Mine (gisement)
Une mine est un gisement exploité de matériaux (par exemple d'or, de charbon, de cuivre, de diamants, de fer, de sel, d'uranium, etc.).
Elle peut être à ciel ouvert ou souterraine. Dans les années 1980, environ 20 milliards de tonnes de matériaux étaient extraits annuellement des seules mines à ciel ouvert dans le monde dont plus de la moitié des minerais1 alors que plus de six milliards de tonnes de charbon, 1,6 milliard de tonnes de minerai de fer, 190 millions de tonnes de minerai d'aluminium sont présumés extraits du sous-sol par des galeries et puits au début du XXIe siècle.
La distinction entre mine et carrière tient à la nature du matériau extrait (stratégique ou précieux pour la mine, de moindre valeur pour la carrière) ; en France, c'est le code minier qui définit cela.
Des mines existent depuis la Préhistoire (puits creusés dans la craie pour l'extraction du silex, puits ou galeries d'extraction de différents minerais (fer et cuivre notamment).
À partir du XIXe siècle, les progrès techniques et de la géologie ont permis d'exploiter plus rapidement des gisements de plus en plus profonds, jusque sous la mer à partir d'une plate-forme de forage, non sans impacts environnementaux, sociaux et sanitaires directs ou indirects. L'extraction minière est responsable d'un grand nombre de morts, dans les galeries, ou à la suite de la silicose, l'asbestose ou à des cancers dus à la radioactivité. Les déchets, poussières des « stériles minières » sont parfois à l'origine de pollutions graves différées dans l'espace ou le temps (à partir des métaux lourds notamment). Certaines mines ont engendré un phénomène d'acidification du milieu, auto-entretenu (ce phénomène est dit « drainage minier acide »). Des mines abandonnées sont aussi à l'origine d'effondrement du sol superficiel. Des séismes induits peuvent être produits par les grandes mines.
En France, il y a eu de très nombreuses mines dans presque toutes les régions. Les gisements de charbon se trouvent dans le Nord-Pas-de-Calais (plus grand réseau de galeries souterraines au monde), en Lorraine (où l'on trouvait également des gisements importants de minerai de fer), dans le Massif central, en Provence, dans le Sud-Ouest (exemple : Carmaux) mais aussi autour de Saint-Étienne. La Russie possède aussi de nombreux gisements de charbon (exemples : Donbass et Sibérie). Le Royaume-Uni possède quant à lui d'importants gisements de charbon au nord (Lowlands en Écosse), au Pays de Galles, autour de Manchester, dans le centre (Midlands) et dans le Yorkshire.
Histoire
Préhistoire
L'exploitation du sous-sol date au moins de la fin du néolithique en Europe2. Les hommes creusaient déjà dans la roche des puits et des galeries parfois de plusieurs dizaines de mètres pour la recherche de minéraux variés (silex, ocre, variscite, etc.).
La plupart des plus anciennes mines destinées à la métallurgie datent de la Protohistoire, mais certaines ont commencé à se développer dès le Néolithique, au moyen d'outils rustiques mais efficaces tels que des galets de roche dure utilisés comme broyeurs3.
Comme en témoignent certains restes préhistoriques de charbon de bois retrouvés dans d'anciennes petites mines de par le monde, l'homme préhistorique a précocement appris à aussi utiliser le feu et peut-être le feu et l'eau pour disloquer la roche et « ouvrir » des mines4 (technique confirmée par l'expérimentation et l'archéométrie) ; et même le feu a-t-il été utilisé pour « l'abattage » dans les galeries, notamment dans le sud de la France4).
Les archéologues ont ainsi retrouvé dans les années 1980 des traces de ces techniques minières préhistoriques5, plus d'une dizaine de mines de cuivre (avec un peu d'antimoine et d'argent6). Ces mines ont été creusées dans la région de Cabrières dans l'Hérault il y a plusieurs milliers d'années (4310 ± 75 BP7), à la fin du Néolithique, et étaient considérées à l'époque de leur découverte comme le plus vieux site minier de France8,9.
Antiquité
Les premières constructions en pierre ont été une origine probable aux premières (carrières, et l'agriculture aux marnières). Il fallait creuser le sol pour extraire de la pierre ayant une qualité suffisante pour bâtir et certaines pierres se taillent plus facilement aussitôt extraites, avant qu'elles ne durcissent[réf. souhaitée].
En creusant en profondeur, on atteignait une couche de roche non dégradée par la microfaune et flore du sol, ou les racines d'arbres (une « veine »), puis on creusait horizontalement pour extraire la roche de cette couche (la couche suivant les plis géologiques). Ces puits et couloirs pouvaient ensuite servir à se protéger des agressions[réf. souhaitée].
On trouve la trace dès la très haute antiquité de l'exploitation des mines d'argent du Laurion, à une cinquantaine de kilomètres au sud d'Athènes. À l'époque classique, les Athéniens déployèrent une énergie et une inventivité spectaculaires pour en tirer le maximum de minerai. Au XXIe siècle, de nombreux vestiges de ces mines (puits, galeries, ateliers de surface) marquent le paysage de la région.
À l'époque romaine de nombreuses et importantes exploitations minières se développent dans certaines régions comme l'Hispanie ainsi que dans les Balkans en Dalmatie et en Mésie et plus tard en Dacie. L'exploitation minière romaine est connue par les textes des auteurs anciens comme Strabon ou Pline l'Ancien, ainsi que par des inscriptions, comme les tables de bronze de Vipasca, règlement d'un district minier situé près de l'actuelle ville d'Aljustrel au Portugal ou encore comme les inscriptions figurant sur les lingots de métal. Les fouilles archéologiques ont aussi révélé différentes techniques d'extraction et le matériel utilisés par les mineurs. Ceux-ci appartenaient à des catégories de population variées : si sous la République la main d'œuvre servile semble avoir dominé, sous l'Empire l'importance des travailleurs salariés locaux semble s'être considérablement accrue. Bien des sites miniers romains sont cependant encore mal connus10.
Époque médiévale
Le Moyen Âge a vu l'exploitation de mines dans presque tous les pays d'Europe, que ce soit des mines de fer ou de non ferreux. Très abondant à la surface de la planète, le minerai de fer est disponible dans de petits gisements à la surface du sol ou à faible profondeur. Les hommes du Moyen Âge ont surtout exploité les gîtes de ce type qui n'exigeaient pas d'équipements sophistiqués. La diffusion du procédé indirect de réduction du minerai, apparu au XVe, a considérablement transformé les conditions d'extraction. La demande de plus en plus importante, la possibilité de traiter des minerais moins fusibles, ont conduit à rechercher des gisements plus abondants même si leur qualité était moindre.
Dans la majorité des cas, les métaux non-ferreux provenaient de mines ouvertes pour produire de l'argent presque à partir de minerais complexes tels que des sulfures de cuivre et de plomb. Pendant longtemps, le plomb argentifère, plus facile à traiter, a fait l'objet de l'extraction la plus intensive. À l'époque carolingienne, les mines de Melle, en Poitou, fournissent la part la plus importante de l'argent produit dans l'Empire. Au XIe siècle, d'autres centres d'extraction apparaissent dans le Harz, en Forêt-Noire et dans les Vosges.
Le XIIe siècle, temps de croissance des échanges et d'instauration de pouvoirs nouveaux, connaît une intense activité minière en Italie, en Europe centrale et en France.
Au cours du XIIIe siècle, l'Italie continue d'être un producteur important. Cependant, l'Europe centrale, en particulier la Bohême, prend la première place. Les mines françaises connaissent aussi un grand développement : le premier règlement minier français conservé, la charte d'Hierle en Languedoc, date de 1272. Alphonse de Poitiers, frère de Saint Louis, s'attache à développer la production minière dans ses domaines du Midi11.
La crise européenne du milieu du XIVe siècle au milieu du XVe siècle conduit à un bouleversement de l'activité minière qui recule en France et en Italie, mais qui reste forte en Europe centrale.
La seconde moitié du XVe voit un nouvel essor de la production dans laquelle s'impliquent les plus grandes fortunes. C'est le cas de Jacques Cœur ou encore de Jacob Fugger. Dans le même temps se met en place un nouveau système d'exploitation fondé sur le transport par roulage et par l'usage de plus en plus important de l'énergie hydraulique.
Époque moderne
Jacob Fugger, banquier d'Augsbourg, est le plus grand entrepreneur minier de la Renaissance. Il contribue à financer la politique de Charles Quint et prend le contrôle des mines de cuivre de Neusohl en Hongrie (en Slovaquie actuelle) mais doit les abandonner en 1546 en raison des complications nées des guerres austro-turques et des guerres de religion entre catholiques et protestants12. Il obtient des Habsbourg le monopole des mines d'argent et de cuivre du Tyrol13. Les mines d'argent d'Europe centrale sont la principale source du marché européen : le traité De re metallica ( « Sur les métaux ») publié en 1556 par l'humaniste allemand Georgius Agricola témoigne d'un cycle de production à son apogée au moment où le marché européen commence à sentir l'afflux des métaux précieux causé par la conquête espagnole de l'Amérique11.
Les mines d'argent du Potosi dans la Vice-royauté du Pérou (aujourd'hui en Bolivie) sont exploitées à partir de 1545, et celles de Zacatecas en Nouvelle-Espagne (actuel Mexique), à partir de 1548. Les techniques sont très rudimentaires comparées à celles en usage en Europe centrale et l'exploitation dépend du travail de milliers d'Indiens soumis à la corvée, la mita, au prix d'une forte mortalité14.
Au XVIIe siècle, l’exploitation du fer Oregrounds en Wallonie puis en Suède donne un grand essor à la production d'acier. L'exploitation du charbon de terre, longtemps confinée à quelques régions comme le pays de Liège, se développe au XVIIIe siècle et marque le début de la Révolution industrielle15.
Époque contemporaine
L’ONU (UNCTAD16) distingue17 trois types d'exploitation :
- les grandes mines (plus de 40 employés) extraient la presque totalité des ressources prélevées ;
- les petites mines (moins de 40 employés) produisent moins de 50 000 t/an (100 000 à 200 000 t/an pour les matériaux), pour un investissement de moins de 1 M€, et un chiffre d’affaires annuel inférieur à 1,5 M€. Leur durée de vie est généralement de moins de 5 ans. Ces mines se sont fortement développées dans les années 1985-2005, notamment dans les pays pauvres et parfois, plus ou moins anarchiquement, dans certains pays riches (France/Guyane par exemple, avec l'orpaillage) ;
- les mines artisanales sont ouvertes par des individus (parfois anarchiquement et sans déclaration, voire illégalement) de manière opportuniste et souvent avec des employés qui cherchent là une ressource de survie avec des moyens rudimentaires et traditionnels. L'activité est souvent saisonnière, complémentaire aux cultures, à la pêche et à la chasse. Elle peut être une source de revenus très importants pour les habitants, mais provoque parfois des dégâts environnementaux (ruées vers l'or ou le diamant) et sanitaires (empoisonnement de l'environnement et populations par le mercure des orpailleurs).
Sur la planète au début du XXIe siècle, 15 millions d'artisans-mineurs environ se livreraient à cette activité. Ce nombre a doublé en dix ans. En Afrique, 4,5 à 6 millions de personnes creusent des mines durant toute ou une partie de l'année, dont 30 % à 40 % sont des femmes. De cette population dépendent environ 40 millions de personnes, soit 1 Africain sur 2018. Certains auteurs estiment que ce mouvement va encore s'amplifier dans les zones riches en ressources et que par exemple au Zimbabwe, le nombre d’artisans-mineurs pourrait tripler de 2000 à 201019.
Les cinq principaux majors dominant la scène mondiale au début du XXIe siècle sont BHP Billiton, Rio Tinto, Vale, Xstrata et Anglo American, ces compagnies qui disposent de la maîtrise technologique et oligopolistique étant de plus en plus en compétition avec les compagnies des pays émergents20.
Plusieurs exploitations minières ou projets miniers font face à des contestations de la part des communautés locales. En plus des permis règlementaires à obtenir, les compagnies doivent aussi s'assurer d'avoir un "permis social d'opération" qui permet aux activités de se dérouler dans un cadre acceptable pour la population touchée21,22
Techniques d'exploitation
L'exploitation des mines pose de nombreux problèmes, et fait donc intervenir de nombreux domaines des sciences. C'est la raison pour laquelle dans la plupart des pays se sont créées des écoles spécifiques d'ingénieurs, les écoles des mines.
Les mines de charbon sont organisées par étages à partir desquels on exploite les couches. Chaque mineur creuse une couche pour en extraire le charbon que l'on charge ensuite dans des berlines. Ce travail est très difficile car il faut creuser de façon à ne pas faire effondrer la galerie, en plus de cela, il y règne une chaleur étouffante, car il n'y a quasiment pas d'air qui circule. Le seul moyen trouvé pour créer une ventilation a été de construire au minimum deux puits. Le premier sert à la montée et la descente des mineurs et la montée du charbon. L'autre sert seulement à la ventilation.
En remontant une tonne de charbon, on extrait sept tonnes de sous-produits (éventuellement susceptible de contenir des toxiques ou de poser problèmes via la poussière ou la turbidité des eaux de ruissellement) que l'on évacue sur les terrils ou des bassins (ex : bacs à schlams des exploitations de charbon).
Prospection
Elle s'appuie sur les données géologiques et historiques, la découvertes de gîtes minéraux bénéficiant aussi des progrès de la Géochimie, des techniques de sondages (sismiques notamment) et de la modélisation. Des SIGs miniers sont ainsi apparus qui aident les prospecteurs en leur donnant un accès combiné au MNT (Modèle numérique de terrain), à l'imagerie satellitale, aux cartes géologiques (métadonnées), aux données concernant le risque sismique, le volcanisme, aux ressources géothermales connues, aux gisements connus, aux données géochronologiques, flux de chaleur, gravimétrie, tomographie 3D, risques naturels, cadastres, données environnementales (trame verte, pollutions, pédologie…), etc.
Terrassement
Il s'appuie sur la Géophysique et la Résistance des matériaux et sur les ressources locales disponibles, en prenant de plus en plus en compte, en amont les besoins de renaturation et restauration écopaysagère du site en fin de vie, voire durant les différentes phases de l'exploitation. Les grands projets font l'objet d'une étude d'impact approfondie, et de mesures compensatoires ou conservatoires.
Puits et galeries
Puits
Il existe différents cas de figure pour atteindre le gisement à exploiter et permettre l'évacuation des produits. Si le gisement est relativement horizontal (en plateure) et si la couche de morts-terrains n'est pas trop épaisse, on pourra exploiter à ciel ouvert (voir ci-dessous).
Si le gisement affleure dans une zone accidentée, par exemple des collines surplombant une vallée, on pourra atteindre et exploiter le gisement par des galeries horizontales (les fendues du bassin de la Loire) débouchant à flanc de coteau. C'est, par exemple le cas dans le bassin ferrifère de Lorraine pour les mines d'Hussigny-Godbrange, Charles Ferdinand ou Kraemer.
Par contre, si le gisement n'affleure pas du tout ou n'affleure pas dans de bonnes conditions il faudra creuser (on dit foncer) des puits afin de l'atteindre. C'est la solution la plus coûteuse pour l'exploitation et la moins rentable, c'est aussi la majorité des cas. Les deux solutions peuvent aussi se combiner (cas des mines de La Mure ou de la mine de fer de Soumont).
Le cas de la mine de fer de Saint-Rémy-sur-Orne, en Normandie, est intéressant puisqu'une partie du gisement est au-dessus du carreau de la mine. La majorité des produits sont toutefois descendus au-dessous du niveau du puits, roulée jusqu'au puits pour être remontée au niveau du carreau pour y être traitée, solution moins coûteuse qu'une sortie à flanc de coteau dans une zone pauvre en routes et moyens d'évacuation.
Le puits dessert les différents étages d'exploitation, chaque niveau s'appelle une recette ou accrochage.
Tailles et travers-bancs
On distingue les tailles des travers-bancs. Les tailles servent directement à l'exploitation du gisement. En général pour exploiter un gisement on creuse une galerie de tête la plus haute et une galerie de base la plus basse. Le gisement est découpé en panneaux entre ces deux galeries et délimités par des tailles transversales les joignant. Ces tailles permettent d'exploiter le massif mais aussi d'organiser l'aérage, c'est-à-dire la circulation de l'air dans les travaux. La galerie de base permet également l'évacuation des produits abattus (le déblocage) vers le roulage qui les emmènera ensuite vers le puits d'extraction. Les galeries peuvent être taillées dans le produit exploité (charbon, minerai) en général ou au rocher de part et d'autre de la couche. La galerie de roulage détermine le niveau de la recette du puits. L'ensemble des travaux qui permettent la délimitation d'un panneau s'appellent les travaux préparatoires (ou traçage). Ils sont bien sûr fondamentaux.
Les travers-bancs sont presque toujours creusés au rocher ; ils permettent la liaison entre le ou les puits et le gisement exploité (galerie de roulage). En effet en général les puits sont foncés non dans le gisement mais à l'extérieur dans le rocher. Un puits creusé dans le charbon par exemple, entraîne une perte de l'exploitation puisqu'il faudra maintenir autour du puits une zone non exploitée dite stot de sécurité ou investison (de tels stots sont obligatoires sous les zones habitées, les routes, les chemins de fer…).
Le même raisonnement vaut pour les mines exploitées à flanc de coteau. Dans ce cas les fendues débouchent directement au jour à flanc du coteau. Depuis la catastrophe de Courrières, il y obligation d'avoir au moins deux débouchés au jour (2 puits ou 1 puits et 1 débouché à flanc de coteau par exemple).
Pour relier les différents niveaux d'exploitation entre eux (on parle aussi d'étage) la liaison peut se faire soit par le puits, soit par un bure (ou faux-puits) soit encore par plan incliné. On appelle bure un puits intérieur ne débouchant pas au jour reliant deux niveaux. Le plan incliné est une galerie ou travers-bancs plus souvent incliné et généralement muni d'un treuil afin de hisser les berlines ou d'un convoyeur à bande.
Le soutènement
La technique du soutènement a pour objet l'ensemble des travaux utiles pour maintenir les excavations souterraines.
Le chargement
Le chargement est l'opération qui consiste, juste après l'abattage, à charger manuellement ou mécaniquement le minerai extrait en vue de son évacuation par berlines ou par convoyeurs (voir roulage) vers le puits.
Le chargement peut être manuel (pelletage) ou mécanisé (scraper, pelles à godets, chargeuses à pattes de homard)
Le roulage
Le roulage est le transport des produits (charbon, minerai mais aussi le stérile) depuis le front de taille (ou plus exactement depuis le point de chargement du système de déblocage des chantiers) jusqu'à la recette inférieure du puits d'extraction, puis éventuellement, depuis la recette supérieure du puits aux ateliers de traitement. Le transport des produits, dans les mines industrialisées, s'effectue dans des bennes (ou berlines) de contenance variée selon les exploitations (de 500 litres à 25 000 litres) traînées à bras dans les exploitations non mécanisées, par un cheval (ou âne ou mulet) puis par locotracteurs, électrique, air comprimé, essence ou diesel ou tout simplement par gravité. Il s'agit en général de voies étroites inférieures à 1 m de large. Le roulage est un facteur fondamental dans l'exploitation d'une mine, il conditionne en effet, avec le puits, la capacité d'extraction.
L'extraction
Avant de passer à l'exploitation industrielle souterraine, les régions minières connaissaient souvent une exploitation artisanale de couches affleurantes. Il s'agissait d'exploitation à ciel ouvert connue sous le nom de cayat, cayauderie, perrières (dans le bassin houiller de la Loire). Il est à remarquer que bien que les anciennes régions minières ont toutes de nombreuses rues du cayat, le sens de l'expression s'est perdu.
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Chevalements 19 et 11 à Loos-en-Gohelle.
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Terrils du 11-19 à Loos-en-Gohelle.
- Les câbles
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Câble tressé à plat pour manœuvrer les cages d'ascenseurs.
