purement conomique, mais nest pas utilis dans ce texte dans lequel nous traitons des processus de formation. Au cours du XXe sicle, de nombreuses classications se sont bases sur le type de roche dans lequel se trouvent les gisements o sur la gomtrie du gisement et sa relation avec son encaissant. Un exemple est donn dans le tableau 2.4. Ainsi, les gisements dans des roches plutoniques taient distingus de ceux dans des roches sdimentaires ; les gisements sous forme de veine taient distingus des couches concordant avec la stratication des roches hte ; les minerais massifs taient distingus des minerais dissmins. Une classication populaire propose par Lindgren inuent gologue amricain spcialis dans ltude des gisements distingue les gisements forms dans les diffrents niveaux de la crote (tableau 2.4). De nos jours, les termes pithermal , msothermal , et catathermal sont encore utiliss pour dcrire les gisements de faible profondeur, de profondeur intermdiaire, et les gisements forms en profondeur. Une distinction est ensuite faite entre les gisements syngntiques forms en mme temps que leur roche hte des gisements pigntiques forms par la cristallisation tardive des minraux dintrt conomique, dans les roches dj consolides. la n du XXe sicle, le dveloppement de la thorie de la tectonique des plaques a rpandu toute une srie de classications lies au contexte tectonique. Comme le montre le tableau 2.5, les gisements dans les bassins ocaniques taient distingus de ceux dans les zones en convergence ou ceux dans des contextes intracratoniques. Cette catgorie de classication est encore utilise, particulirement lorsque lon discute de la rpartition lchelle plantaire des gisements, comme nous le ferons dans la partie suivante. Cependant, ces types de classications ont dsormais t largement remplacs par dautres types de classications dans lesquels le critre de base est le processus responsable de la minralisation (tableau 2.6).

Tableau2.5 Classification des gisements en fonction du contexte godynamique(classification tectonique). I. Gisements de rides ocaniques (frontires de plaques en divergence) Gisements de sulfures massifs volcanogniques VMS (Cu, Zn) Gisements exalatifs SEDEX (Zn, Cu, Pb, Au and Ag). Par exemple la mer Rouge. Nodules de manganse (Mn, Ni, Cu, Co) Amiantes riches en chrome et platinodes dans les roches ultramaques (Cr, PGE) II. Gisements dans les marges en convergence Gisements de porphyres de cuivre (Cu-Mo) Gisements de mtaux de base (Cu, Pb, Zn, Mo), de mtaux prcieux (Pt, Au, Ag) et dautres mtaux (Sn, W, Sb, Hg). Veines Pb-Zn-Ag et gisements mtasomatiques.

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2.2 Classifications des gisements

Tableau2.5 Classification des gisements en fonction du contexte godynamique(classification tectonique). (Suite) III. Gisements dans les systmes de rifts intra-cratoniques Gisements de Sn, uorine, barytine dans les granites. Evaporites dans les bassins des rifts. Gisements de carbonatites sources de Nb, P REE, U, Th et autres lments rares. , IV. Gisements en contexte intracontinental Gisements de Ni et platinodes dans les intrusions basiques lites Gisements de Ti dans les anorthosites Gisements doxyde de fer cuivre or Gisements de Pb-Zn-Ag dans les calcaires et les sdiments clastiques Gisements de cuivre sdimentaires Latrites Ni et Al Diamants dans les kimberlites

Tableau2.6 Classification des gisements en fonctiondes processus minralisateurs. Les gisements magmatiques Les gisements de chromites des complexes basiques-ultrabasiques, forms par une modication de la squence de cristallisation dun magma Les gisements de magntite et de platinodes des complexes basiques-ultrabasiques, forms par des processus magmatiques et/ou hydrothermaux Les gisements de sulfures forms par immiscibilit magmatique Les autres gisements magmatiques Les gisements hydrothermaux Les gisements de sulfures massifs volcanognes ou VMS (Volcanogenic Massive Sulde) Les gisements de porphyres Dunod La photocopie non autorise est un dlit.

Les gisements sdimentaires exhalatifs (SEDEX) Les gisements de type Valle du Mississippi ou Mississippi Valley Type (MVT) Les autres types de gisements hydrothermaux Les gisements forms par des processus sdimentaires et de surface Les gisements de placers Les gisements de fer sdimentaires Les autres gisements sdimentaires : Mn, phosphates, nitrates, sels, soufre Les latrites Laltration supergne

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Bien quon puisse reprocher ce type de classication de ne pas tre sufsamment rigoureuse car reposant sur des proprits supposes plutt que sur des paramtres objectifs qui pourraient tre mesurs et quantis, cest toutefois celui que nous utiliserons dans cet ouvrage. La classication que nous avons choisie prsente des inconvnients : comme nous le verrons dans les prochains chapitres, il est parfois difcile pour certains gisements de choisir une catgorie unique. Cependant, elle a lnorme avantage de mettre en vidence le fait que les gisements ne proviennent que de processus gologiques normaux , tels ceux qui forment les roches magmatiques ou sdimentaires classiques. Elle constitue une incitation passer de la discipline de la gtologie qui tablit un catalogue essentiellement descriptif des gisements une discipline interprtative plus moderne. Cette approche permet enn dutiliser les connaissances des processus gologiques normaux comme le partage des lments entre les liquides et les cristaux, le tri des minraux selon leur densit lors de leur transport uvial, ou la stabilit des phases minrales dans les solutions aqueuses, pour comprendre comment physiquement et chimiquement les gisements se sont forms.