- Les appareils d'extraction
- Le transport du personnel
- « La cage ». À l'intérieur, on met quatre-vingts hommes. Mains sur les épaules du gars d'en-face, il faut tenir l'équilibre quand elle plonge au fond, secouée comme une rame de métro. Mais ceci ne concerne pas l'ensemble des puits français. Les dernières technologies (puits Yvon Morandat de Gardanne, en Provence) étaient si évoluées qu'une descente à plus de 1 000 m de profondeur ne produisait aucun effet sur les hommes. La cage pouvait contenir 132 personnes et aucune vibration ne se faisait sentir.
L'exhaure
- L'évacuation des eaux
- Les pompes
L'aérage
L'aérage ou la ventilation est l'alimentation en air frais d'une mine.
- Atmosphère des mines: importance de la lutte efficace contre l'empoussiérage pour prévenir la silicose,
- Ventilation des mines contre l'accumulation de CO, CO2, méthane, grisou.
- Les ventilateurs pulsent ou extraient de l'air.
- Certaines conceptions des réseaux de puits facilitent la circulation de l'air
- La ventilation est souvent un problème critique dans les galeries souterraines artisanales ou illégales.
Les mineurs emportaient autrefois un canari en cage, qui lorsqu'il s'agitait, ou même mourait, ou encore donnait des signes de suffocation était le signe qu'il fallait remonter[réf. nécessaire].
L'éclairage
L'étude de l'éclairage ne présente qu'un intérêt secondaire dans les mines exemptes de grisou ou de poussières.
- Éclairage à feu nu :
- depuis l'Antiquité, les mineurs se sont éclairés grâce à des chandelles de suif. Les mineurs les utilisaient soit sur des bougeoirs de fer, soit attachées à la tête au moyen d'une courroie de cuir.
- Les romains se servaient également de lampes à huile en terre cuite ou en métal, lampes plus éclairantes que les chandelles (lampe Rave).
- Le pouvoir éclairant de l'acétylène a été utilisé dès le XIXe siècle. Cependant comme toutes les lampes à feu nu, son usage fut réservé aux mines métalliques et aux carrières souterraines (lampe Mercier).
- Éclairage de sûreté par lampes portatives.
- La nécessité d'un éclairage de sûreté dans les atmosphères inflammables des mines (grisou, poussières) s'est avéré nécessaire à la suite de nombreux accidents.
- Le plus ancien procédé a été imaginé à Whitehaven, en 1760. Il s'agit d'un rouet à silex par dégagement de gerbes d'étincelles.
- C'est à Humphry Davy et George Stephenson que nous devons le concept des lampes de sûreté : un tamis métallique à mailles très serrées empêche la propagation d'une flamme de l'intérieur vers l'extérieur de la lampe.
- Ultérieurement les lampes ont été équipées d'abord d'un verre puis d'une cuirasse en tôle. L'essence minérale s'étant substituée à l'huile, on adapta aux lampes un système de rallumage interne.
- Outre la lampe Davy, citons : la lampe Clanny, la lampe Mueseler, la lampe Marsaut et la lampe Wolf. Chacune marquant un stade nouveau dans l'évolution technique de l'appareil. De nombreuses autres lampes s'apparentent à ces premières: la lampe Rode (1894), la lampe Fumat (1903), la lampe Mulkay, la lampe Müller à système de fermeture magnétique, la lampe Cuvelier-Catrice à fermeture hydraulique, la lampe Demeure, la lampe Seippel, la lampe Koch.
- Lampes électriques portatives
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- Les premières lampes électriques portatives à piles primaires mises en service en 1862 étaient loin de répondre à toutes les exigences de sécurité.
- Les lampes à accumulateur et à électrolyte liquide : modèles d'Edison, de Pitkin, de Swan, de Bréguet, de Pollak, Stella, de Mallet-Parent.
- Les lampes à accumulateur et électrolyte immobilisé présentent l'avantage de résister aux renversements accidentels. La lampe Süssmann, la lampe Max, la lampe Cotté, la lampe Lux.
L'abattage
L'opération d'abattage consiste à détacher la roche à extraire du massif et à la réduire en éléments plus petits[réf. nécessaire] pour la manutentionner et la transporter. Cette opération peut être faite de plusieurs manières :
- Abattage à la main,
- Abattage par outils individuels :
- Historiquement l'abattage était fait avec des outils à main, la rivelaine (pic à deux pointes à manche long et plat), le pic léger (pic à veine, pic lourd et pic d'avaleresse) ou encore le pied de biche. Ces outils ont été remplacés par le marteau piqueur, instrument de frappe, à mouvement alternatif et dont l'outil est une aiguille.
- Abattage mécanique :
- Les premières haveuses ont été mises en service en Angleterre au XIXe siècle, il s'agissait de haveuses à disque. Elles ont été remplacées par des haveuses à barre, puis par des haveuses à chaîne dans les années 1930.
- Des rabots ont été mis en service dans les années 1940 en Allemagne. Il s'agissait d'un soc raclant la veine de charbon en prenant appui sur le convoyeur blindé et tiré par un câble ou une chaîne.
- Abattage à l'explosif.
Coups de feu
- Coup de grisou
- Coup de poussière
- Mesures préventives
S'il n'est pas un accident « violent », le feu de mine de charbon est un problème grandissant, notamment en Chine. On estime actuellement qu'environ 1 % de la production de gaz à effet de serre provient de ces feux de mine (20 millions de tonnes de charbon partiraient ainsi en fumée chaque année). A température ambiante, le charbon réagit naturellement et spontanément avec l'oxygène de l'air pour donner du gaz carbonique. Si la chaleur ainsi créée n'est pas évacuée (ex. par ventilation), cette dernière augmente la température du charbon jusqu'à atteindre le seuil de combustion. Le feu de mine est donc très fréquent dans les mines affleurantes ou à ciel ouvert.
Accidents divers
- Explosion ou embrassement de grisou, ou « coup de grisou »
- Coup de poussière, explosion provoquée par l'embrassement des poussières de charbon (dites "poussier") en suspension ou accumulée dans les travaux souterrains.
- Incendies
- Coups d'eau
- Coups de terrain
- Éboulements
- D.I. : dégagements instantanés de grisou ou parfois d'acide.
Sauvetage
- Appareils respiratoires
- Organisation en vue de sauvetage
Les mines à ciel ouvert
Principes généraux
Une mine à ciel ouvert ou open pit23 consiste à déplacer de grandes quantités de sol et de sous-sol pour ensuite extraire le minerai. On met en place une mine à ciel ouvert lorsque le minerai se trouve relativement proche de la surface. On creuse la roche par dynamitage et le minerai est ensuite chargé sur d’énormes engins pour traitement.
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Mine de cuivre à ciel ouvert, Chino Copper Mine, Nouveau-Mexique, États-Unis.
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Mine de charbon à ciel ouvert (Wyoming, États-Unis).
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Dégradation de la forêt tropicale due à la mine de charbon de Siderópolis (Brésil).
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Mine à ciel ouvert : extraction de lignite à Garzweiler (Allemagne).
Les mines à déplacement du sommet
Les mines à déplacement du sommet, ou mountain-top removal (MTR) en anglais, sont un type particulier de mine à ciel ouvert, utilisée presque exclusivement dans les montagnes des États-Unis24. La végétation est d’abord détruite, puis le sol arraché24. Les déblais sont simplement poussés dans les fonds de vallée, ce qui permet de niveler une région accidentée, mais provoque aussi une pollution importante24.
Dans les Appalaches, le colmatage des fonds de vallée fait disparaître 500 montagnes et 200 km de cours d’eau par an, augmentant ainsi le risque d'inondations24. Le paysage subsistant est généralement lunaire.
La fin de l'exploitation des mines de charbon
L'après-mine
L'après-mine est l'ensemble des conséquences de la cessation d'une activité minière.
Dans la littérature
- Littérature en langue française :
- Émile Zola : Germinal, 1884-1885.
- Jules Verne :
- Pierre Hubermont : Treize hommes dans la mine, 1930.
- Constant Malva (mineur et écrivain prolétarien) : Un de la mine, 1942; Mon homme de coupe, 1943; Un mineur vous parle, 1948; Le Jambot 1952.
- Aurélie Filippetti : Les Derniers Jours de la classe ouvrière, Paris, Stock, 2003.
- Pat Rieux-Boyer : Poème : Fils de mineurs, Toulouse, Visible sur site: www.msprods.org, 2004.
- Marie-Paul Armand : La Poussière des corons, 1985.
- Sylvette Durbiano : Les Pigeonniers, Paris, Editions de l'Amandier, 2006.
- Littérature en d'autres langues :
- Richard Llewellyn : Qu'elle était verte ma vallée, Editions Jeheber, 1947.
- A. J. Cronin : Sous le regard des étoiles, 1935; La Citadelle, 1937.
- Tawni O'Dell : Le Temps de la colère, Paris, Éditions Belfond, 2001.
- Tawni O'Dell : Retour à Coal Run, Paris, Éditions Belfond, 2004. Sur cet ouvrage, un article dans la revue de sciences sociales « EspacesTemps.net » : Pierre Schill, Coal Run, cité minière de Pennsylvanie, fragment d'Amérique. [1] [archive]
- George Orwell : Le quai de Wigan, Ivrea, 1995.
Notes et références
- Louis Simonin, Jean-Claude Beaune, La vie souterraine : les mines et les mineurs, 1982 - Technology & Engineering, 306 p.
- Tylecote R.F. (1987) The early history of metallurgy in Europe, Longman, London and New York, 329 p.
- Espérou J.-L., Roques P., et Ambert P.(1992) L'outillage des mineurs historiques de Cabrières ; Les Broyeurs, Colloque en Hommage à J. Arnal, Saint Mathieu de Trévier, Archéologie en Languedoc no 15, p. 67-76
- Dubois C (1996) L'ouverture par le feu dans les mines : Histoire, archéologie et expérimentations = Fire setting in mines : history, archaeology, perimentations ; Revue d'archéométrie no 20, p. 33-46 (1 p.1/4) ISSN 0399-1237 (Résumé Inist/CNRS [archive])
- Ambert P., Barge H., Bourhis J.-R. et Espérou J.-L. (1984) Mines de cuivre préhistoriques de Cabrières (Hérault) Premiers résultats ; Bull. Soc. préhist. Fr., t. 81 , 3, p. 83-89.
- Ambert P. (1995) Antimony and Silver in copper artefacts from sou thern France first evidence of metal lurgical utilisation at the beginning of the III millenium ВС, Symposium de Bochum.
- Paul Ambert (1995) Les mines préhistoriques de Cabrières (Hérault) : quinze ans de recherches. État de la question [archive] ; Bulletin de la Société préhistorique française ; Volume 92, Numéro 4 ; p. 499-508.
- Ambert P. sous la direction de (1990) Cabrières-Hérault, le plus vieux centre minier métallurgique de France (2500 av. J.-C), Livret-Guide de l'Excursion A 2 du Colloque en Hommage à J. Arnal, 24 septembre 1990, Archéologie en Languedoc, t. 3, p. 1-32
- Ambert P. (1992) L'émergence de la métallurgie en France méridionale. État actuel des connaissances. In : le Chalcolithique en Languedoc, Archéologie en Languedoc, no 15, p. 51-58.
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- Usage courant du mot en anglais au Québec.
- Gilles van Kote, « La montagne décapitée », Le Monde, , p. 18
Voir aussi
Bibliographie
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- Alfred Évrard, Traité pratique de l'exploitation des mines : Leçons professées à l'Institut industriel du Nord de la France par M. Alfred Alfred, directeur de la Compagnie Houillère de Ferfay et de Ames, t. 1 & 2, Mons et Paris, Mons : E. Dacquin, 1879-1888 ; Paris : Baudry, 1890. 2e éd., coll. « Institut industriel du Nord », (réimpr. 1879,1888,1890) (1re éd. 1878), 2 vol. in-8° , fig p. (notice BnF no FRBNF30411406, lire en ligne [archive])
- François-Hubert Forestier, Apports récents de la géologie, de l’archéologie et de la microtoponymie à la localisation d’activités « industrielles » anciennes sur le plateau de Craponne-sur-Arzon. Fonderies et exploitations minières à l'époque gallo-romaine : in Cahiers de la Haute-Loire 1985, Le Puy-en-Velay, Cahiers de la Haute-Loire,
- Claude Gauvard (dir.), Alain de Libera, Michel Zink, Dictionnaire du Moyen Âge, Paris, Quadrige/PUF, 2002, p. 923.
- Judith Rainhorn, Santé et travail à la mine, XIXe-XXIe siècles, Villeneuve d’Ascq, Presses universitaires du Septentrion, , 313 p. (ISBN 978-2-7574-0739-4)
Articles connexes
- Listes de mines
- Après-mine
- Liste des musées de la mine
- Industrie minière
- Mineur (métier)
- Région minière
- Mines en France
- Mines en Chine
- Mountaintop removal
- Code minier
- Drainages Miniers Acides
- Grisou, gaz de schiste
- Séisme induit
- Renonciation à un titre minier
- Mine de sel
- Mine de fer
- Mine d'or
- Charbonnage
- Métallurgie
- Risque pyrotechnique
- Histoire de la production du cuivre
- Exploitation minière des astéroïdes
- Liste des compagnies minières
Liens externes
- « Représentations de la mine dans la culture européenne » [archive] (base de données)
- « Histoire des lampes de mine et des lampes de sûreté » [archive]
- « HiMAT, un Domaine de Recherche Speciale (SFB) interdisciplinaire sur les activités minières dans les Alpes » [archive]
- « No a la Mina Communautés de voisins autoconvoqués argentins contre la mine » [archive]
- « Nombreuses photographies de mines souterraines » [archive]
- « wikiMetallogenica: description des types de gîtes minéraux » [archive]
- « Planification, construction et exploitation d'une mine » [archive]
Minerai
Un minerai (du latin minera, mine) est une roche contenant des minéraux utiles en proportion suffisamment intéressante pour justifier l'exploitation, et nécessitant une transformation pour être utilisés par l'industrie. Par extension, le terme « minerai » peut également désigner directement les minéraux exploités.
La plupart des minerais métallifères sont :
- des oxydes (bauxite) ;
- des sulfures (galène, sphalérite) ;
- des carbonates (malachite, sidérite) ;
- des silicates (garniérite).
La civilisation industrielle utilise des quantités importantes de minéraux et métaux lourds. Par suite d'une demande croissante en métaux et autres ressources minérales, les minerais sont exploités à des teneurs de plus en plus faibles et dans des conditions d'extraction de plus en plus coûteuses (par exemple les puits profonds d'extraction du charbon, ou les sables bitumineux pour le pétrole) voire destructrices de l'environnement. Le risque d'épuisement de ces ressources naturelles est en particulier lié au gaspillage de ces mêmes ressources, souvent dispersées après usage, plutôt que d'être recyclées. De plus, dans de nombreuses applications, l'absence de récupération est associée à une pollution diffuse de l'environnement par des produits très toxiques. Les perspectives mondiales indiquent que pour de nombreux éléments (tels que l'argent, le fluor, l'étain, le zinc et le nickel), les réserves actuelles ne permettront que de couvrir deux à trois décennies d'exploitation. Il est cependant permis de penser que la durée des réserves disponibles serait prolongée par la mise en place systématique du recyclage.
Selon l’ONU, le développement rapide de l’extraction de matériaux est le principal responsable des changements climatiques et de la pression sur la biodiversité. L’extraction mondiale annuelle de matériaux est passée de 27 milliards de tonnes dans les années 1970 à 92 milliards de tonnes en 2017, ce chiffre pourrait plus que doubler avant 20601.
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- wikiMetallogenica [archive] : description des types de gîtes minéraux
- Recherche expérimentale pour les ressources stratégiques [archive] : recherche expérimentale dans les minerais
- Exploration d'un gisement [archive]
Bibliographie
- (en) Cabri LJ et Vaughan DJ., (1998) Modern approaches to ore and environmental mineralogy. Short Course Series vol 27. Mineralogical association of Canada. 421 pages.
Notes et références
- « L'’extraction mondiale de matériaux atteint... 70 millliards de tonnes par an » [archive], sur Reporterre (consulté le )
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Carrière (géologie)
Une carrière est le lieu d'où sont extraits des matériaux de construction tels que la pierre (la carrière est dans ce cas parfois appelée perrière), le sable ou différents minéraux non métalliques ou carbonifères. Le chantier se fait à ciel ouvert, soit « à flanc de coteau », soit « en fosse » (jusqu'à une centaine de mètres de profondeur parfois). Les carrières peuvent être souterraines ou sous-marines. Elles exploitent des roches meubles (éboulis, alluvionnaires) ou massives (roches consolidées sédimentaire (calcaires et grès), éruptive ou métamorphique (ardoises, granites, porphyres, gneiss, amphibolites, quartzites, schistes, basaltes, etc.)1.
Le terme « carrière » désigne également une installation industrielle complète, appelée en France une installation classée pour la protection de l'environnement, comprenant : un lieu d'extraction et les machines servant à traiter la roche extraite (le matériau en « tout-venant », c'est-à-dire non trié), des hangars, des ateliers où sont coupés et taillés les blocs de roches. La distinction entre mine et carrière tient à la nature du matériau extrait (stratégique ou précieux pour la mine, de moindre valeur pour la carrière). Dans la législation française, cette distinction est précisée par les articles L. 311-1 et L. 100-2 du nouveau code minier, dont ce dernier peut être cité : « toute substance minérale ou fossile qui n'est pas qualifiée par le livre Ier du présent code de substance de mine est considérée comme une substance de carrière »2,3. Le mot vient du bas latin quadrus, « carré » (sous-entendu : quadrus lapis, « pierre carrée » pour la pierre de taille).
Histoire
L'homme a commencé à creuser le sol avec des outils rudimentaires, en bois, corne ou os pour les sols meubles, en silex, pour les roches. Pour façonner les roches tendres, il a donc eu recours à des outils de roches dures. Mais pour façonner les roches dures, il a dû attendre l'avènement des métaux, des abrasifs puissants comme le diamant, puis celui des explosifs4.
Les premières exploitations se sont faites naturellement, il y a plus de 5 000 ans, par ramassage des pierres à la surface du sol. Des pierres prélevées à l'état brut sont utilisées dans la construction des murs en pierre sèche. Les cailloux arrondis des rivières sont un matériau de choix mais sont difficiles à mettre en œuvre sans mortier, on les cimente donc au moyen de mortiers d'argile, prélevée sur place quand cela est possible5. La recherche de pierres de plus en plus en profondeur a conduit à l'établissement des carrières à ciel ouvert ou souterraines. Ainsi au néolithique déjà, dans les minières néolithiques de silex de Spiennes (Hainaut), des hommes contemporains des dolmens creusent des puits et des galeries pour se procurer le silex de la craie, plus facile à mettre en œuvre que les cailloux roulés inclus dans les limons6.
Dans le monde antique, s'impose progressivement la nécessité de trouver des pierres les plus aptes à leur destination. Le travail d'extraction et de débitage des pierres se fait en plusieurs étapes : après le travail de « dé-couverture » des bancs de pierre propre à produire les pierres, dures ou tendres, compatibles avec leur destination, démarre le travail d'extraction lui-même. Afin de détacher les blocs que l'on pourra façonner, le carrier fait, dans des cas très rares, appel à des strates et fissures naturelles, plus souvent il doit creuser des rainures, au pic, délimitant le volume et la forme des pierres telles qu'elles devront être réalisées5.
D'après Eugène Viollet-le-Duc, les Romains sont les plus intelligents explorateurs de carrières qui aient jamais existé. « Les constructions de pierre qu'ils ont laissées sont élevées toujours avec les meilleurs matériaux que l'on pouvait se procurer dans le voisinage de leurs monuments. Il n'existe pas d'édifice romain dont les pierres soient de médiocre qualité ; lorsque celles-ci faisaient absolument défaut dans un rayon étendu, ils employaient le caillou ou la brique, plutôt que de mettre en œuvre de la pierre à bâtir d'une qualité inférieure ; et si l'on veut avoir de bonnes pierres de taille dans une contrée où les Romains ont élevé des monuments, il ne s'agit que de rechercher les carrières romaines7. »
Les outils des carriers romains consistaient en pics, coins, leviers pour l'extraction, scies pour le débitage des blocs, ciseaux et marteaux, masses ou maillets.
La Rome antique, le Moyen Âge, la Renaissance, jusqu'au XIXe siècle font un usage massif de la pierre naturelle dans des architectures prestigieuses.
Aux techniques traditionnelles d'abattage, par saignée au pic, au coin, à la masse réalisées à bras d'homme, succède le travail mécanique et « aveugle » des machines : la frappe mécanique du marteau-piqueur, la scie à chaîne (haveuse), la perforatrice rotative (de la tarière au rotary), le marteau perforateur, le jet d'eau sous pression voire le laser de puissance4.
La pierre cesse d'occuper la place prépondérante multiséculaire qu'elle a occupé dans la construction avec l'invention du béton (la pierre artificielle), plus facile à mettre en œuvre.
Les pierres de construction (ardoises, pierres taillées dites dimensionnelles, pierres tombales et ornementales) ne représentent qu'une infime, mais lucrative part de la production de roches. En France si l'on considère l'ensemble des roches abattues, les carrières dépassent en tonnage la production des mines. On extrait chaque année en France 200 millions de tonnes de matière minérale rocheuse (en excluant les alluvions, moraines et autres emprunts de terrain meuble, qui représentent encore davantage) qui se répartissent entre : le charbon et minerais (10 MT) ; la pierre à ciment et gypses (10 MT) ; les granulats de béton, routes, ballast (150 MT) ; les blocs pour enrochement (digues à la mer, travaux portuaires) (30 MT)4.
Homme et machine
Comparativement au travail à la main où le mineur, à chaque coup choisit le point d'attaque le plus approprié, le travail de la machine est extrêmement dispendieux en énergie : l'abattage avec une machine ponctuelle consomme 76 fois plus, l'abattage à l'explosif dans des trous de mine est du même ordre. Une tarière de grand diamètre consomme 135 fois plus, la combinaison optimale, tarière, havage, et tir en forage réduit ce facteur à 204.
Types de carrières
On peut distinguer les carrières par l'usage de la roche qui en est tirée :
- Matière première industrielle : calcaire pour les cimenteries, argile pour la terre cuite, etc. ;
- Roche ornementale et de construction : ardoise, pierre, marbre, granit pour les constructions, pierres tombales, etc. ;
- Granulat : graviers et sables utilisés par le bâtiment et les travaux publics.
Cette dernière catégorie est, en France, de loin la plus importante en volume8.
On peut aussi distinguer les carrières par leur mode d'extraction :
- Carrières de roche massive : extraction d'une couche géologique de roche plutôt homogène et compacte par abattage à l'explosif, au sciage et plus rarement par ripage (raclage et polissage) ;
- Gravière et sablière : extraction de dépôts sédimentaires, alluvionnaires ou marins de sables ou de graviers.
- Il existe des carrières sous-marines (sable, gravier) et souterraines.
Fonctionnement
De loin les plus nombreuses en France, les carrières de roche massive exploitent leur gisement de façon à peu près toujours identique :
- Forage ou foration : percement de trous verticaux d'environ 10 cm de diamètre dans la roche selon un écartement (la "maille") bien déterminé.
- Minage : les trous de foration sont remplis d'explosifs. L'explosion successive des trous fragmente grossièrement (<800 mm) la roche et l'abat.
- Reprise : une pelle hydraulique ou un chargeur à pneu récupère la roche abattue et la charge dans un engin de transport.
- Roulage : un engin, plus rarement un convoyeur à bande, achemine les matériaux grossiers jusqu'à l'installation de traitement.
- Scalpage : optionnel, les matériaux avancent sur des rails écartés d'environ 200 mm. Les plus petits passent à travers. Les matériaux fins sont souvent impropres aux usages nobles des granulats, le scalpage les élimine.
- Concassage primaire : les matériaux grossiers sont cassés par une action mécanique directe, par exemple la fermeture de deux mâchoires verticales ou la projection violente sur un écran métallique. On cherche généralement à obtenir des matériaux allant de 0 à 250 mm.
- Criblage primaire : à l'issue du concassage primaire, les matériaux sont envoyés par des convoyeurs à bande sur une série de grilles vibrantes. La taille des trous dans les grilles permet de trier les matériaux. Ceux suffisamment petits pour être commercialisés sont mis en stock, les autres partent vers le broyage secondaire.
- Mise en pré-stock : optionnelle, la mise en stock et la reprise des matériaux destinés à un traitement ultérieur permettent de donner une souplesse de fonctionnement à l'usine. La partie primaire peut ainsi fonctionner séparément du reste de l'installation.
- Broyage secondaire : les matériaux trop gros sont cassés par une action mécanique souvent indirecte utilisant l'attrition. Les broyeurs coniques verticaux giratoires sont courants. On cherche alors à réduire la taille des plus gros à 50 mm.
- Criblage secondaire : même principe que précédemment, mais les matériaux trop gros repassent dans le broyeur secondaire, les autres partent soit vers le broyage tertiaire, soit vers les stocks commercialisables.
- Broyage tertiaire : on cherche à obtenir des matériaux inférieurs à 14 mm de diamètre.
- Criblage tertiaire : plusieurs cribles en séries finissent de séparer les granulats en "coupures" de plus en plus fines.
Organisation, structure d'une carrière
Outre des ateliers, systèmes de pesée, réserves de carburants et matériels d'exploitation... une carrière est typiquement constituée de zones spécifiques, qui évoluent dans l'espace et le temps avec l'avancée des fronts de taille, etc.
- Les fronts de taille ; ce sont les flancs (souvent verticaux ou presque) issus de l'abattage de la roche (parfois sciée, autrefois fendue et aujourd'hui plus souvent abattue par tirs de mines (ex). Plusieurs fronts superposés peuvent être organisés en gradins, avec une hauteur réglementaire de chaque front, établie selon les risques d'effondrement. En France selon l'ENCEM, le gradin situé entre deux banquettes ne doit pas dépasser 15 m (et jusqu'à 30 m avec dérogation)1. Un front est dit "inférieur" (du gisement exploité) ou de découverte (constitué de matériaux superficiels altérés dits matériaux de découverte)1.
- Les banquettes ; horizontales et souvent large de plusieurs dizaines de mètres (zone de déplacement des engins), elles séparent les fronts de taille (le carrier nomme gradin l'association d'un font et de sa banquette inférieure)1. En fin d'exploitation, alors que les fronts de taille ont avancé, les banquettes « résiduelles » mesurent la plupart du temps moins de cinq mètres1.
- Le carreau ; c’est en fond de fosse le plateau horizontal formé par l'avancée progressive des fronts. Il peut atteindre des centaines d’hectares dans les très grandes carrières1.
- Le réseau de pistes ; il permet aux engins de circuler entre les différentes zones d'une carrière. Chaque piste est généralement large d'environ 10 m1.
- Les merlons ; ce sont des dépôts linéaires de 2 à 4 m de hauteur, en général sur quelques mètres (5 à 10 m) de large déposés en périphérie de la carrière pour limiter le bruit, cacher et délimiter le chantier1. On y dépose généralement la terre végétale et des déchets de carrière, qui pourront être réutilisés au moment de la réhabilitation, en fin d'exploitation.
- Terril (ou crassier) : c'est une accumulation importante de matériaux sans intérêt commercial («stériles»), issus du décapage de surface ou de la production profonde pouvant atteindre plusieurs hectares et dizaines de mètres de hauteur, ils servent parfois au remblai partiel de la carrière en fin de vie1.
- Bassins ; un bassin d'exhaure peut être installé près de la fosse, ou en fond de fosse. Il accueille les eaux pluviales et de ruissellement ou issus du pompage d'eaux souterraines (eaux d’exhaure). C'est un lieu de stockage définitif ou temporaire (dans les régions pluvieuses où il faut évacuer l'eau pour ne pas noyer la carrière. Sur les substrats drainants, il n'est parfois pas nécessaire).
Un ou plusieurs bassins de décantation récupèrent les MES (matière en suspension dans l'eau). Leur eau peut être réutilisée pour le lavage de matériaux (circuit fermé) ou pour le traitement des eaux d’exhaure avant rejet dans le milieu naturel. Des curages périodiques des boues sédimentées sont alors nécessaires.
Implantation d'une carrière
Elle obéit à plusieurs critères :
- géologiques évidemment,
- commerciaux : la proximité des lieux de consommation est vitale, le transport comptant pour beaucoup dans le prix de vente.
- de sécurité
- réglementaires et environnementaux : 'en France, par exemple, les carrières sont soumises à une autorisation préfectorale. Le préfet établit un schéma départemental qui décrit les zones où l'exploitation d'une carrière est possible. Beaucoup d'autres contraintes réglementaires se rajoutent généralement ; on peut citer principalement, concernant la France :'
- les contraintes d'urbanisme : le Plan Local d'Urbanisme de la commune où l'on souhaite implanter la carrière, le SCOTT (mise en cohérence des PLU de plusieurs communes), ...
- les contraintes réglementaires visant la protection de la nature et de la flore : parcs nationaux, paysages classés, avec en Europe ; zones Natura 2000, Zone d'intérêt communautaire pour les oiseaux (ZICO), Zone de protection spéciale (ZPS), et en France ; Parc naturel régional (PNR), ZNIEFF, Arrêté préfectoral de protection de biotope (APB), Réserve naturelle régionale (RNR), etc.
La superposition sur une carte de l'ensemble de ces contraintes permet de se rendre compte des possibilités d'ouverture d'une carrière. En pratique, les surfaces disponibles sont réduites, ce qui pose aujourd'hui de sérieux problèmes d'accès à la ressource, alors que la pierre est la deuxième matière naturelle la plus consommée après l'eau (environ 20 kg par jour et par habitant, en France).
Le bail à carrière est non pas un bail commercial, mais un contrat de vente de matériaux à extraire ; la jurisprudence se fonde sur le fait que la matière objet du contrat (argile, granit…) est un meuble par anticipation.
Impact sur l'environnement
L'impact des carrières sur leur environnement varie selon le moment (stade d'exploitation, stades de recolonisation), et selon le type d'extraction et de substrat :
- Certains gisements sont interdits d'exploitation : c'est le cas de ceux situés dans le lit mineur des cours d'eau (les extractions pour l'entretien justifié des cours d'eau sont des dragages)9
- Les carrières souterraines influent souvent sur l'eau via leurs interactions avec les nappes et avec les eaux superficielles10. Le carrier doit pomper les eaux issues du sous-sol pour qu'elles n'envahissent pas la carrière. Et les polluants qui ont éventuellement été dispersés dans une carrière peuvent en fin de vie directement contaminer la nappe. Dans certaines conditions, un drainage acide peut advenir. Inversement, certaines carrières, si elles ne sont pas remblayées11, offrent en fin d'exploitation un gîte pour les chauve-souris ou pour d'autres espèces (sablières et gravières en particulier12, qui peuvent accueillir de nombreuses espèces pionnières et des hirondelles de rivage, après avoir éventuellement constitué pour ces espèces une situation de piège écologique13,14).
- Les carrières sont le plus souvent abandonnées en fin de vie. Elles représentent un grand danger d'effondrement, car les infiltrations d'eaux les fragilisent. Elles peuvent provoquer de graves dégâts aux habitations construites au-dessus. Nombreuses dans l'Est de la France, mais aussi en région parisienne, elles sont attentivement suivies par les services de la préfecture, l'INERIS (Institut National de l'Environnement industriel et des RISques) et le B.R.G.M. ;
- Les carrières à ciel ouvert en roche massive modifient de façon importante le paysage, en créant des falaises, en découpant des collines, en créant des trous profonds en plaine. Les hauteurs de front d'abattage n'étaient auparavant pas réglementées et des fronts de plus de 30 mètres étaient courants. Ces hauteurs importantes accentuaient l'aspect vertigineux de ces changements ;
- Il est difficile de mesurer l'impact à long terme des extractions dans les lits des rivières ou en mer, cela dépend de la résilience écologique du milieu et de la rapidité du retour des alluvions. Les extractions des gravières sur des gisements sédimentaires mènent souvent à la création de plans d'eau nouveaux en laissant la nappe phréatique sortir à l'air libre.
Impacts des carrières en exploitation
À court terme, ces impacts sont :
- les vibrations des tirs de mine : les tirs n'étant jamais parfaits, ils subissent une déperdition d'énergie. La réglementation fixe des limites strictes aux vibrations maximales admises sur les structures autour des carrières. Le respect de la réglementation n'empêche pas les réclamations (dont certaines ne sont pas toujours exemptes de mauvaise foi et de calculs financiers) ;
- les vibrations du transport par camion : bien moins remarquées, car non spécifiques aux carrières, leur intensité est souvent bien supérieure à celles des tirs de mine ;
- le bruit : les appareils de broyage sont particulièrement bruyants, tout comme le bruit de la roche tombant dans la benne d'un camion vide et le bruit des avertisseurs sonores de recul des engins. La réglementation encadre là aussi les niveaux de bruit maximaux acceptables en bordure d'exploitation en période diurne et nocturne ;
- la poussière : la circulation des engins sur les pistes, ainsi que le concassage et le criblage soulèvent beaucoup de poussière. Dans les carrières dont la roche est riche en silice (Bretagne, Basse-Normandie, Massif central...) cette poussière contient suffisamment de silice libre pour provoquer l'apparition de silicose parmi le personnel, après une exposition continue et durable (de plusieurs années). En France les carriers doivent mesurer les retombées de poussière en bordure d'exploitation. Cependant, la méthode de mesure qui est généralement mise en place (méthode dite « des plaquettes ») ne permet pas d'avoir une évaluation sanitaire des effets des poussières sur la population. En effet, cette méthode mesure le poids des poussières se déposant sur une plaquette. Cela ne permet pas de savoir quelle est la granulométrie des poussières émises. Or l'impact sanitaire des poussières est directement lié à ce paramètre.
Réduction des impacts, compensations
Les carriers réfléchissent depuis plusieurs années à la réduction de ces impacts ; en France et dans d'autres pays, l'intégration paysagère des sites en fin de vie est désormais prise en compte dès l'ouverture d'un site ou du renouvellement de son autorisation d'exploitation. Une caution financière est exigée (en France, par les préfectures) pour garantir que les travaux de terrassement finaux seront bien réalisés même si l'exploitant fait faillite. Ces plans de remise en état peuvent être très poussés et ouvrir des perspectives nouvelles aux riverains et aux communes, comme celui des carrières de Fréhel qui propose la création d'un havre en eau profonde sur cette côte de grès rose. (tjrs d'actualité ?)
Les sites dits « orphelins », dont les exploitants ont fait défaut au moment de la remise en état, sont petit à petit traités par le syndicat professionnel l’UNICEM.
Les problèmes de bruit et de poussières et d'aérosols font eux l'objet de traitements adaptés aux situations : bardage, confinement, aspiration, filtration, pulvérisation d'eau, klaxons de recul à amortissement rapide du signal, etc.
Fin de vie
Les carrières forment des « enclaves » dans la matrice écopaysagère présentent alors un potentiel de nouvel habitat pour des successions15 d'espèces variant selon les caractéristiques biogéographiques des carrières et leur contexte écologique (richesses et proximité des populations-sources capables de recoloniser le site). En fin d'exploitation, si la carrière n'a pas été utilisée comme décharge de produits écotoxiques ou indésirables pour l'environnement, elle présente plusieurs caractéristiques écologiquement intéressantes1 ;
- Arrêt des pressions anthropiques, laissant la place aux espèces pionnières, avec parfois apparition de mares ou étangs quand la nappe remonte à la suite des arrêts de pompages d'exhaure1 ;
- En ce qui concerne l'écologie du paysage, la carrière abandonnée devient un lieu original, idéal pour certaines espèces pionnières ou espèces vivant dans les éboulis, falaises et milieux rocheux ou inondés le cas échéant ; Les conditions de vie y sont, au moins dans un premier temps difficiles (aridité, manque de sol et faible disponibilité de certains nutriments, exposition, érosion le cas échéant...)16, mais ce contexte favorise les espèces adaptées à ces conditions extrêmes1 ;
- La diversité en micro-habitats devenus rares ou naturellement rares (hors montagnes) est parfois élevée : front, éboulis, merlon de terre, carreau, mare, ce qui est favorable aux espèces qui peuvent vivre dans ces petits habitats ou les utiliser comme milieu de substitution ;
- On n'y trouve normalement pas d'engrais (facteurs d'eutrophisation et de banalisation de la faune et de la flore17... Ceci est favorable aux espèces des milieux oligotrophes (particulièrement menacées).
- On n'y trouve normalement pas de pesticides, ce qui est favorable aux espèces qui en souffrent, dont la plupart des invertébrés et animaux à sang froid..
- On y trouve des écotypes particuliers, adaptés à l'absence de sol ou aux tassements intenses18. Daniel Petit (1980) a montré que des plantes comme l'Oseille à feuilles rondes (Rumex scutatus) devaient s’adapter aux éboulis (qu'ils contribuent ensuite à stabiliser)19;
Des guides de bonnes pratiques sont disponibles pour une meilleure réhabilitation et gestion de la biodiversité, dont pour les carrières en eau20, les carrières en zone Natura 200021, et plus récemment (2011) pour les carrières de roches massives1.
En France
Selon le BRGM22, la France métropolitaine et dans les DROM compte 4 276 carrières déclarées « actives » à fin 2013 et selon l'Union nationale des producteurs de granulats (UNPG), la France compterait en 2010 environ 2 700 carrières de granulats (produits meubles d'origine alluvionnaire ou fabriqués sur place en broyant la roche mère1. Elles couvrent environ (2004) 0,02 % du territoire (Unicem, 2000), produisant environ 6,8 t/habitant (soit 4,5 fois la consommation individuelle de pétrole ; 1,5 t/hab./an). Plus de la moitié (55 %) des granulats viennent de carrières de roches massives1.
Une moyenne d’environ 1 million de tonnes, soit 20 kg par personne de sables et graviers sont ainsi produits chaque jour. Les travaux publics sont les premiers consommateurs avec en France 408 millions de tonnes de granulats et roche extraits pour eux en 2004 par 1770 entreprises sur environ 4 000 sites (carrières de roches meubles ou massives). C'est moins que les 500 millions de tonnes consommées en 1975 lors du summum de la construction, mais bien plus que les 75 millions de tonnes consommées en 1950 en France lors de la reconstruction post-Seconde Guerre mondiale1. L’UNICEM constate une diminution du nombre de carrières et d’entreprises dans les dernières décennies, au profit d'activités de recyclages notamment1.
Après exploitation ou au fur et à mesure de celle-ci, les carriers doivent réaménager ou renaturer leurs sites pour des usages agricole, forestier, de réserve écologique, base de loisirs, éléments de la trame verte et bleue…Les métiers de la carrière
- Maître de carrière
- Géomètre-topographe
- Carrier
- Conducteur d'engins, chauffeur
- Tailleur de pierre
Notes et références
- ENCEM, Gestion et aménagement écologique des carrières de roches massives, Guide pratique à l'usage des exploitants de carrières, ENCEM, juin 2011, ref:REA A5 11 G (publié en 2011, avec une bibliographie sur Cd-Rom sur les potentialités écologiques des carrières)
- « Article L. 311-1 du nouveau code minier » [archive], sur www.legifrance.gouv.fr (consulté le )
- « Article L. 100-2 du nouveau code minier » [archive], sur www.legifrance.gouv.fr (consulté le )
- Manuel de mécanique des roches: Les applications. Comité français de mécanique des roches, Pierre Duffaut. Presses des MINES, 2003. Consulter en ligne [archive]
- Jean-Pierre Adam. La Construction romaine. Matériaux et techniques. Sixième édition. Grands manuels picards. 2011
- Salomon A. Puits à silex et trous à marne. In: Bulletin de la Société préhistorique française. 1913, tome 10, N. 4. p. 229-242. sur persee.fr [archive] Consulté le 16 janvier 2012
- Eugène Viollet-le-Duc Dictionnaire raisonné de l’architecture française du XIe au XVIe siècle - Tome 7 [archive], Pierre
- Extraction de produits de carrière et minéraux divers, panorama de l'industrie française sur site de l'INSEE [archive]
- « Article 11 de l'arrêté relatif aux exploitations de carrières, les interdisant dans les lits mineurs (ministre de l'Environnement : Michel Barnier) » [archive], sur legifrance.gouv.fr, (consulté le )
- BRGM, Interactions entre les carrières et les eaux souterraines et superficielles [archive], Bilan des connaissances techniques, 1988, PDF, 80 pages
- Lefeuvre, Jean-Claude, 2008, « L'apport des carrières, entretien », UNICEM Magazine, n° 746, p. 18-19.