2.2.2 Vers une classification des gisements base sur les processus minralisateursLa liste des titres du tableau 2.6 correspond en quelque sorte la liste des processus gologiques que lon peut trouver dans un livre dintroduction la gologie. Nous voyons par exemple que certains gisements sont forms par des processus magmatiques, dautres par sdimentation, et dautres encore par lrosion et laltration en surface. Ce qui distingue les deux listes, cest labsence du mtamorphisme dans la liste des processus minralisateurs importants. On trouve sa place la catgorie majeure des gisements associs la circulation des uides hydrothermaux. Les processus mtamorphiques sont en effet impliqus dans un nombre trs restreint de gisements par exemple les gisements grenats, forms lors de la cristallisation du grenat aux dpens dautres phases minrales instables pendant lpisode mtamorphique qui nont pas une immense importance conomique. Dans les livres dintroduction la gologie, lorsque lon considre la Terre dans son intgralit, la circulation de uides aqueux chauds nest mentionne quen tant quagent daltration qui modie la composition et la texture des roches magmatiques et sdimentaires ; ce mme processus est lorigine de la formation dune immense diversit de gisements qui reprsentent plus de la moiti des ressources connues. Considrons maintenant la premire catgorie du tableau 2.6 : les gisements forms par des processus magmatiques. On remarque que de nombreux types de gisements se trouvent dans des roches basiques et ultrabasiques et que les types de gisements localiss dans des roches diffrencies felsiques et siliceuses sont un peu moins nombreux. Un grand nombre de gisements sont en ralit localiss dans des granites, on pense actuellement quils sont issus de la prcipitation de minraux dintrt partir de uides aqueux et non pas partir du magma lui-mme. Il y a un lien direct entre les types de minraux dintrt et la composition de la roche dans32

2.3 Rpartition mondiale des gisements

laquelle ils se trouvent. Les gisements de Ni, Cr, et de platinodes lments qui ont un fort coefcient de partage pour les minraux qui cristallisent tt dans une diffrenciation magmatique normale se trouvent dans les roches maques et ultramaques. Les roches felsiques, au contraire, contiennent des gisements dlments qui se concentrent dans les liquides magmatiques volus. Certains sont prsents dans les phases cristallisant tardivement comme lilmnite, qui contient du Ti, et la cassitrite, minerai dtain ; dautres schappent par les uides riches en eau qui se sparent du liquide silicat et sont redposs dans des pegmatites ou dans des gisements hydrothermaux. Les pegmatites sont des sources importantes de mtaux rares de plus en plus utiliss comme le lithium, le bryllium et les terres rares. Certains mtaux ne se trouvent que dans un seul type de gisement, le meilleur exemple tant sans doute le chrome qui est extrait quasi exclusivement sous forme de chromite, un oxyde magmatique qui saccumule pendant la cristallisation des magmas maques et ultramaques. Des gisements sdimentaires de placers chromite trs mineurs ont t exploits, mais aucun gisement hydrothermal nest connu. Plus de 98 % de laluminium provient de la bauxite, un sol latritique qui se forme sous les climats chauds et humides ; mais ce mme mtal est galement extrait dans une mine russe de synite nphline, une roche magmatique. La plupart des mtaux, cependant, se trouvent dans des origines diverses. Des alliages de platinodes et de cassitrite (oxyde dtain) sont cits comme exemple de type de gisement dorigine magmatique, mais lorsque la roche magmatique hte afeure en surface, les mmes minraux peuvent tre concentrs de nouveau par les processus uviaux formant des placers. Les mtaux comme le cuivre et lor se trouvent dans peu prs tous les types de gisements prsents dans la liste. Les relations entre les mtaux des gisements et les types de processus minralisateurs seront discutes dans les chapitres suivants.

2.3 RPARTITION

MONDIALE DES GISEMENTS


Les gisements ne sont pas rpartis de faon homogne sur la surface du globe. De vastes tendues de terre sont dpourvues de gisements viables alors que dautres territoires, que les Anglo-Saxons appellent metal provinces ( provinces mtalliques daprs Routhier), comportent une proportion inhabituelle de gisements dun ou plusieurs types. Des exemples notables sont les alignements dnormes gisements de cuivre le long de la cordillre amricaine, depuis lAlaska jusquau Chili, les regroupements de gisements de plomb-zinc dans des calcaires au centre des tatsUnis, les gisements dtain dans les granites dAsie du sud-est. Pour des raisons gologiques et conomiques, il est important de connatre quelques grands traits de la rpartition des gisements. Dun point de vue gologique, la rpartition des gisements apporte des indices importants sur les processus minralisateurs ; dun point de vue conomique, la rpartition irrgulire inuence fortement le prix des mtaux et les changes mondiaux ; cest un facteur important qui inuence les relations internationales et explique parfois alliances et conits. Dans les classications des gisements lies la tectonique des plaques, laccent est assez naturellement mis sur le contexte tectonique dans lequel le gisement se trouve,33


mais de nombreux gisements se forment dans des contextes sdimentaires ou par des processus de surface (altration/rosion) ; pour ces exemples, la gomorphologie, le relief, et les climats actuels et passs exercent des contrles additionnels sur la localisation des gisements. Tous ces facteurs sont prsents brivement dans la partie qui suit et seront dvelopps par la suite dans les chapitres ultrieurs.