- Chapel Guérin, A., 2009, La durabilité des sablières, approche méthodologique dans sa perspective territoriale. Les sablières Lafarge Granulats Ouest en Bretagne, Thèse de doctorat, Rennes 2, 338 pages.
- Carré, C. et M. Charrier, 2002, « La gestion d’une ressource non renouvelable, entre gestion durable et aménagement des nuisances, le cas des granulats alluvionnaires en Île-de-France », Annales de géographie, 111e année, n° 626, p. 406-418.
- Anaïs Guérin Chapel, La biodiversité dans les carrières, une réalité ? Avis des associations naturalistes Le cas des sablières en Bretagne; Vertigo, revue électronique de l'environnement, Regards / Terrain 2011
- Usher M.B. & Jefferson R.G., 1990. The concepts of colonisation and succession : their role in nature reserve management. Biological Conservation, 48 : 153-159.
- Vanpeene-Bruhier S. & Delory I., 2000. Réaménagement agricole des carrières de granulats : proposition d’amélioration de leur qualité pour une utilisation agricole durable. Ingénieries EAT, 24 : 33-44.
- Coumoul H. & Mineau H., 2002. Jardins de l’autoroute. Histoire de graines, d’herbes et de rocailles. Actes Sud, 187 p.
- Frain M., 1991. Approche phytosociologique de la dynamique des végétations primaires sur roches artificiellement dénudées en Auvergne, Velay et Limousin. Thèse (Université de Clermont-Ferrand II) ; 151 p
- Petit D., 1977. Les pelouses à Hieracium pilosella L. des terrils du nord de la France. Coll. Phytosoc. VI, Les pelouses sèches, Lille : 201-212.
- UNICEM, Aménagement écologique des carrières en eau – guide pratique (service Environnement Lien UNICEM [archive]) de l’UNICEM
- Ministère de l'écologie et du Développement durable, avec l’UNICEM, évaluation des incidences des projets de carrières dans les zones Natura 2000 [archive]
Voir aussi
Bibliographie
- Chartier, R., & Lansiart, M. (2004). Document d’orientation sur les risques sanitaires liés aux carrières (BRGM).
- Sauveterre (1985), Évaluation des potentialités écologiques des sites de carrières après exploitation et modalités de leur restauration écologique. Ministère de l’environnement, Ministère du redéploiement industriel et du commerce extérieur & Comité de la taxe parafiscale sur les granulats, 73 p.
- Sengupta M. (1993), Environmental impacts of mining - Monitoring, restoration and control. Lewis, États-Unis.
- Sionneau J.M. (1987), Les potentialités écologiques des carrières. Industries minérales, Mines et Carrières, avril : 2-10.
- Sionneau J.M. (1993), Les potentialités écologiques des carrières sèches. Actes des journées techniques AFIE, 7-8 oct. 1993, « Les pratiques du génie écologique - L’aménagement et la réhabilitation écologique des carrières sèches » : 25-34.
- Union Nationale des Producteurs de Granulats (1979), Les carrières : Potentiel de création et de reconquête des milieux naturels.
Journée d’études du 18 septembre 1979, UNPG.
Articles connexes
Liens externes
- Glossaire [archive]
- Dossiers sur les carrières souterraines et leur réutilisation, principalement dans le Val de Loire et à Paris [archive]
- Mise en avant par la photographie de mines, carrière, catacombes [archive]
- Dossier exploitation carrière souterraine principalement en Île-de-France et en Picardie [archive]
- Photos de carrières anciennes (ainsi que d'autres souterrains) [archive]
- Carrières du Hainaut [1] [archive]
- Roulleau Jacky Girault Pascal Le Puy-Notre-Dame, de cave en cave [archive]
- Girault Pascal Doué-la-Souterraine, une cité oubliée [archive]
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Extraction de l'uranium
L’extraction de l'uranium est un processus minier allant de la prospection initiale au produit final, le « yellowcake ». C'est la première étape du cycle du combustible nucléaire, visant essentiellement à fournir le combustible des réacteurs nucléaires via les opérations successives suivantes :
- la prospection de nouveaux gisements ;
- la préparation d'un site pour l'exploitation d'un gisement (autorisations, conception et installation des équipements, construction éventuelle des ouvrages d'accès) ;
- l'extraction du minerai, seul ou en coextraction avec de l'or, du cuivre, du phosphate... ;
- le traitement du minerai (concassage, broyage, dissolution de l'uranium) pour concentrer l'uranium sous forme de « yellowcake » (majoritairement composé de U3O8),
- le transport sécurisé du yellow cake,
- le démantèlement des équipements industriels et la gestion de l'après-mine.
En 2014, les trois premiers pays producteurs d'uranium dans le monde — le Kazakhstan, le Canada et l'Australie — assuraient les deux tiers de la production mondiale. La production d'uranium (56,2 milliers de tonnes cette année-là), était en baisse de 5,7 % par rapport à 2013.
Histoire
La première exploitation systématique de minerai radioactif est réalisée à Jáchymov (en allemand, Joachimsthal), une cité minière située dans ce qui est à présent la République tchèque. Marie Curie utilise de la pechblende provenant de Jáchymov pour isoler le radium, un descendant radioactif de l'uranium. Ensuite et jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, l'exploitation minière vise principalement le radium. En France, Hippolyte Marlot, à Saint-Symphorien-de-Marmagne, est le premier à extraire le radium2[réf. incomplète].
Cet élément est utilisé comme composant de peintures phosphorescentes pour des cadrans de montres ou autres instruments, ainsi que pour des applications médicales (certaines applications sont à présent considérées comme dangereuses pour la santé). L'uranium est alors un produit dérivé de ces applications, principalement utilisé comme pigment jaune.
La Seconde Guerre mondiale accroît la demande : le projet Manhattan, préparant les applications militaires de l'énergie atomique, cherche à acquérir d'importants stocks d'uranium. Le gisement historique de Jáchymov, sous occupation allemande, n'étant pas accessible, les Américains utilisent des minerais provenant de la mine de Shinkolobwe du Congo belge, fournis par l'Union minière du Haut Katanga, ainsi que du Canada. Une politique d'auto-suffisance les pousse aussi à récupérer l'uranium issu des exploitations de vanadium du sud-ouest des États-Unis, bien que les teneurs y soient plus faibles. L'Union soviétique, n'ayant pas de stock d'uranium au début de son programme d'armes atomiques, fait de même.
En 1972, des scientifiques français étudiant l'uranium extrait dans la mine d'Oklo au Gabon découvrent le réacteur nucléaire naturel d'Oklo.
Depuis les années 1970, une part importante de l'uranium français vient des mines d'Arlit au Niger, exploitées par Orano[réf. souhaitée]. La France compte aussi près de 210 anciens sites d'extraction et de traitement des minerais d'uranium. Ils ont représenté une production d'environ 72 800 tonnes d'uranium ; leur activité a pris fin en mai 2001 avec la fermeture de la mine souterraine de la Cogéma à Jouac/Le Bernardan, en Haute-Vienne. Quelques mines françaises servent aujourd’hui comme sites d'entreposage des résidus de traitement et des déchets radioactifs importés3,4.
Géologie de l'uranium
Minéralogie
L'uranium est assez abondant dans l'écorce terrestre. Dans les terrains granitiques ou sédimentaires, le taux d'uranium est d'environ 3 g/t ; à titre d'exemple, un terrain carré de 20 m de côté constitué uniquement de roche contient ainsi, sur une profondeur de 10 m, environ 24 kg d'uranium, ou encore un rocher cubique de 5,5 m de côté contient environ 1 kg d'uranium, ces ordres de grandeur n'étant que des moyennes (dans la plupart des gisements l'uranium n'est présent qu'à l'état de traces)[réf. nécessaire].
L'uranium naturel est faiblement présent dans l'eau de mer, à une teneur de 3 mg par mètre cube, soit mille fois moins que dans les roches. Le Rhône en charrie près de 30 tonnes par an, issues de l'érosion des reliefs alpins et du ruissellement. La récupération de l'uranium de l'eau de mer a été étudiée au Japon ; l'extraction par matrice à d'ions n'a pu conclure à la faisabilité industrielle, en raison de coûts énergétiques et financiers exorbitants[réf. nécessaire].
Le minerai naturel d'uranium, ou pechblende, apparaît sous forme de filons métallifères. L'uranium cristallise dans la nature en donnant 300 minéraux différents, parfois remarquables (voir les cristaux de Autunite, Boltwoodite, Francevillite, Sengierite, Vanuralite...).
Selon les gisements, le minerai est considéré comme exploitable à partir de 1 à 2 kg d'uranium par tonne de minerai (soit plusieurs centaines de fois la concentration naturelle moyenne du sol)[réf. nécessaire]. La concentration exploitable varie fortement suivant les conditions d'exploitation et le cours du minerainote 1.
Prospection
La prospection de l'uranium utilise les outils géologiques classiques, mais a pour originalité de pouvoir utiliser des techniques de prospection radiologique : le passage du compteur Geiger de quelques dizaines de chocs par seconde à quelques milliers indique la proximité d'un affleurement présentant une concentration potentiellement intéressante.
L'activité du minerai dépend de sa concentration et est de l'ordre de 1,6 × 106 Bq kg−1 pour un minerai riche d'une teneur de 1 %. Dans des gisements exceptionnel comme ceux du Canada, la teneur peut aller jusqu'à 15 %.
Une caractéristique remarquable de ce minerai est sa radioactivité, due aux éléments de la chaîne de désintégration de l'uranium jusqu'au plomb. Il contribue majoritairement au bruit de fond radiométrique. Historiquement, l'outil de détection employé a été le compteur Geiger, dont les premiers modèles transportables (de l'ordre de 25 kg) sont apparus dans les années 1930. Il est encore utilisé aujourd'hui, mais le compteur à scintillation, plus précis, tend à le remplacer[réf. nécessaire].
La prospection aérienne radiologique de l'uranium, suggérée dès 1943 par G.C. Ridland, géophysicien travaillant à Port Radium (Canada), est devenue la technique la plus employée en prospection initiale. L'extension du gisement est ensuite précisée par des échantillonnages, puis des forages prospectifs.
Gisements sous discordance
Cette section ne cite pas suffisamment ses sources (mars 2011).Les minéralisations uranifères de type discordance ont été découvertes pour la première fois à la fin des années 1960 dans les bassins de l'Athabasca (Canada) et de McArthur (Saskatchewan, Canada5). Leur richesse est exceptionnelle.
Les dépôts d'uranium se situent à l'interface entre un socle d'âge archéen à protérozoïque inférieur et une puissante couverture de grès du protérozoïque moyen. Ils sont généralement associés à des failles à graphite et entourés de halos d'altérations argileuses de haute température. Les minéralisations ne sont pas clairement datées mais sont plus récentes que les couvertures sédimentaires.
Le modèle communément admis pour la genèse de ces gisements est diagénétique hydrothermal, c'est-à-dire que le dépôt a lieu pendant la diagenèse à la faveur de circulations de fluides. Une saumure très concentrée et oxydante percole dans le socle et s'enrichit en calcium, magnésium et uranium par dissolution de monazite, s'appauvrit en quartz et augmente sa température. Au contact d'un front rédox à la discordance, cette saumure dissout du quartz et précipite de l'uranium dans l'espace libéré. Des altérations, remobilisations et précipitations successives ont probablement lieu ultérieurement.[réf. nécessaire]
Voir par exemple la configuration illustrée dans l'article réacteur nucléaire naturel d'Oklo.
Les mécanismes de minéralisation en Australie et au Canada sont assez semblables mais leurs formes et leurs emplacements diffèrent sensiblement, ce qui amène les scientifiques à spéculer sur des mécanismes de réduction différents pour les deux bassins. Les géologues essayent cependant de comprendre ce qu'ils ont en commun pour trouver de nouveaux gisements de ce type. Enfin, l'analogie entre ce type de gisement et la conception actuelle du stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde intéresse fortement les chercheurs.[réf. nécessaire]
Mines d'uranium
Technique d'extraction
Le minerai d'uranium est extrait selon quatre techniques, dites conventionnelles6 :
- l'exploitation en galerie souterraine : le minerai est atteint grâce à des galeries à l'instar des mines de charbon. En 1990, 55 % de la production mondiale provenait de mines souterraines, mais cette technique a diminué de façon spectaculaire pour ne représenter plus que 33 % en 1999 et 28 % en 2010 pour 15 095 tonnes extraites.
- l'exploitation à ciel ouvert : l'uranium est extrait après décapage de la partie de la roche qui le recouvre. 13 541 tonnes ont été extraites en 2010 selon cette technique, soit 25 % de l'uranium extrait cette année dans le monde.
- L'exploitation par lixiviation in situ (ISL) : un premier forage est réalisé, permettant d'injecter dans le sol une solution chimique puis l'uranium dissous par cette solution est récupéré à la surface grâce à un deuxième forage. 22 108 tonnes ont été extraites selon cette technique en 2010, soit 41 % du minerai mondial. Cette technique connaît un important développement essentiellement au Kazakhstan.
- La coproduction consiste à extraire l'uranium simultanément à l'extraction d'autres minerais, de l'or, du cuivre ou du phosphate. 2 920 tonnes ont été extraites en 2010, soit 5 % du tonnage mondial.
Pour pallier la présence de radioactivité dans la mine d'uranium, l'industrie minière met en place des mesures de sécurité spéciales : par exemple des systèmes d'arrosage et ventilation permanente pour diminuer l'irradiation et réduire les concentrations de poussières et de radon.
Concentration en « pâtée jaune »
Les faibles concentrations en uranium des minerais extraits rendent son transport économiquement non rentable, et imposent un traitement de concentration sur place. Le concentré de « pâtée jaune » (yellowcake) est préparé aux abords de la mine par de nombreuses méthodes d'extraction et de raffinage, dépendant du type de minerai. On extrait typiquement environ 500 g de pâtée jaune par tonne de minerai.
Le minerai est tout d'abord réduit mécaniquement en une poudre fine par concassage, en le faisant passer à travers une série de concasseurs et de tamis. Il est ensuite traité par diverses opérations chimiques dans des bains concentrés d'acide, de base, ou de peroxyde, afin de dégager l'uranium par dissolution : attaque chimique (oxydation, lixiviation), puis extraction du métal (échange d'ions, extraction par solvant). La pâtée jaune est obtenue par précipitation de la solution, filtration puis lavage, séchage et emballage. Le résultat est une pâte jaune dont la teneur en uranium est de 750 kg/t.
Plus grandes mines en exploitation
La production mondiale provient pour 55 % de dix mines, dont quatre sont situées au Kazakhstan6.
Mine Pays Propriétaire Type Production 2010 Part de la production mondiale McArthur River Canada Cameco souterrain 7 654 14 % Ranger Australie ERA (Rio Tinto : 68 %) ciel ouvert 3 216 6 % Rossing Namibie Rio Tinto : 69 % ciel ouvert 3 077 6 % Krasnokamensk Russie ARMZ souterrain 2 920 5 % Arlit Niger SOMAÏR/Areva ciel ouvert 2 650 5 % Tortkuduk Kazakhstan Katco JV/ Areva ISL 2 439 5 % Olympic Dam Australie BHP Billiton souterrain 2 330 4 % Budenovskoye 2 Kazakhstan Karatau JV/Kazatomoprom ISL 1 708 3 % South Inkai Kazakhstan Betpak-Dala JV/ Uranium One ISL 1 701 3 % Inkai Kazakhstan Inkai JV/Cameco ISL 1 642 3 % Total 10 plus grandes mines 29 337 54 % Mines récemment ouvertes
Année
d'ouverturePays Nom de la mine Production projetée Propriétaire Commentaires 2007 Chine Qinlong 100 t/an Kazakhstan Kendala JSC- Central Mynkuduk 2 000 t/an en 2010 2008 Kazakhstan Kharasan-1 1 000 t/an vers 2010-2012 production pilote 2009 Kazakhstan Kharasan-2 2 000 t/an vers 2010-2012 production pilote Kazakhstan Appak LLP-West Mynkuduk 1 000 t/an en 2010 Kazakhstan Karatau LLP – Budenovskoye-1 production pilote Kazakhstan Semizbai-U LLP – Irkol 750 t/an eb 2010 Malawi Kayelekera 1270 t/an en 2010 Afrique du Sud Uranium One – Dominium & Rietkuil 1 460 t/an en 2010 2010 Australie Honeymoon 340 t/an Les réserves estimées sont de 3230 tUNEA 1. Australie Four Mile 1000 t/an Les réserves estimées sont de 12 700 t d'une teneur de 0,31 %NEA 2. Inde Tummalapalle 215 t/an Kazakhstan Kyzylkum LLP – Kharasan-1 1000 t/an 3 000 t/an en 2014 Kazakhstan Southern Inkai 1000 t/an Kazakhstan Baiken-U LLP– Northern Kharasan 1 000 t/an 2 000 t/an en 2014 Namibie Valencia 1 150 t/an États-Unis Lost Creek 770 t/an États-Unis Moore Ranch 770 t/an 2011 Inde Mohuldih 75 t/an Kazakhstan Zhalpak 750 t/an vers 2015 Kazakhstan Akbastau JV JSC – Budenovskoye 3 000 t/an vers 2014 Kazakhstan Central Moinkum 500 t/an vers 2018 Namibie Valencia 1 000 t/an Niger Azelik 700 t/an SOMINA La Société des mines d’Azelik (SOMINA) a été créé le pour exploiter le gisement d'Azelik. La composition de cette société est la suivante : SOPAMIN (gouvernement du Niger) 33 % - SINO-U (Chine) 37,2 % - ZX Joy Invest (Chine) 24,8 % - Trenfield Holdings SA (Sté privée du Niger) 5 %NEA 3. Russie Khiagda 1 000 t/an 1 800 t/an vers 2018 2012 Brésil St. Quitéria/Itataia 1 000 t/an Exploitation reportée en 2017 Inde Killeng-Pyndengsohiong Mawthabah 340 t/an Inde Lambapur-Peddagattu 130 t/an Iran Saghand 50 t/an Jordanie Central Jordan 2 000 t/an Kazakhstan Semizbai-U LLP – Semizbai 500 t/an Mongolie Dornod 1150 t/an 2013 Namibie Husab 5 700 t/an Canada Cigar Lake 6 900 t/an Cameco - Areva - Idemitsu - TEPCO Les ressources identifiées sont de 88 200 t d'une teneur moyenne d'environ 16 % U, faisant de cette mine le deuxième plus grand gisement d'uranium du monde à forte teneur en uranium. La propriété est partagée entre Cameco (50,025 %), Areva (37,1 %), Idemitsu (7,875 %) et TEPCO (5 %). Environ la moitié de la première phase du minerai de Cigar Lake sera expédiée sous forme d'une solution d'uranium enrichi de l'usine de McClean Lake vers l'usine de Rabbit Lake pour le traitement finalNEA 4. Canada Midwest 2 300 t/an Les réserves sont estimées à 16 700 tUNEA 5. 2014 Russie Gornoe 600 t/an Russie Olovskaya 600 t/an 2015 Russie Elkon 5 000 t/an Russie Novokonstantinovskoye 1 500 t/an Projets de mines abandonnés
Année
d'ouverturePays Nom de la mine Production projetée Propriétaire Commentaires 2011 Namibie Trekkopje 1 600 t/an Areva « Gel » du projet en 2012 après un investissement de plus d'un milliard d'euros. 2013 Niger Imouraren 5 000 t/an SOPAMIN / Areva / Kepco Après un investissement de plus de 1,6 milliard de dollars, le projet Imouraren est « gelé » par Areva en 2014. Économie minière de l'uranium dans le monde
Production mondiale
La demande en uranium a connu un pic historique à partir des années 1950, avec le début de la course aux armements nucléaires de la guerre froide. La demande militaire s'atténua dans les années 1960, et à la fin des années 1970, les programmes d'acquisition s'achevèrent, un niveau de destruction mutuellement assuré (MAD) étant atteint.
Les années 1970 virent une nouvelle demande émerger avec le démarrage de l'énergie nucléaire civile, et la construction de centrales nucléaires. Cette demande s'effondra au début des années 1980, d'une part parce que les constructions de centrales étaient achevées, et d'autre part parce que la pression d'opinion antinucléaire à la suite des catastrophes de Three Mile Island et surtout de Tchernobyl entraîna dans de nombreux pays un moratoire de fait sur la construction de nouvelles centrales.
Le graphique comparatif de l'offre et de la demande entre 1945 et 2010, établi sur la base des données de la World nuclear Association, fait apparaître sur certaines périodes une différence entre la demande et l'offre. Ce manque de ressources a pu atteindre en particulier entre 25 % et 48 % des besoins pour alimenter les réacteurs entre 2000 et 2008. Les apports qui ont permis de répondre à la demande proviennent de ressources secondaires : les stocks commerciaux précédemment accumulés, les matières issues de la réduction des stocks de matières militaires, consécutivement à la réduction des arsenaux des deux superpuissances et, beaucoup plus faiblement, des matières issues du recyclage via le traitement des combustibles usés du cycle civilCapus 1.
En 2010, les trois principaux pays producteurs d'uranium sont le Kazakhstan, le Canada et l'Australie. À eux trois, ils se partagent 62 % du marché mondial qui atteignait cette année 53 663 tonnes.
- Le Kazakhstan qui ne produisait que 3 300 tonnes en 2003 a vu sa production multipliée par 5, passant à 14 020 tonnes en 2010, prenant ainsi le rang de premier producteur mondial, avec 33 % de la production ;
- Le Canada voit sa progression maintenue entre 2003 et 2010, s'infléchissant légèrement, passant de 10 457 tonnes à 9 783 tonnes, sa part du marché mondial passant de 29 % en 2003 à 18 % en 2010 ;
- L'Australie connaît également une baisse d'exploitation, le tonnage d'uranium extrait passant de 7 572 à 5 900, et la part dans le marché mondial de 21 % à 11 %.
Trois autres pays produisent entre 5 % et 10 % de la production mondiale. Il s'agit de la Namibie (4 496 tonnes - 8 %), du Niger (4 198 tonnes - 8 %), et de la Russie (3 562 tonnes - 7 %). Le reste de la production (moins de 15 %) se partage entre petits producteurs tels notamment l'Afrique du Sud, l'Ouzbékistan, l'Ukraine et les États-Unis.
L'évolution des productions d'uranium par pays producteur entre 2003 et 2019 est, selon les statistiques de la world nuclear association, la suivante6.
Pays 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Taux 2019 Kazakhstan 3 300 3 719 4 357 5 279 6 637 8 521 14 020 17 803 19 451 21 317 22 451 23 127 23 607 24 586 23 321 21 705 22 808 42 % Canada 10 457 11 597 11 628 9 862 9 476 9 000 10 173 9 783 9 145 8 999 9 331 9 134 13 325 14 039 13 116 7 001 6 938 13 % Australie 7 572 8 982 9 516 7 593 8 611 8 430 7 982 5 900 5 983 6 991 6 350 5 001 5 654 6 315 5 882 6 517 6 613 12 % Namibie 2 036 3 038 3 147 3 067 2 879 4 366 4 626 4 496 3 258 4 495 4 323 3 255 2 993 3 654 4 224 5 525 5 476 10 % Niger 3 143 3 282 3 093 3 434 3 153 3 032 3 243 4 198 4 351 4 667 4 518 4 057 4 116 3 479 3 449 2 911 2 983 6 % Russie 3 150 3 200 3 431 3 262 3 413 3 521 3 564 3 562 2 993 2 872 3 135 2 990 3 055 3 004 2 917 2 904 2 911 6 % Ouzbékistan (estim.) 1 598 2 016 2 300 2 260 2 320 2 338 2 429 2 400 2 500 2 400 2 400 2 400 2 385 2 404 2 404 2 404 2 404 5 % Chine (estim.) 750 750 750 750 712 769 750 827 885 1 500 1 500 1 500 1 616 1 616 1 885 1 885 1 885 4 % Ukraine 800 800 800 800 846 800 840 850 890 960 922 926 1 200 1 005 550 1 180 801 1 % Afrique du Sud (estim.) 758 755 674 534 539 655 563 583 582 465 531 573 393 490 308 346 346 1 % Inde (estim.) 230 230 230 177 270 271 290 400 400 385 385 385 385 385 421 432 308 1 % Iran (estim.) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38 0 40 71 71 0 % États-Unis 779 878 1 039 1 672 1 654 1 430 1 453 1 660 1 537 1 596 1 792 1 919 1 256 1 125 940 582 67 0 % Pakistan (estim.) 45 45 45 45 45 45 50 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 0 % République tchèque 452 412 408 359 306 263 258 254 229 228 215 193 155 138 0 0 0 0 % Roumanie 90 90 90 90 77 77 75 77 77 90 77 77 77 50 0 0 0 0 % Brésil 310 300 110 190 299 330 345 148 265 326 192 55 40 44 0 0 0 0 % Malawi 104 670 846 1 101 1 132 369 0 0 0 0 0 0 % France 0 7 7 5 4 5 8 7 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 % Allemagne 104 77 94 65 41 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 % Monde 35 574 40 178 41 719 39 444 41 282 43 853 50 772 53 663 53493 58 493 59 331 56 041 60 304 62 379 59 462 53 498 53 656 Tonnes U3O8 41 944 47 382 49 199 46 516 48 683 51 716 59 875 63 285 63 082 68 974 69 966 66 087 71 113 73 560 70 120 63 087 63 273 Pourcentage des besoins mondiaux 65 % 63 % 64 % 68 % 78 % 84 % 87 % 94 % 91 % 85 % 98 % 96 % 93 % 80 % 79 % Producteurs
En 2010, dix compagnies se partagent 87 % du marché de l'extraction de l'uranium dans le monde6.
Entreprise Uranium extrait en 2010
(tonnes)taux mondial Cameco 8 758 16 % Areva 8 319 16 % Kazatomprom 8 116 15 % Rio Tinto 6 293 12 % ARMZ 4 311 8 % Uranium One 2 855 5 % Navoi 2 400 4 % BHP Billiton 2 330 4 % Paladin 2 089 4 % Sopamin 1 450 3 % AngloGold 563 1 % Denison 555 1 % Heathgate 354 1 % Mestena 288 1 % Autres 4 982 9 % Total 53 663 100 % Réserves mondiales
Les ressources en uranium se subdivisent en diverses catégories par degrés de connaissance géologique et par catégorie de coût de récupération de l’uranium. On distingue les « ressources identifiées », regroupant des ressources raisonnablement assurées (RRA) et des ressources « inférées » (IR), à savoir des gisements découverts, étudiés et correctement évaluésCapus 2. Selon les analyses, de l'AIEA, les ressources mondiales identifiées s'élevaient en 2005 à 4,75 millions de tonnes d'uranium (pour un coût d'extraction inférieur à 130 US$/kg), auxquelles s’ajouteraient potentiellement 10 Mt de ressources non découvertes, catégorie hautement spéculative7[réf. incomplète]. Ces ressources permettraient, selon l'AIEA, de faire fonctionner le parc 2005 de réacteurs à eau légère pendant 70 ansCapus 3,8.
Au , les ressources identifiées s'élevaient à 5,4 millions de tonnes d'uraniumNEA 6.
Ressources identifiées au Pays Tonnage d'uranium par coût d'extraction Taux % < 40 US$/kg < 80 US$/kg < 130 US$/kg < 260 US$/kg (< 130 US$/kg) Australie NA 1 612 000 1 673 000 1 679 000 31 % Kazakhstan 44 400 475 500 651 800 832 000 12 % Canada 366 700 447 400 485 300 544 700 9 % Russie 0 158 100 480 300 566 300 9 % Afrique du Sud 153 300 232 900 295 600 295 600 5 % Namibie 0 2 000 284 200 284 200 5 % Brésil 139 900 231 300 278 700 278 700 5 % Niger 17 000 73 400 272 900 275 500 5 % États-Unis 0 39 000 207 400 472 100 4 % Chine 67 400 150 000 171 400 171 400 3 % Ouzbékistan 0 86 200 114 600 114 600 2 % Jordanie 0 111 800 111 800 111 800 2 % Ukraine 5 700 53 500 105 000 223 600 2 % Inde 0 0 80 200 80 200 1 % Mongolie 0 41 800 49 300 49 300 1 % Algérie 0 0 19 500 19 500 <1 % Argentine 0 11 400 19 100 19 100 <1 % Malawi 0 8 100 15 000 15 000 <1 % République centrafricaine 0 0 12 000 12 000 <1 % Espagne 0 2 500 11 300 11 300 <1 % Suède 0 0 10 000 10 000 <1 % Slovénie 0 0 9 200 9 200 <1 % Turquie 0 0 7 300 7 300 <1 % Portugal 0 4 500 7 000 7 000 <1 % Roumanie 0 0 6 700 6 700 <1 % Japon 0 0 6 600 6 600 <1 % Gabon 0 0 4 800 5 800 <1 % Indonésie 0 0 4 800 6 000 <1 % Italie 0 0 4 800 6 100 <1 % Pérou 0 0 2 700 2 700 <1 % Finlande 0 0 1 100 1 100 <1 % République tchèque 0 500 500 500 <1 % France 0 0 100 9 100 <1 % Chili 0 0 0 1 500 0 % République démocratique du Congo 0 0 0 2 700 0 % Danemark 0 0 0 85 600 0 % Égypte 0 0 0 1 900 0 % Allemagne 0 0 0 7 000 0 % Grèce 0 0 0 7 000 0 % Hongrie 0 0 0 8 600 0 % Iran 0 0 0 2 200 0 % Mexique 0 0 0 1 800 0 % Slovaquie 0 0 0 10 200 0 % Somalie 0 0 0 7 600 0 % Tanzanie 0 0 0 28 400 0 % Vietnam 0 0 0 6 400 0 % Zimbabwe 0 0 0 1 400 0 % Total 794 400 3 741 900 5 404 000 6 298 500 % Adéquation entre offre et demande
Pour répondre aux besoins, les ressources identifiées doivent faire l'objet d'une extraction et les ressources non découvertes doivent être découvertes et exploitées. Or, les conditions du marché sont le principal moteur de développement et de décisions de lancement de nouveaux projets de centres de production. Avec l'augmentation du prix de l'uranium depuis 2003, et malgré une baisse depuis la mi-2007, des projets pour accroître la capacité de production sont apparus dans différents pays. Certains, notamment le Kazakhstan, mais aussi l'Australie, le Brésil, le Canada, la Namibie, le Niger, la Fédération de Russie et l'Afrique du Sud, ont fait état de projets pour augmenter de manière conséquente leur capacité de production future. En outre de nouveaux pays émergent : le Malawi a maintenant une mine d'extraction et la Jordanie envisage de commencer la production dans un proche avenir. Toutefois, la hausse des coûts d'exploitation minière et de recherche et développement, la baisse des prix du marché depuis 2007 ont entraîné des retards dans certains de ces projetsNEA 7.
Parallèlement à l'évolution de la capacité de production, les besoins devraient augmenter jusqu'à 2035. Deux hypothèses sont prises en compte par l'AIEA. L'hypothèse haute, scénario de la World Nuclear Association (WNA) publié en 2005, correspond à un doublement d’ici 2030 de la puissance installée, qui passerait ainsi de 370 GWe à 740 GWe. Sur la base d’un parc essentiellement constitué de réacteurs à eau légère existants et progressivement renouvelés par des homologues de troisième génération auxquels s’ajoutent les nouveaux réacteurs du même type, les consommations d’uranium passeraient ainsi de 66 000 t/an à 159 000 t/anCapus 3.
Les plans de développement connus en 2009 sont censés couvrir les besoins mondiaux, s'ils sont mis en œuvre avec succès, même dans le cas de cette hypothèse haute, pendant une grande partie de cette période 2010-2035, même sans l'apport de ressources secondairesNEA 7. Ces ressources secondaires devraient continuer à être une composante d'approvisionnement pour les années à venir, bien que les informations disponibles sur celles-ci ne permettent pas de préciser combien de temps elles contribueront à satisfaire la demande future. En 2007, Georges Capus, expert auprès d'Areva, constatait que les stocks commerciaux excédentaires étaient proches de zéro et ceux de matières militaires réputés mobilisables devaient arriver à épuisement en 2013Capus 1.
Si toutes les mines existantes et commandées produisent au niveau de leur capacité de production déclarée, l'hypothèse haute devrait être atteinte d'ici 2020. Si on prend en compte les mines prévues et envisagées, le niveau haut devrait être atteint en 2029. La capacité de production des centres de production existants et commandés ne devrait par contre satisfaire en 2035 qu'environ 78 % des besoins en cas d'hypothèse basse et 49 % des besoins en cas d'hypothèse haute. Dans le cas de l'hypothèse basse, les mines existantes additionnées à celles prévues et envisagées devraient permettre de satisfaire la demande jusqu'en 2035, mais ne permettraient pas de répondre à l'hypothèse haute (79 % des besoins de l'hypothèse haute en 2035)NEA 8.
Le défi sera de combler l'écart entre la production mondiale et les besoins en uranium (particulièrement dans le cas de l'hypothèse haute). Il conviendra en particulier de confirmer avant 2030 la réalité des ressources spéculatives, évaluées essentiellement sur des bases théoriquesCapus 4. Le réseau « Sortir du nucléaire », s'appuyant en particulier sur les constatations de l’Energy Watch Group (en) affirmant que l'exploration accrue de ces dernières années n’a en fait provoqué aucune augmentation significative des ressources répertoriées, en doute9,10.
Ainsi Georges Camus, expert auprès de Areva, et le réseau Sortir du nucléaire arrivent à la même conclusion, à savoir qu'une tension sur l'uranium est quasiment certaine au milieu du XXIe siècle. Ils divergent toutefois sur les solutions : le premier préconise de se préparer pour disposer d'un parc de réacteurs à neutrons rapides vers 2040-2050, bien moins exigeant en ressources d'uranium, le second propose de se désengager du nucléaire[réf. nécessaire].
Cours de l'uranium
Le prix de l'uranium avait atteint 43 US$/lb U3O8 en 1978. La surproduction d'uranium qui durait depuis le début des années 1990 conjuguée avec la disponibilité de ressources secondaires ont conduit à une baisse du prix dans les années 1980 jusqu'en 1994 où ils ont atteint leur niveau le plus bas en 25 ans. L'importante baisse et la nouvelle demande en uranium ont entraîné un léger sursaut jusqu'en 1996 où la baisse a repris pour atteindre un plus bas niveau en 2001 avec 7 US$/lb en 2001NEA 9.
Depuis 2001, son prix est remonté de manière spectaculaire pour atteindre un sommet en juin 2007 à 136 US$/lb avant de retomber à 85 US$/lb en octobre 2007NEA 9. Cette hausse est due à de nombreux facteurs structurels11 :
- le moratoire sur les centrales nucléaires tend à prendre fin, à la suite du protocole de Kyoto, l'énergie nucléaire étant peu productrice de gaz à effet de serre ;
- la consommation mondiale en énergies fossiles (gaz et pétrole) en tire les prix vers le haut, et accélère l'épuisement des réserves. Le passage à une énergie de substitution est préparé dès à présent ;
- le prix du kilowatt-heure nucléaire ne cesse de baisser, ce qui en fait une source toujours plus attractive économiquement, bien que le coût de démantèlement des centrales qui arrivent au terme de leur exploitation ne soit toujours pas pleinement pris en compte.
La lente remontée des cours à partir de 2010 vers 73 USD s'est brutalement arrêtée en mars 2011 avec l'Accident nucléaire de Fukushima entraînant la décision de fermetures de nombreux réacteurs en Allemagne et en Belgique notamment. Les cours se stabilisent entre septembre 2011 et l'été 2012 vers 50-52 USD.
Certains experts prévoient le doublement du nombre de centrales d'ici 2050, sans compter les besoins probables d'une industrie chinoise émergente. Les stocks prévisibles à cette échéance sont insuffisants pour faire face à la demande, justifiant une hausse des cours. Cette remontée des cours a donné un coup de fouet à l'expansion des mines actuelles. Parallèlement, de nouvelles mines sont ouvertes (ou d'anciennes mines sont rouvertes), et la prospection minière a été relancée. Mais il faut des années pour mettre une mine en production, et ces ajustements économiques n'auront d'effet qu'à plus long terme.
Sûreté nucléaire et impacts socioenvironnementaux
Le minerai d'uranium est faiblement radioactif, sans danger dans son état naturel. Cependant, l'activité minière rend son uranium plus mobile et biodisponible. Plus de 80 % des radioisotopes sont encore présents dans les déblais miniers abandonnés en surface. Le vent et le ruissellement diffusent alors des particules radioactives dans l'eau, l'air, les sols et les écosystèmes, notamment par les nappes phréatiques. Les résidus miniers sont ainsi la source la plus importante d'exposition aux radiations pour l'ensemble du cycle d'exploitation de l'énergie nucléaire12.
Une mine d'uranium en exploitation produit des déchets sous diverses formes :
- des rejets atmosphériques : le radon et les poussières radioactives. L'un des rejets les plus dangereux d'une mine d'uranium est le radon, un gaz rare invisible et inodore qui se propage depuis les installations de conditionnement et les collines de déblais ou les réservoirs de déchets liquides. Le radon entraîne un risque de cancer du poumon ;
- des rejets liquides : l'eau d'exhaure créée par les forages et l'évacuation d'eaux de ruissellement à l'intérieur de la mine peut être plus ou moins bien traitée avant rejet.
- des déchets solides : les boues et les précipités en provenance du traitement des effluents liquides ;
- des stériles : les roches extraites qui ne contiennent que trop peu d'uranium pour être exploitées. Ces roches ne sont pas traitées. La quantité des stériles de mines d'uranium atteint des centaines de millions de tonnes. Si les stériles ne sont pas bien couverts et situés, ils rejettent du radon et des poussières radioactives dans l'air et par infiltration d'eau de pluie des matières toxiques et radioactives passent dans les eaux souterraines et superficielles ;
- des minerais pauvres : les minerais dont la teneur en uranium se situe entre 0,03 et 0,8 % environ. Ils ne sont pas toujours traités. Les stocks posent les mêmes problèmes que les stériles, aggravés par la teneur supérieure en uranium.
Ces déchets exposent l'environnement à la radioactivité des radioisotopes. Ils peuvent entraîner une contamination radioactive des humains et de tous les organismes vivants[Combien ?].
Dans l'air, le taux d'uranium est très faible, surtout présent sous forme de poussières qui retombent au sol, sur les plantes et dans les eaux de surface, souvent ensuite retrouvé dans les sédiments ou dans les couches les plus profondes du sol, où il se mélange avec l'uranium déjà présent.