2.3.1 Les facteurs gologiquesLa rpartition mondiale des gisements est illustre dans la srie de cartes et de listes de gisements majeurs rassembles dans la gure 2.1. Nous navons slectionn que quelques substances utiles majeures qui illustrent les principes de base qui gouvernent la distribution des gisements ; des informations plus dtailles et plus exhaustives sont disponibles sur des sites internet (voir liste la n du chapitre). Commenons par le cuivre, un mtal utilis dans lindustrie dans tous les pays et exploit sur tous les continents (gure 2.2a). Une grande partie des ressources en cuivre provient dun unique type de gisement, les porphyres de cuivre , ou gisements de porphyres (voir chapitre 4). Ces gisements sont directement associs aux zones de subductions et se trouvent principalement dans les arcs insulaires et dans les marges en convergence. Cest la raison expliquant lalignement de gisements qui stend le long de la cte ouest de lAmrique du nord et de lAmrique du sud, mais galement dans tout le Pacique du sud-ouest. De grands gisements de cette mme catgorie sont galement prsents dans les arcs insulaires accrts qui ont t incorpors dans les chanes de collision, comme dans la chane Alpes-Carpates-Himalaya. Une autre catgorie majeure de gisements de cuivre se forme dans les roches sdimentaires matures dans les bassins intracratoniques, comme cest le cas des gisements de la ceinture de cuivre (copperbelt) centrafricaine. Le cuivre se trouve galement dans des intrusions magmatiques diverses pour lesquelles il est plus difcile de trouver un lien avec le contexte tectonique. Lexemple type est le gisement de Sudbury au Canada, qui sest form lors de la cristallisation dun magma cr par un grand impact de mtorite. Un autre exemple est le gisement de lintrusion de Palabora, rsultat de la mise en place dun magma riche en carbonates dans le craton archen du Kaapvaal (Afrique du Sud). Dans de nombreux gisements magmatiques, le cuivre est associ au nickel (gure 2.2c). Cest le cas de la plupart des gisements de ce type, pas seulement pour Sudbury mais galement pour Norilsk en Russie et Jinchuan en Chine. Une autre catgorie de gisement de nickel se trouve dans des komatiites roches formes par la cristallisation de laves ultramaques, qui se sont mises en place lArchen et au Protrozoque infrieur. Les gisements de Ni-Cu au sein de komatiites, sont cependant restreints aux parties les plus anciennes de la crote terrestre, dans les ceintures de roches vertes en Australie, au Canada, et au Zimbabwe. Mais tous les gisements de Ni ne sont pas magmatiques. Une autre catgorie majeure comprend les gisements latritiques, pour lesquels la distribution est assez diffrente. Alors que les paramtres contrlant la localisation des gisements magmatiques sont la structure de la crote et34

2.3 Rpartition mondiale des gisements

le contexte tectonique, les paramtres contrlant la formation des latrites sont climatiques : un sol latritique se dveloppe sous un climat chaud et humide. Tous les gisements de ce type se situent dans les rgions relativement proches de lquateur, ou taient situs proximit de lquateur lors de leur formation. Les gisements majeurs de Ni latritiques sont en Nouvelle-Caldonie, en Indonsie, au Brsil et en Australie. La plupart des gisements de fer (gure 2.2c) se sont forms dans un environnement gologique trs spcique, pendant une priode particulire de lhistoire de la Terre. Prs de 90 % du minerai de fer est extrait des formations de fers rubans, un type de sdiments form par prcipitation chimique dans leau de mer sur les plateformes continentales de faible profondeur, pendant le Protrozoque infrieur. Comme nous lexpliquons dans le chapitre 5, cette priode de lhistoire de la Terre a connu une forte augmentation de la teneur en oxygne de latmosphre et des ocans, phnomne qui a entran la prcipitation doxydes du fer qui tait dissous dans leau de mer. Les plus grands gisements de fer au monde se trouvent ainsi dans les squences sdimentaires recouvrant les cratons archens, au Brsil, en Australie, au Canada et en Russie. Le titane (gure 2.2d) est quant lui extrait de deux types de gisements. Le minerai le plus courant est lilmnite, phase minrale accessoire dun grand nombre de roches mtamorphiques et magmatiques, qui est prsente en proportion beaucoup plus grande dans les anorthosites. Cette roche, est compose essentiellement de plagioclases calciques, de quelques pour-cent de minraux ferromagnsiens, et de teneurs variables en oxydes de fer et titane. Un genre particulier nomm massifs danorthosi

ressources minerales 1

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