Dans l'eau, l'uranium est principalement dissous et issu des roches et des sols. Localement, de l'uranium est présent dans les particules en suspension. La teneur de l'eau potable en uranium est généralement très faible, et sans risque pour le consommateur. L'uranium n'a pas tendance à s'accumuler dans les poissons ou les légumes[réf. nécessaire] ; il est absorbé est éliminé rapidement dans les urines et les fèces[réf. nécessaire].
Dans le sol, on trouve des concentrations diverses d'uranium, elles sont en général très faibles. L'homme augmente les quantités d'uranium dans le sol du fait de ses activités industrielles. L'uranium présent dans le sol se combine avec d'autres composés, et peut rester dans le sol pendant des années sans rejoindre les eaux souterraines. Les concentrations en uranium sont souvent plus élevées dans les sols riches en phosphate, mais ceci ne représente pas un problème car ces concentrations ne dépassent souvent pas la valeur limite pour un sol non contaminé. Les plantes absorbent l'uranium par leurs racines et l'y stockent. Les légumes-racines, tels que les radis, peuvent donc contenir des concentrations en uranium plus élevées que la normale.
Les déchets miniers peuvent localement libérer de quantités significatives d'uranium dans l'environnement. Certains déchets ont, outre une radiotoxicité, une toxicité chimiques intrinsèque (ex. : acide sulfurique et métaux lourds issus du traitement du minerai d'uranium). Les nuisances d'une mine sont aussi liées à :
- son type de minerai ;
- sa surface totale, le volume de ses stériles, ses infrastructures annexes et d'accès ;
- les impacts sociaux et sanitaires pour les populations vivant sur le site d'exploitation ou à proximité (exemples aux États-Unis, Canada, Afrique (Niger…), Australie, Tibet (voir Sun Xiaodi), etc.).
La CRIIRAD a mené, en décembre 2003, une inspection à Arlit (Niger) où se trouvent des mines d'uranium exploitées par l'industrie nucléaire française (Cogéma-Areva). Son rapport final pointe de nombreuses irrégularités, bien que l'inspection ait été perturbée par la confiscation du matériel et diverses obstructions de la part des autorités nigériennes et de la Cogéma13.
Selon l'Institut écologique d'Autriche14, l'exploitation des mines d'uranium et les opérations de traitement du combustible usé sont les étapes du cycle du combustible nucléaire qui contribuent le plus aux doses radiatives dues à l'énergie nucléairenote 2 (en tenant compte d'un fonctionnement normal et des incidents, c'est-à-dire en excluant les essais nucléaires et les accidents graves tels que la catastrophe de Tchernobyl).
Pour le président de la commission canadienne de sûreté nucléaire, « Les activistes, les médecins praticiens et les politiciens qui ont demandé un moratoire sur l'extraction de l'uranium peuvent avoir des raisons variées de le faire, mais leurs allégations relatives à une mise en danger du public ou de l'environnement sont fondamentalement fausses ; elles sont contredites par des années d'investigations scientifiques et de constats objectifs »15
L'utilisation des stériles miniers, résidus de traitement de minerai d'uranium, ont par endroits été utilisés comme remblais sous des habitations. Selon Areva, ceci peut conduire à des concentrations de radon radioactifs à l'intérieur des habitations, notamment en l'absence de ventilation adaptée au risque16.
Une étude menée entre 2012 et 2014 sur le bassin versant de la Dordogne par l'IRSN, sur la base d’une démarche pluraliste menée avec les acteurs du territoire, conclut que les mines d'uranium n'ont « pas d'impact perceptible sur l'environnement »17.
Fin d'exploitation, réhabilitation d'anciennes mines
Les codes miniers (différents selon les pays) imposent de plus en plus que l'exploitant (public ou privé) s'engage à réhabiliter le paysage, en veillant, en fin d'exploitation, à limiter au maximum les dégâts environnementaux à venir.
Besoin en radioprotection
D'une manière générale, il est normal de retrouver de la radioactivité sur un ancien site minier d'uranium ou de thorium, mais une radioactivité même élevée n'atteint pas nécessairement un niveau où des mesures de radioprotection doivent être mises en œuvre.
- Le « niveau normal » ou « niveau naturel » de radioactivité dans la nature correspond à une exposition permanente de l'ordre de 0,1 µSv h−1.
- Le seuil de référence édicté par l’Union Européenne en dessous duquel une exposition à des rayonnements est « en pratique négligeable »18 du point de vue de la protection contre les rayonnements, et n'impose donc pas de déclaration réglementaire, est de 1 μSv h−1, soit dix fois le niveau normal.
- En France et en 2015, la limite réglementaire pour l'exposition du public aux rayonnements artificiels, en dessous de laquelle il n'est pas nécessaire de mettre en place une zone surveillée radiologique, est de 2,5 µSv h−1, ou 1 mSv par an (Code de la santé publique, Article R1333-8), ce qui représente vingt cinq fois ce niveau naturel — sans conséquence particulière attendue.
- Cependant, l'exposition de la population aux rayonnements naturels dépasse parfois fortement ces limites réglementaires dans de larges régions comme le Kerala en Inde19, qui peut atteindre une moyenne de 3,7 µSv h−1, ou dans les quartiers à radioactivité naturelle élevée de la ville de Ramsar en Iran (exposition moyenne de 1,14 µSv h−1 mais pouvant atteindre 30 µSv h−1 dans certaines habitations)20,21, soit une trentaine de fois le niveau en pratique négligeable, ou encore trois cents fois le niveau normal, sans qu'aucun effet néfaste n'ait jamais été constaté sur ces populations.
- À plus de mille fois le niveau naturel, cent fois le niveau négligeable, et plus de trente fois la limite légale, l'expérimentation ne rencontre toujours pas d'effets détectables sur le plan biologique : des souris exposées à 120 µGy h−1 pendant cinq semaines ne montrent pas d'effet détectable sur l'ADN22, bien que la dose totale (0,1 Gy) entraîne des dommages détectables quand elle est reçue en une seule fois.
- Il faut en pratique un débit de dose supérieur à 1 000 µSv h−1, et pour des animaux le subissant en permanence, pour commencer à voir apparaître des effets néfastes pour de tels débits de dose : Des rats mâles restent fertiles pendant 10 générations s'ils sont exposés à 20 mSv par jour mais un accroissement, même léger, au-delà de cette limite inhibe totalement la spermatogenèse23,24
- Les premiers cancers de la peau n’apparaissent que pour des débits de dose encore dix fois supérieurs.
Autrement dit, il y a un facteur cent entre la limite légale et les débits qui seraient objectivement nuisibles pour qui s'y exposerait en permanence (et nécessitant de ce fait une surveillance). Sachant de plus qu'un ancien site minier n'est généralement pas un lieu d'habitation permanent, des mesures complémentaires de réhabilitation des sites ne sont donc pas nécessaires même au-delà de ces valeurs, compte tenu des scénarios d'occupation.
Trouver quelque part des débits de dose au-dessus de la limite légale (et même cent à mille fois supérieurs) n'est donc pas en soi un problème tant que l'on n'a pas précisé quel était le scénario d'occupation des lieux.
Cette distorsion entre ce qui est le niveau naturel et ce qui est objectivement préoccupant est encore plus forte quand on rapporte les mesures en becquerels (mesurant une quantité de matière radioactive sans notion d'impact), au lieu de les donner en sieverts (seule unité mesurant l'impact sur la santé humaine). Des mesures en Becquerel très élevées peuvent être négligeables ; ainsi, une contamination au sol de 1 MBq/m2 en césium 137 (un million de becquerels par mètre carré) entraîne un débit de dose de l'ordre de la dizaine de mSv par an (1,5 à 4 µSv/h)25 pour une personne qui y serait exposée en permanence, ce qui correspond en réalité à un niveau négligeable.
Séquelles d'exploitation
Elles peuvent perdurer des années, décennies ou siècles selon les cas.
En France où la dernière mine a été fermée en mai 2001, la surveillance des anciennes mines d'uranium (210 sites, répartis sur 25 départements selon l'IRSN26) se fait sous le contrôle de l'IRSN27, les données anciennes devant être stockée dans une Base de données nationale des sites miniers d'uranium utilisable par les générations actuelle et futures (Programme MIMAUSA [archive]). L'IRSN selon son site internet28 a réalisé des expertises les mines du Limousin, les mines de Saint-Pierre, les méthode d’évaluation de l’impact des sites de stockage de résidus de traitement de minerais d’uranium, la Division minière de La Crouzille (Haute-Vienne) et hors de France les Mines d'uranium du Niger (les plus importantes d'Afrique)
Débits de dose induits par des stériles
Des stériles miniers (et même des minerais relativement riches) n'induisent pas de risque mesurable du fait de l'exposition externe.
Le débit de dose induit par des roches radioactives dépend de plusieurs facteurs. La mesure de base est la radioactivité de la roche elle-même (évaluée en becquerels par kilogramme), mais l'effet biologique de ce rayonnement sur l'homme dépend également la nature et l'énergie des rayonnements émis. Cet effet se calcul à travers un facteur de conversion, en (nGy/h)/(Bq/kg), qui permet de calculer pour une radioactivité donnée le débit de dose moyen, conventionnellement reçu à un mètre du sol (l'irradiation à distance étant essentiellement due au rayonnement gamma, cette mesure est relativement indépendante de la distance).
Pour l'uranium-238 ou le radium-226, le facteur de conversion29 est de 0,46 nGy h−1 (Bq/kg)−1. Ainsi, un minerai d'uranium de 40 kBq kg−1 (correspondant à une concentration relativement importante de 250 ppm) conduirait à une exposition de l'ordre de 18,4 µSv h−1, sans conséquence pratique pour la santé : il faudrait des concentrations pratiquement dix fois plus fortes pour commencer à envisager des effets somatiques pour une population qui y serait exposée en permanence, et justifier des mesures de prévention. Inversement, des « stériles miniers » seront toujours au-dessous d'un tel débit de dose.
Réhabilitation
La réhabilitation concerne les aspects paysagers et géomorphologiques, qui varient selon le contexte (mine à ciel ouvert, en puits ou à flanc de coteaux ou en tunnels, etc.) et la quantité de « stériles » accumulés sur les sites exploités. Elle concerne également la gestion de la radioactivité ou de matières toxiques susceptibles d'être lixiviées par les eaux de ruissellement ou d'inondation ou d'être dispersée par les envols de poussières. Diverses techniques de génie écologique permettent d'accélérer le retour de la nature, avec alors un suivi possible par bioindicateurs30
Prospective et gisement alternatif
L'uranium contenu dans les grandes masses d'eau océanique représenterait plus de quatre milliards de tonnes, qui pourraient à l'avenir être exploités, selon une annonce faite en août 2012 par des chimistes à Philadelphie31[réf. incomplète]. Des filtres spéciaux peuvent le capter, pour un coût de près de 1 000 euros par kilogramme d’uranium, qui pourrait être divisé par deux ou plus par l'utilisation de bio-filtres à base de chitine de carapace de crustacé. (Reste à vérifier la tenue de tels filtres dans le temps, de nombreux organismes marins pouvant dégrader la chitine ou y produire des biofilms diminuant sa capacité à capter l'uranium.
Notes et références
Notes
- Ainsi, à la fin des années 1970, au plus fort des cours de l'uranium, certains estimaient qu'un doublement des cours rendrait la moitié de la Bretagne exploitable. Depuis, ces cours ont été pratiquement divisés par dix[réf. nécessaire].
- En France, la dose annuelle moyenne correspond pour 70 % à l'exposition naturelle (radon, rayonnements terrestres et cosmiques, eau et aliments) et pour 30 % à l'exposition artificielle (28,5 % pour le médical, 1,5 % pour l'industrie électronucléaire, la recherche ou les essais nucléaires militaires). Voir Fiche d'information [archive], ASN, page 4.
Références
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- p. 19.
- p. 20.
- p. 22.
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- Autres références :
- p. 126
- p. 127
- p. 306
- p. 156
- p. 157
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- p. 101.
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- Guiollard Pierre-Christian, L'Uranium du Morvan et du Forez.
- Inventaire national des déchets, ANDRA 2006 [archive]
- L'IRSN a mis en ligne une base de données nationale des sites miniers d'uranium (programme [1] [archive]).
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- Voir http://www.moneyweek.com/file/25277/seven-reasons-the-uranium-price-will-hit-100-this-year.html [archive] pour une analyse économique de la hausse des cours.
- « Le contrôle de la sûreté et de la sécurité des installations nucléaires (conclusions du rapporteur) » [archive], sur Sénat (consulté le ).
- Microsoft Word - Note CRIIRAD 0340 ARLIT V4 [archive] [PDF]
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- (en) Uranium Moratoriums Are Not Supported by Science [archive], Open Letter from Canadian Nuclear Safety Commission President Michael Binder, 22 novembre 2012.
« Activists, medical practitioners and politicians who have demanded moratoriums may have various reasons for doing so, but their claims that the public and environment are at risk are fundamentally wrong. The provincial governments that have decided to ban uranium exploration have done so ignoring years of evidence-based scientific research on this industry. »
- Maxime Lambert, « Maison radioactive : pourquoi a-t-on retrouvé du radon en forte dose dans une maison ? » [archive], sur maxisciences.com, (consulté le ).
- Bassin versant de la Dordogne: un constat pilote a mesuré l’impact environnemental des anciennes mines d’uranium [archive], IRSN, .
- Directive 96/29/Euratom du Conseil [archive] du 13 mai 1996, fixant les normes de base relatives à la protection sanitaire de la population et des travailleurs contre les dangers résultant des rayonnements ionisants.
- High levels of natural radiation Report of an international conference in Ramsar [archive]
- Guy de Thé et Maurice Tubiana, Irradiation médicale, déchets, désinformation : un avis de l’Académie de médecine [archive] [PDF], communiqué de presse, 4 décembre 2001.
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- Effets des radiations [archive], Roland Masse
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- Report DRPH/2010-010 [archive], IRSN 2011.
- L'exploitation du minerai d'uranium en France métropolitaine : impact environnemental et risque pour la population [archive], consulté 2010 01 17
- La surveillance des anciennes mines d'uranium [archive]
- Site IRSN [archive] consulté 2010 01 17
- D'après Gamma radiation measurements and dose rates in commercially-used natural tiling rocks (granites) [archive], Michalis Tzortzis and Haralabos Tsertos
- (en) AN Andersen, « Ants as indicators of restoration success at a urnanium mine in tropical Australia », Restoration Ecology, n°3, 1993, p.156-167.
- 20 minutes, 26 août 2012.
Annexes
Bibliographie
: document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.
- Les enjeux de la filière uranifère au Québec [archive] [PDF], Bureau d’audiences publiques sur l’environnement, rapport 308, mai 2015.
- (en) Agence pour l'énergie nucléaire (NEA)-AIEA Uranium Group, Uranium 2009 : Resources, Production and Demand, Paris, OECD NEA, , 425 p. (ISBN 978-92-64-04789-1, lire en ligne [archive] [PDF]).
Articles connexes
Liens externes
- Les pays producteurs et leur production d'uranium en 2008 [archive], sur 2000Watts.org
- L'uranium naturel : des ressources abondantes, mais à quel prix ? [archive] [PDF], Revue des Ingénieurs, janvier-février 2003.
- Ressources, production et demande de l'uranium : un bilan de quarante ans [archive] [PDF], rapport, Agence pour l'énergie nucléaire, OCDE, 2007.
- Dossier sur les mines d'uranium du Niger [archive], CRIIRAD
- Ressources d'uranium et énergie nucléaire (Uranium Resources and Nuclear Energy) [archive] [PDF]
- Mine d'uranium au Niger [archive], dossier, sur dissident-media.org
- L'uranium des phosphates [archive]
- Mines d'uranium du Limousin [archive], étude, CRIIRAD, 1993.
- Mines d’uranium abandonnées en Bretagne [archive], communiqué de presse, Réseau Sortir du nucléaire Cornouaille
- Exploitation d'un gisement [archive], extrait du wicri RESSOURCES21
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Extraction du cuivre
La métallurgie extractive du cuivre est l’ensemble des opérations permettant la fabrication de cuivre métallique à partir du minerai, ou plus rarement à partir de déchets métallurgiques recyclés contenant du cuivre (plus de 30 % du cuivre consommé en 2005 est recyclé1).
La source la plus commune de minerai de cuivre est la chalcopyrite (CuFeS2) qui représente plus de 50 % de la production mais on le trouve également sous forme de sulfures dans la tétraédrite, la bornite et l'énargite et sous forme d'oxyde dans la cuprite et dans la malachite, l'azurite, la chalcocite. Dans une large mesure, les oxydes de cuivre et les sulfures sont naturellement séparés. Aussi il n'est généralement pas nécessaire de séparer les oxydes et les sulfures dans le minerai.
La teneur en cuivre dans les minerais varie de 0,5 % à 5 %. Elle est de 0,01 % dans les roches volcaniques et 0,0055 % dans les roches cristallines. Pour des raisons environnementales et économiques, de nombreux sous-produits sont récupérés. Le dioxyde de soufre gazeux par exemple est transformé en acide sulfurique qui est lui-même utilisé dans le processus d'extraction.
Histoire
Dans la préhistoire, les mines étaient à ciel ouvert, la prospection restait donc simple. L'âge du cuivre est la première évolution d'outils en métal, dans une période parfois différenciée sous le nom de chalcolithique. Il ne s'agit au départ que de cuivre utilisé à l'état natif, simplement martelé pour lui donner une forme : à ce stade, on l'utilise plus comme une pierre malléable que comme un métal. La teneur en cuivre des gisements était de l'ordre de 90 %. Il n'y avait aucune extraction et le cuivre était mis en forme dans son état natif.
Formation du minerai primaire
Les minerais de cuivre se forment quand les solutions géothermales, riches en métaux dissous, remontent à la surface, et en s'amalgamant avec d'autre métaux, précipitent en se déposant en veine à travers la roche. Le cuivre se dépose en sulfure de cuivre ou même en métal. Au cours de milliers d'années, l'air ou l'eau finit par pénétrer et oxyder le minéral.
Les minéraux de cuivre les plus communs en zone hydrothermale sont :
- Bornite Cu5FeS4
- Chalcopyrite CuFeS2
-
Chalcopyrite, des mines de tungstène de Nababeep, en Afrique du Sud.
-
Bornite incrustée dans du quartz, la mine Leonard, à Butte, États-Unis.
Oxydation
Les sulfures de cuivre peuvent être oxydés. Par des solutions acides, le soufre et le fer sont remplacés par des carbonates et hydroxydes. Les Fe peuvent être éliminés, suivant les types de minerais, sous forme de sulfate de fer soluble ou encore sous forme de goethite, limonite…
Les minéraux de cuivres les plus courants obtenus sont :
- Atacamite Cu2Cl(OH)3
- Azurite Cu3(CO3)2(OH)2
- Cuprite Cu2O
- Chrysocolle CuSiO3(H2O)2
- Malachite Cu2CO3(OH)2
- Cuivre Cu
- Ténorite CuO
Enrichissement
Certains minéraux peuvent ensuite précipiter à cause des eaux hydrothermales et donner des :
- Chalcocite Cu2S
- Covellite CuS
Extraction
Mines
Des gisements de minerai de cuivre ont été découverts, il y a 4 700 ans, dans le Sinaï par les Égyptiens, lors d'une expédition du pharaon Smerkhet.
Comme pour beaucoup de métaux non ferreux, l'extraction du cuivre s'est faite à partir de gisements de plus en plus pauvres. En 1800, le minerai anglais titre plus de 9 % de cuivre. Il en contient encore plus de 6 % vers 1880, mais il est épuisé. À la même époque, au moment de la mise au point du procédé Manhès-David, le minerai américain, très abondant, contient en moyenne 3 % de cuivre2, 2 % en 1930, 1 % en 1975 et 0,6 % au début du XXIe siècle3,4.
Aujourd'hui les sources de cuivre sont plus discrètes et difficiles à trouver. Des gisements de chalcopyrite sont exploités intensivement au Canada, Zambie, au Katanga en République démocratique du Congo, Au Mali Kazakhstan, Mauritanie, Pologne, et aux États-Unis, dans les états d'Arizona, du Montana, du Nouveau-Mexique, et Utah. Une des plus grandes mines du monde se trouve à Chuquicamata, dans le désert d'Atacama au Chili. La malachite (une pierre verte opaque) est exploitée dans la région de Lubumbashi dans l'Est du Congo. À l'heure actuelle, la teneur en cuivre des gisements riches est de l'ordre de 4 %. La plus grande mine de cuivre à ciel ouvert du monde est située sur l'île de Bougainville; elle est fermée depuis 1989 à la suite de sabotages effectués par l'Armée révolutionnaire de Bougainville.
Extraction hydrométallurgique
La voie hydrométallurgique pour l'extraction du cuivre est de plus en plus privilégiée en raison de
- son coût énergétique moindre ;
- des frais d'investissements faibles ;
- la possibilité de traiter les minerais in situ (cas de la lixiviation en tas) ;
- la mise en continu des procédés d'extraction.
La plupart des minerais de cuivre extraits aujourd'hui sont des sulfures de métal telle que la chalcopyrite. Il est possible de dissoudre dans l'eau ces sulfures par plusieurs voies.
Une première solution consiste simplement à libérer les ions Cu2+ en arrosant un tas de minerai par de l'acide sulfurique. Ce procédé s'applique néanmoins principalement aux minerais oxydés. Les minerais sulfurés peuvent être grillés (oxydés) et entrer dans ce processus de fabrication.
La seconde solution a pour but d'oxyder les minerais sulfurés par lixiviation bactérienne (Thiobacillus ferrooxidans) dans un environnement fortement oxydant (acide sulfurique). Le mode de fonctionnement est de type catalytique. L'oxydation de cuivre en ion cuivrique est accélérée par les bactéries. Ces dernières se nourrissent de dioxyde de carbone et ont la particularité de pouvoir vivre dans un environnement très hostile. Pour la lixiviation bactérienne, des phases alternées de lavage (à l'eau) de repos et d'arrosage (à l'acide) sont nécessaires afin de maintenir l'activité des bactéries. On notera enfin que ces bactéries sont présentes naturellement dans le tas et il n'est pas nécessaire de les cultiver pour les introduire.
Extraction pyrométallurgique
Le chauffage dans divers fours tels que les fours de grillage, le haut fourneau ou le four à réverbère, le four à arc électrique, la fusion flash permet de réduire et fondre le cuivre, qui peut être ensuite affiné par un convertisseur (procédé Manhès-David).
Au milieu du XXe siècle, le haut fourneau subi la concurrence du four à réverbère. En effet, bien que doté d'une excellente efficacité thermique, il ne peut fondre que des minerais rocheux, qui constituent un lit perméable aux gaz. À l'inverse, le four à réverbère est efficace avec les minerais fins, de moins bonne qualité, qui, sans agglomération, colmateraient les hauts fourneaux. Mais début du XXIe siècle, la fusion flash s'impose face au four à réverbère, d'abord à cause de considérations écologiques, puis à cause des économies d'énergie qu'elle permet. Pendant le choc pétrolier de 1973, elle le supplante définitivement, assurant plus de 60 % de la production de cuivre5.
Au début du XXIe siècle, la production de cuivre au haut fourneau se cantonne au domaine très particulier de la refusion de déchets de cuivre relativement pauvres, cela en raison de la grande souplesse de conduite du haut fourneau sur des matières extrêmement variables6.
-
Hauts fourneaux produisant une matte de cuivre, en 1899, en Australie.
-
Convertisseur Peirce-Smith, en 1972, aux États-Unis.
Avec l'appauvrissement des minerais, l'hydrométallurgie se complexifie alors que l'extraction pyrométallurgique évolue peu. Au début du XXIe siècle, la pyrométallurgie ne représente plus que 10 % de l'énergie nécessaire à toute l'extraction du cuivre7.
Affinage électrométallurgique
Le cuivre issu des procédés d'affinage pyrométallurgiques, appelé blister, contient moins de 1 % en poids d'éléments indésirables ce qui est encore une proportion nettement trop élevée. Ces éléments ont une forte influence sur les propriétés électriques ou thermiques du cuivre. Un raffinage par électrolyse doit encore être réalisé afin de retirer ces éléments, dont certains sont précieux (or, argent, …) ou relativement peu abondants (indium, thallium, sélénium, tellure, …) et sont récupérés dans les résidus d'électrolyse (boues sédimentées au fond des cellules d'électrolyse). Ces impuretés (Au, Ag, In, Tl, Se, Te) sont contenues au départ dans les minerais de sulfure de cuivre tel que la chalcopyrite.
Purification par fusion de zone
Pour la purification avancée de cuivre au laboratoire, il est possible également de recourir à la fusion de zone sur des quantités modestes de matériaux. La méthode ou la technique de la zone fondue (également appelée fusion de zone ou raffinage par zone fondue et désignée en anglais par les termes zone melting et zone refining) est une technique permettant de purifier des composés cristallisés stables à la fusion. L'avantage de cette technique est qu'elle peut permettre d'obtenir de très hauts degrés de pureté (99,999 % en masse pour le silicium8, par exemple). Elle a été inventée dans les années 1950 par W. G. Pfann9.
Notes et références
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- (en) Daniel Lederman et William F. Maloney, Natural Resources, Neither Curse nor Destiny (ISBN 0-8213-6546-0 et 978-0-8213-6546-5, OCLC 76961562, lire en ligne [archive]), p. 190
- (en) Lindsay Newland Bowker et David M. Chambers, « The risk, public liability, & economics of tailings storage facility failures » [archive], , p. 5
- Éric Drezet, « Épuisement des ressources naturelles » [archive], EcoInfo (CNRS),
- (en) Janne M. Korhonen et Liisa Välikangas, « Constraints and Ingenuity: The Case of Outokumpu and the Development of Flash Smelting in the Copper Industry » [archive] [PDF]
- Pierre Blazy et El-Aid Jdid, « Pyrométallurgie et électroraffinage du cuivre - Pyrométallurgie », dans Techniques de l'ingénieur, Éditions techniques de l'ingénieur (lire en ligne [archive])
- Éric Drezet, « L’énergie des métaux » [archive], EcoInfo (CNRS),
- P. R. Mei, S. P. Moreira, E. Cardoso et A. D. S. Côrtes, « Purification of metallurgical silicon by horizontal zone melting », Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 98, , p. 233-239 (DOI 10.1016/j.solmat.2011.11.014, lire en ligne [archive], consulté le )
- « US2739088.pdf » [archive], sur docs.google.com (consulté le )
Voir aussi
Articles connexes
- Mine (gisement)
- L'acétate de cuivre est directement obtenu par action de l'acide acétique sur l'oxyde CuO ou sur le carbonate CuCO3.
- Histoire de la production du cuivre
- Cuivre en Afrique
Liens externes
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Extraction de l'or
L'extraction de l'or est l'ensemble des activités et opérations, artisanales ou de haute technicité, ayant pour but de séparer l'or de ses minerais ou ceux-ci des sites qui les contiennent. Il peut être fait appel à divers procédés, souvent combinés : broyage, minéralurgie, procédés hydrométallurgique et pyrométallurgique1.
L’extraction d'or à partir d'alluvions est réalisée par des techniques liées à l'exploitation des placiers, permettant la récupération directe de petites pépites d'or et de paillettes. Les techniques d'extraction de l'or à partir des placiers depuis le milieu jusqu’à la fin du XXe siècle furent généralement l’œuvre de mineurs artisanaux. L’exploitation hydraulique fut largement utilisée lors de la ruée vers l'or en Californie et impliquait de briser les alluvions avec des jets d'eau à haute pression. Les minerais rocheux forment la base de la majorité des opérations commerciales de récupération de l'or depuis le milieu du XXe siècle où des techniques d'exploitation à ciel ouvert et souterraines sont utilisées.
Une fois que le minerai est extrait, il peut être traité comme un minerai entier en utilisant un processus de lixiviation en tas. Ce processus est typique des dépôts d'oxyde à faible concentration. Normalement, le minerai est concassé et mis en tas avant la lixiviation. Les minerais, à forte concentrations et les minerais résistants à la lixiviation au cyanure lorsque la taille de particules est grossière, nécessitent un traitement supplémentaire afin de récupérer les particules aurifères. Les techniques de traitement peuvent inclure un broyage, une concentration, un grillage et une oxydation sous pression avant la cyanuration.
Histoire
La fusion de l'or fut mise en œuvre à partir des environs de -6000 à -30002,3,4. La technique commença à être en usage en Mésopotamie ou en Syrie5. Dans la Grèce antique, Héraclite écrivit sur le sujet6.
Selon de Lecerda et Salomons (1997), le mercure fut pour la première fois utilisé pour l'extraction aux environs de -10007, selon Meech et al. (1998), le mercure fut utilisé pour obtenir de l'or jusqu'à la fin du premier millénaire8,9,10,11.
Une technique connue de Pline l'Ancien était l'extraction par concassage, lavage, et chauffage, permettant d’obtenir de la poudre du matériau résultant12,13,14.
Ère industrielle
La solubilité de l'or dans une solution aqueuse de cyanure fut découverte en 1783 par Carl Wilhelm Scheele mais un procédé industriel ne fut développé qu'à la fin du XIXe siècle. L'expansion des mines d'or dans le Rand d'Afrique du Sud commença à ralentir dans les années 1880, alors que les nouveaux gisements découvert avaient tendance à être constitués de minerais pyriteux. L'or ne pouvait pas être extrait de ce composé avec les procédés ou les technologies chimiques alors disponibles.
En 1887, John Stewart MacArthur, travaillant en collaboration avec les frères Robert et William Forrest pour la Société Tennant à Glasgow, en Écosse, développa le procédé MacArthur-Forrest pour l'extraction des minerais d'or. En suspendant le minerai broyé dans une solution de cyanure, une séparation allant jusqu'à 96 % d'or pur fut obtenue15,16,17,18,19,20,21.
Le procédé fut utilisé pour la première dans le Rand en 1890, conduisant à un boom de l'investissement et à l’ouverture de plus grandes mines d'or. En 1896, Bodländer confirma que l'oxygène était nécessaire pour le processus, chose dont doutait MacArthur, et découvrit que du peroxyde d'hydrogène était formé comme un composé intermédiaire22.
La méthode connue sous l’appellation « lixiviation en tas » fut proposée en 1969 par le US Bureau of Mines23 et était en usage dans les années 197024.
Types de minerais
L'or se trouve principalement sous forme de métal natif, généralement allié à un degré plus ou moins élevé avec de l'argent (électrum) ou parfois amalgamé avec du mercure. L’or natif peut se trouver sous la forme de pépites de taille importante, sous forme de grains fins ou de flocons dans les dépôts alluviaux ou sous forme de grains ou de particules microscopiques incorporés dans d'autres roches.
Les minerais où l'or se combine chimiquement avec d'autres éléments sont relativement rares. Ils comprennent la calavérite, la sylvanite, la nagyagite, la petzite et la krennerite.
Concentration
La concentration gravitaire fut historiquement le moyen le plus important d'extraire le métal natif utilisant des battes ou des tables de lavage. L’amalgamation avec le mercure fut utilisée pour améliorer la récupération, souvent en ajoutant directement aux riffles, le mercure est encore largement utilisé dans les petites exploitations à travers le monde. Cependant, les procédés de flottation par moussage peuvent également être utilisés pour concentrer l'or. Dans certains cas, en particulier lorsque l'or est présent dans le minerai sous forme de particules grossières dispersées, le concentré obtenu par gravité peut être directement fondu pour former des lingots d'or. Dans d'autres cas, en particulier lorsque l'or est présent dans le minerai sous forme de fines particules ou ne sont pas suffisamment libéré de la roche mère, les concentrés sont traités avec des sels de cyanure, un processus connu sous le nom lixiviation par cyanuration, suivie de la récupération de la solution de lixiviation. La récupération de la solution implique généralement l’adsorption sur charbon actif suivie par une concentration de la solution ou d’une ré-extraction et ou d’une électrodéposition.
La flottation par moussage est généralement appliquée lorsque l'or présent dans un minerai est étroitement associé à des minéraux sulfurés tels que la pyrite ou l’arsénopyrite et quand ces sulfures sont présents en grandes quantités dans le minerai. Dans ce cas, la concentration des sulfures la concentration en or. En général, la récupération de l'or à partir de concentrés sulfurés nécessite un traitement ultérieur, généralement par grillage ou par oxydation humide sous pression. Ces traitements pyrométallurgiques ou hydrométallurgiques sont eux-mêmes généralement suivis par des techniques de cyanuration et d'adsorption par le carbone pour la récupération finale de l'or.
Parfois, l'or est présent en tant que constituant mineur dans un concentré de métal de base (par exemple le cuivre) et on le récupère en tant que sous-produit lors de la production du métal de base. Par exemple, il peut être récupéré dans la boue d'anode pendant un processus de raffinage électrolytique.
Lixiviation
Si l'or ne peut être concentré pour fusion, il est lixivié par une solution aqueuse :
- Le procédé au cyanure est un standard de l'industrie ;
- Le lessivage au thiosulfate est reconnu pour être efficace sur les minerais possédant des valeurs élevées de cuivre solubles : l'absorption par les composants carbonés qui absorbent préférentiellement les complexes d'or et d'or cyanuré.
La lixiviation en vrac pour extraire l'or est aussi un procédé utilisé pour vérifier les concentrations d'or dans une zone pour où l'or n'est pas immédiatement visible.
Procédés réfractaires
Un minerai d'or « réfractaire » est un minerai qui est naturellement résistant à la récupération par des processus standard de cyanuration et d'adsorption par le carbone. Ces minerais réfractaires nécessitent un prétraitement afin que la cyanuration soit efficace pour récupération l'or. Un minerai réfractaire contient généralement des minéraux sulfurés, du carbone organique, ou les deux. Les minéraux sulfurés piège ou englobe souvent des particules d'or, ce qui rend difficile la complexation avec l'or via la lixiviation. Le carbone organique présent dans le minerai d'or peut adsorber des complexes or-cyanure dissous de la même manière que le charbon actif. Ce carbone organique était emporté parce qu'il est nettement plus fin que les tamis de récupération de carbone généralement utilisées pour récupérer le charbon actif.
Les options de prétraitement des minerais réfractaires incluent :
- Le grillage ;
- La bio-oxydation ou oxydation bactérienne ;
- L’oxydation sous pression ;
- Le broyage ultrafin.
Les procédés de traitement de minerais réfractaires peuvent être précédés d’une concentration (habituellement flottation sulfuré). Le grillage est utilisé pour oxyder à la fois le soufre et le carbone organique à hautes températures avec de l'air et/ou de l'oxygène. La bio-oxydation comprend l'utilisation de bactéries qui favorisent les réactions d'oxydation dans un environnement aqueux. L’oxydation sous pression est un processus aqueux pour l'élimination du soufre réalisée en continu dans un autoclave, fonctionnant à des pressions élevées et des températures un peu élevées. Le broyage ultrafin peut être utilisée lorsque le caractère réfractaire vis-à-vis de libération de particules d'or de la matrice minérale environnante est la principale caractéristique du minerai.
Fusion de l'or
Élimination du mercure
Le mercure est un danger pour la santé, en particulier lorsqu'il est sous forme gazeuse. Pour supprimer ce risque, avant la fusion, l'or qui précipite par électrodéposition ou par le procédé Merrill-Crowe est habituellement chauffé dans une cornue pour récupérer tout le mercure présent, qui, sinon se volatiliserait pendant la fusion et provoqueraient des problèmes environnementaux et de santé. Le mercure présent ne provient généralement pas du processus d’amalgamation au mercure qui n’est plus utilisé par les entreprises minières, mais du mercure présent dans le minerai qui a suivi l'or à travers les processus de lixiviation et de précipitation.
Dans le cas où il y a des niveaux élevés de cuivre ou d'argent, le lessivage du précipité à l'aide d'acide sulfurique ou nitrique peut être nécessaire.
Élimination du fer
L'acide nitrique ou l'oxydation dans un four à circulation d’air forcé peuvent également être utilisés pour dissoudre le fer des cathodes lors de l’électrodéposition avant la fusion. Le produit de la concentration gravitaire peut souvent contenir des teneurs élevées de broyat d'acier, et leur enlèvement utilisent des tables vibrantes ou des aimants avant la fusion. Pendant la fusion, le fer peut être oxydé en utilisant du nitre. L'utilisation excessive de nitre corrode le creuset de fusion, ce qui augmente les coûts d'entretien et le risque de fuites catastrophiques.
Raffinage et séparation de l'or
La séparation de l’or consiste principalement à retirer l'argent de l'or et donc à augmenter la pureté de l'or. La séparation de l'or de l'argent était réalisée depuis les temps anciens, commençant en Lydie au VIe siècle av. J.-C.
Diverses techniques furent mises en œuvre ; la cimentation de sel depuis les temps anciens, la séparation utilisant des acides minéraux distillés à l'époque médiévale, et dans les temps modernes avec la chloration en utilisant le procédé Miller et l'électrolyse en utilisant le procédé Wohlwill.
Voir aussi
- Récupération de l'or des cartes électroniques (en)
- Mine d'or
- Fairmined
- Genèse des minerais d'or (en)
- Lixiviation en vrac de l'or extractible (en)
Références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Gold extraction » (voir la liste des auteurs).
- « Gold Extraction - Gold Mining - Washing, Amalgamation, Leaching, Smelting » [archive], geology.com (consulté le )
- Gold Field Mineral Services (GFMS)-(goldavenue.com) et I. Podleska et T. Green, goldavenue [archive]
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Extraction du zinc
La métallurgie extractive du zinc est l’ensemble des opérations permettant la fabrication de zinc métallique à partir du minerai, ou plus rarement à partir de déchets métallurgiques, d'aciéries notamment.
Le minerai (généralement la blende) est préalablement traité par flottation afin de séparer, le sulfure de sa gangue (silicate, carbonate etc). On obtient un concentré de sulfure de zinc et de sulfure de plomb.
Il existe alors deux voies de traitements :
- la pyrométallurgique ;
- l’hydrométallurgique suivi d’une opération d’électrométallurgie.
Données économiques
En 2002, la production mondiale de « zinc-métal » a été de 9502 kT.
La production de métal à partir du minerai représente environ 70 % de la production, 30 % provenant du recyclage.Histoire de la production du zinc
Au commencement l'Inde
D'après l'archéologue Paul Cradock1,2, les Indiens avaient inventé au XIIe siècle un procédé d'extraction du zinc. Ce procédé, exploité à Zawar jusqu'au XVIIIe siècle, a été décrit par des lettrés dans divers ouvrages comme le Rasaratnassamuchchaya (XIVe siècle). Basé sur la condensation de la vapeur de zinc, il présente des similitudes avec les procédés industriels modernes.
Le minerai (sulfure de zinc, aujourd'hui appelé blende) était « grillé » pour obtenir de l'oxyde de zinc (voir le paragraphe Grillage du sulfure). L'oxyde ainsi obtenu, mélangé avec diverses matières organiques (source de carbone) et de la dolomie, était placé dans un creuset de terre de forme allongé. Ce pot était appelé aubergine. Une baguette de bois était plantée dans le mélange afin de créer un conduit par lequel circulera le gaz pendant la chauffe. Le creuset était fermé par un couvercle muni en son centre d'un long conduit servant de condenseur.
Plusieurs aubergines étaient placées dans un four, le condenseur dirigé vers le bas. La charge ainsi constituée était chauffée par un feu qui brûlait au-dessus. La chaleur résultant du feu provoquait la vaporisation du zinc. Celui-ci se condensait dans les conduits des condenseurs situés dans la partie basse du dispositif (donc plus froide).
La Chine au XVIe siècle...
Bien qu'il existe diverses hypothèses, la production de zinc en Chine est avérée au XVIe siècle ; le procédé étant décrit dans le livre Tien-kong-kai-ou datant du XVIIe siècle.
À l'inverse du procédé indien, les chinois utilisent la smithsonite (carbonate de zinc de formule ZnCO3, souvent appelé calamine). Ce minerai, mélangé avec du charbon de bois, était placé dans un pot fermé par une plaque de fer et chauffé, le zinc condensé étant collecté dans un creuset placé au-dessus du mélange. La circulation du gaz était assurée par un tube sortant du pot.
L'Europe au XIXe siècle
Plusieurs méthodes ont été expérimentées au XVIIIe siècle pour extraire le zinc de ses divers minerais.
- En 1742, le chimiste suédois Anton von Swab distilla du zinc à partir de la calamine
- En 1744 le même Anton von Swab en distille à partir de la blende.
- De façon indépendante, Andreas Sigismund Marggraf réduisit de la calamine en 1746 et démontra que le zinc pouvait être extrait de la blende.
- C'est William Champion (1709-1789) qui fera, à partir de la calamine, la première tentative industrielle de production de zinc à l'aide d'un condensateur ressemblant aux condensateurs indiens. Il installa son usine en 1743 à Bristol en Angleterre. Son procédé était basé sur des creusets verticaux prolongés dans le bas de condensateurs trempant dans de l'eau pour les refroidir. Il fallait soixante dix heures pour produire 400 kg de zinc. La production annuelle de l'usine est estimée à environ 200 tonnes par an. Le procédé consommait beaucoup d’énergie.
- Johan Ruberg (1751-1807) à partir de 1798 en Silésie améliore le procédé par des creusets horizontaux, permettant un chargement et un déchargement sans refroidir l'installation, c'est-à-dire en améliorant nettement le rendement énergétique. Ce procédé a inspiré de nombreuses usines en Europe et notamment en Belgique dans la région de Liège où Jean-Jacques Daniel Dony (1759-1819) créa une première usine en 1805 puis en 1810 dans le faubourg Saint-Léonard de Liège. Dony y a encore modifié le principe des creusets horizontaux. La Belgique étant alors sous domination française, Napoléon Ier lui a accordé la concession du gisement belge le plus riche en zinc (Moresnet/La Calamine). Ces usines belges sont à l'origine de la Société des Mines et Fonderie de la Vieille Montagne (créée en 1837) qui devint rapidement leader dans la production de zinc.
Production nord-américaine
Elle ne démarra qu'en 1850 en utilisant le procédé de Dony. La mine de Red Dog, exploitée depuis 1989, est actuellement la plus grande mine à ciel ouvert de zinc d'Amérique du Nord.
Dans le monde
En 1907, la production était de 737 500 tonnes, dont 31 % provenait des États-Unis, 31 % d'Allemagne, 21 % de Belgique.
Extraction minière
Comme beaucoup de métaux non ferreux, la teneur en métal des minerais n'a jamais cessé de baisser. Les minerais de zinc sont souvent associés à la présence de plomb et d'argent et, dans ce cas, ils sont extraits ensemble. Le zinc peut également être trouvé associé avec du cuivre, comme dans la grande mine de minerais pauvres d'Antamina, au Pérou3.
Extraction par pyrométallurgie
Le procédé pyrométallurgique est constitué des opérations suivantes :
- grillage du sulfure pour obtenir un oxyde de zinc,
- réduction de l’oxyde
- affinage par liquation et distillation
Grillage du sulfure
Le grillage a pour but de transformer le sulfure en oxyde. L’obtention de l’oxyde de zinc ZnO est réalisée à une température comprise entre 910 °C et 980 °C. L’oxyde obtenu est appelé « calcine »4.
- Z n S + 3 / 2 O 2 → Z n O + S O 2 Δ H = − 445 K J / m o l e d e Z n S e n t r e 800 e t 1000 ∘ C {\displaystyle {\begin{matrix}&\\ZnS+3/2O_{2}&{\overrightarrow {\qquad }}&ZnO+SO_{2}&{\rm {\Delta \ H}}=-445\ {\rm {KJ/mole\ de\ ZnS\ entre\ 800\ et\ 1000^{\circ }\ C}}\\\end{matrix}}}
La réaction est exothermique.
Réduction de l’oxyde
Pour réduire l’oxyde de zinc, il faut le chauffer à une température supérieure à la température de vaporisation du zinc (907 °C). Tous ces procédés sont basés sur le chauffage de l’oxyde pour obtenir le zinc sous forme gazeuse, par réaction carbothermique. Le zinc est récupéré par condensation de ce gaz.
Procédé en creuset vertical
Un mélange de calcine, fine de charbon et d'un liant est après cokéfaction placé dans un creuset de carbure de silicium d’une dizaine de mètres de haut et d’une section rectangulaire d’environ 2 m par 0,3 m. Le creuset est alimenté en continu par le haut et il est chauffé à une température comprise entre 1 280 °C et 1 320 °C. L’oxyde de zinc se réduit au contact du carbone en zinc métallique, selon la formule :
- Z n O + C → Z n + C O {\displaystyle {\begin{matrix}&\\ZnO+C&{\overrightarrow {\qquad }}&Zn+CO\ \\\end{matrix}}}
À l’issue de la réaction, le zinc est gazeux et encore mélangé à du monoxyde de carbone gazeux. À partir de ce mélange récupéré en haut du creuset, le zinc est condensé à l’aide d’une turbine.
Procédé en creuset horizontal
Le creuset est en terre réfractaire et d’une capacité relativement réduite. Il est constitué d’une chambre dans laquelle sera placé un mélange calcine, charbon (en excès). Elle est prolongée par un condenseur qui servira à condenser les vapeurs de zinc et d’une allonge qui collectera les gaz et en particulier le monoxyde de carbone qui sera brûlé à la sortie.
Compte tenu de la faible capacité des creusets, ils sont associés en batterie. Les creusets sont chauffés pendant une durée de un à deux jours à 1 200 °C. Le rendement de ce procédé est relativement faible en comparaison des autres procédés.
Procédé Imperial smelting
Ce procédé est utilisé quand on veut extraire d’autres métaux (cuivre, or, antimoine, bismuth, argent) présents dans le minerai. Le procédé comporte des similitudes avec celui de l’extraction de la fonte dans un haut-fourneau. On mélange dans le four de la calcine et du coke. Ce mélange s’écoule de haut en bas. La combustion du coke en bas du four produit du monoxyde de carbone. Ce gaz réducteur monte et réduit l’oxyde de zinc en zinc métal.
- Z n O + C O → Z n + C O 2 {\displaystyle {\begin{matrix}&\\ZnO+CO&{\overrightarrow {\qquad }}&Zn+CO_{2}\ \\\end{matrix}}}
Le zinc se gazéifie et est collecté en haut du dispositif, tandis que le plomb liquide s’écoule avec un laitier contenant divers oxydes : SiO, Al2O3, CaO, SO2. En s'écoulant, le plomb emmène d’autres éléments métalliques qui peuvent être valorisés.
Le mélange gazeux capté en haut du four contient environ 8 % de zinc, 25 % de monoxyde de carbone et 11 % de dioxyde de carbone.
Le gaz traverse une pulvérisation de gouttelettes de plomb en fusion à une température de 550 °C. On récupérera 1 tonne de zinc pour 400 tonnes de plomb. À la sortie du condenseur, le mélange plomb-zinc est traité par liquation (le zinc liquide flottant sur le plomb) afin de séparer le plomb du zinc, qui contient encore 1,5 % de plomb.
Affinage : liquation, distillation
Le zinc obtenu lors des opérations précédentes contient encore du plomb et d’autres impuretés (fer, cadmium dans des proportions de l’ordre de 0,1 %). Pour augmenter le titre en zinc du métal, il est affiné par deux opérations : la liquation et la distillation.
La liquation est basée sur une différence de miscibilité entre le plomb et le zinc à une température comprise entre 430 °C et 440 °C. De même, la solubilité du fer décroît fortement lorsque l’on refroidit le mélange fer- zinc.
En traitant le zinc issu des opérations précédentes dans un four à réverbère à une température comprise entre 430 °C et 440 °C pendant un à deux jours, on sépare le zinc qui contient encore 0,9 % de plomb de ce qui s’appelle la ‘’matte de zinc’’ contenant du plomb, 5 à 6 % de zinc et un composé ferreux de composition FeZn13.
Pour obtenir un zinc pur, il faut passer par une opération de distillation fractionnée qui permet de séparer les différents constituants métalliques en jouant sur leurs températures de fusion. Pour cela, on chauffe le mélange de métaux pour le rendre gazeux. À l’aide de diverses colonnes de distillation, on sépare les métaux en les condensant.
Extraction par hydro-électrométallurgie
Le procédé hydrométallurgique est composé des opérations suivantes :
Lixiviation
Par cette opération, on traite soit de la calcine issu de l’opération de grillage, soit directement le sulfure de zinc, ce dernier procédé étant plus récent que le traitement de l’oxyde de zinc.
Le but de la lixiviation est de mettre en solution le zinc sous forme de l’ion Zn2+ en obtenant la transformation soit du sulfure de zinc issu directement du minerai, soit l’oxyde de zinc (calcine) issu du grillage en sulfate de zinc (ZnSO2+).
Traitement du sulfure de zinc
Le sulfure est traité par action de l’acide sulfurique en milieu oxydant pour obtenir du sulfate de zinc et du soufre sous forme solide. La réaction avec l’acide sulfurique en présence de oxygène est lente. On utilise comme oxydant l’ion Fe3+.
La réaction globale est la suivante :
- T > 90 ∘ C Z n S + F e 2 ( S O 4 ) 3 → Z n S O 4 + 2 F e S O 4 + S ( s o l i d e ) {\displaystyle {\begin{matrix}&{}_{\rm {T\ >\ 90^{\circ }\ C}}&\\ZnS+Fe_{2}(SO_{4})_{3}&{\overrightarrow {\qquad \qquad \qquad }}&ZnSO_{4}+2FeSO_{4}+S\ (solide)\ \\\end{matrix}}}
Traitement de l’oxyde de zinc
Lixiviation hydrolyse
On place la calcine en présence d’une solution très diluée d’acide sulfurique. Cette opération permet la mise en solution de 80 % du zinc sous forme de sulfate de zinc. On élimine certaines impuretés métalliques : arsenic, germanium et indium en injectant des ions ferreux (Fe2+) qui précipitent en hydroxyde de fer (Fe(OH)3) en entraînant ces composés.
On sépare par décantation la solution d’ions zinc qui sera traitée par cémentation puis électrolysée. Les boues contenant encore 20 % du zinc sous forme d’oxyde sont traitées par ‘’lixiviation acide’’.
Lixiviation acide
La mise en solution des 20 % de zinc restant est obtenue en utilisant de l’acide sulfurique concentré. Le fer et le cuivre sont également solubilisés.
La solution décante pour séparer les éléments solubilisés des déchets solides résiduels du minerai et de certains éléments insolubles.
On extrait le fer de la solution contenant le zinc en le précipitant sous forme d’hydroxyde ferrique (Fe(OH)3). La solution de zinc ainsi obtenue sera réintroduite dans l’opération de lixiviation hydrolyse.
Cémentation
Le but de la cémentation de la solution issue de l’opération de lixiviation hydrolyse est de retirer les éléments : cobalt, nickel, cadmium et cuivre. Ces éléments ayant été solubilisés sous forme d’ions.
Le principe est de mettre en contact l’ion métal (exemple Cu2+) avec un métal ayant un pouvoir réducteur plus important (moins électronégatif). On utilise ici de la poudre de zinc fine.
On a une réaction du type :
- C u a q u e u x 2 + + Z n s o l i d e → C u s o l i d e + Z n 2 + {\displaystyle {\begin{matrix}&\\Cu_{aqueux}^{2+}+Zn_{solide}&{\overrightarrow {\qquad }}&Cu_{solide}+Zn^{2+}\ \\\end{matrix}}}
L’opération se fait par plusieurs cémentations successives. La difficulté d’extraire les éléments suit l’ordre suivant par difficulté croissante : Cuivre, Cadmium, Nickel, Cobalt. On joue en particulier sur la température (entre 45 °C et 65 °C pour le cadmium, 75 °C et 95 °C pour le cobalt).
Les liquides et les solides sont séparés par filtration.
Électrolyse
L’électrolyse est effectuée en faisant passer un courant électrique entre deux électrodes dans la solution de sulfate de zinc obtenue à l’issue de l’opération de cémentation.
Elle met en jeu les réactions suivantes :
- Cathode en aluminium :
- Z n a q u e u x 2 + + 2 e − → Z n s o l i d e {\displaystyle {\begin{matrix}&\\Zn_{aqueux}^{2+}+2e^{-}&{\overrightarrow {\qquad }}&Zn_{solide}\ \\\end{matrix}}}
et
- 2 H + + 2 e − → H 2 g a z {\displaystyle {\begin{matrix}&\\2H^{+}+2e^{-}&{\overrightarrow {\qquad }}&H_{2}^{gaz}\ \\\end{matrix}}}
- anode en plomb :
- 2 H 2 O → O 2 + 4 H + + 4 e − {\displaystyle {\begin{matrix}&\\2H_{2}O&{\overrightarrow {\qquad }}&O_{2}+4H^{+}+4e^{-}\ \\\end{matrix}}}
La réaction globale est :
- Z n S O 4 + H 2 O → Z n s o l i d e + H 2 S O 4 + 1 / 2 O 2 {\displaystyle {\begin{matrix}&\\ZnSO_{4}+H_{2}O&{\overrightarrow {\qquad }}&Zn_{solide}+H_{2}SO_{4}+1/2O_{2}\ \\\end{matrix}}}
L’installation est constituée de cellules comportant chacune jusqu’à quatre-vingt six cathodes (sur des installations dites Superjumbo). Pour une installation de cette taille, cela représente une surface de 3,2 m2 d électrode. Le zinc est récupéré par action mécanique sur les cathodes.
L’électrolyte est à une température de 30 à 40 °C. La tension d’équilibre théorique est de 2,022 V. Compte tenu des différents phénomènes physiques, de la géométrie de l’installation, les tensions réelles sont de 3,2 à 3,7 V pour des intensités variant de 400 à 700 A/m2. La consommation électrique est de 2 950 à 3 500 kWh/t de zinc produit.
Voir aussi
Articles connexes
Bibliographie
- Fathi Habashi, Discovering the 8th metal, publié par l’ International Zinc Association (http://www.zincworld.org/ [archive] ), consultable sur [1] [archive] (PDF)
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- Michel Darcy, Métallurgie du zinc, M2770, , éditions Techniques de l’ingénieur.
- Jean Philibert, Alain Vignes, Yves Bréchet, Pierre Combrade, Métallurgie, du minerai au matériau, Chapitre 14 : l’élaboration du zinc, page 225 à 232, Édition Dunod, 2e édition, 2002 (ISBN 2-10-006313-8).
Notes et références
- Cf. P. T. Craddock (dir.), I. C. Freestone, L. K. Gurjar, A. P. Middleton et L. Willies, 2000 years of zinc and brass, Londres, British Museum, (réimpr. 1998, ed. rev.), 258 p. (ISBN 978-0-86159-124-4 et 0-86159-124-0), « Zinc in classical antiquity », p. 1–3.
- Cf. P. T. Craddock et al. Ibid., pp. 35–46.
- (en) Gavin M. Mudd, « The “Limits to Growth” and ‘Finite’ Mineral Resources : Re-visiting the Assumptions and Drinking From That Half-Capacity Glass » [archive], , p. 5
- La valorisation de l'acide sulfurique produit a amené certaines entreprises à quitter le zinc pour se lancer dans d'autres productions (par exemple, Prayon et les superphosphates).
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Extraction de sable
Le sable est la proportion fine des granulats. L’extraction de granulats est une pratique qui est utilisée pour prélever et exploiter le sable et les graviers (siliceux ou calcaires) dans des carrières, des dunes ou des plages, ou pour le draguer dans le lit des rivières ou des océans. On appelle souvent "sablière" une carrière de sable, et « gravière » une carrière de gravier, substantifs qui ont aussi servi à donner leur nom à des communes de France (Sablières, Gravières).
Origines géologiques
Les sables ont des origines minéralogiques marines (principalement) ou terrestres (ils sont alors issus des processus érosifs (érosion éolienne, érosion et processus fluviatiles notamment par l'eau douce ou par les glaciers). Ils peuvent aussi être classé selon leur degré de pureté en silice et/ou selon leur granulométrie, leur caractère coquiller ou non, leur origine géographique ou hydrogéographique (ex : « sable de Loire ») ou géologique (on parlera de sables tertiaires ou quaternaires ou encore par exemple en France de « sable landénien », « sable auversien », « sable de Beauchamp »...). Légers, les grains de sables peuvent être transportés sur de grandes distances dans l'eau par le courant, et sur terre, par saltation sous l'effet du vent, ou des tempêtes (du sable du Sahara est régulièrement soulevé par des tempêtes et transporté jusqu'en Amazonie ou dans les zones polaires).
Il existe des sables d'origine volcanique et aussi des sables calcaires. Ils sont souvent d'origine détritique (issu de calcaires, coralliens et de coquilles de bivalves ou d'escargots notamment et/ou de marnes) mais peuvent aussi avoir parfois des origines directement biogéniques (c'est-à-dire être au moins en partie créés par le vivant, y compris végétal (dans ce dernier cas les grains sont dits « cytomorphes » (observés à la loupe binoculaire ou au microscope électronique, ils montrent (via leurs formes et couleurs) qu'ils ont été produits par des cellules racinaires qui se sont calcifiées ; on parle alors de sables "cytomorphes". Des phénomènes contemporains de calcification du cortex des racines de certaines plantes sont encore observés dans la nature1.
Quand le sable est aggloméré par un « ciment » géologique (qui peut être d'origine calcaire, siliceuse, voire ferrugineuse) il forme une roche plus dure et compacte dénommée grès, généralement de couleur ocre à grise. Des chaos de grès peuvent émerger du substrat sableux (typiquement dans la forêt de Fontainebleau). La formation des grès a notamment été étudiée en France par Pierre Doignon et François Ellenberger mais son mécanisme est encore mal compris.
Le marché du granulat
Demandes et utilisations
Le granulat (sable, graviers, charges minérales) est utilisé dans l'industrie manufacturière comme abrasif. Il est également utilisé dans l'industrie du verre, des lentilles, miroirs, lasers, isolateurs, dans la technique de la fracturation hydraulique. L'extraction du granulat est également une source de matières premières stratégiques comme les minéraux lourds (ilménite, zircon, rutile), le silicium, le thorium, le titane, l’uranium, etc. Les principaux besoins en granulats sont la construction et la poldérisation2.
Depuis l'invention du béton armé par Joseph Monier qui en a déposé les brevets dès 1870, ce matériau s'est imposé dans la construction grâce à ses performances techniques (moules qui permettent une liberté de forme, armatures de fer qui permettent de résister à des charges importantes, à la flexion comme à la traction) et un coût relativement bas par rapport à celui de la pierre. L'essor de ce matériau s’articule en outre avec celui du capitalisme bancaire et de la grande industrie (en particulier la sidérurgie, les cimenteries et les constructeurs) qui ont permis sa diffusion mondiale, ainsi les deux tiers des constructions sont réalisées en béton armé en 20122.
Or le béton est composé de deux tiers de granulats (sable et graviers). Pour construire une maison de taille moyenne, il faut 100 à 300 tonnes de granulats, pour un bâtiment plus grand comme un hôpital ou un lycée, il en faut 20 000 à 40 000 tonnes, chaque kilomètre de voie ferrée nécessite 10 000 tonnes de granulats, et d’autoroute 30 000, enfin pour construire une centrale nucléaire, il faut 12 millions de tonnes3. Notons toutefois que les routes font surtout appel aux granulats concassés issus des carrières de roche massive ainsi qu'aux déblais issus des démolitions et de l'emprise routière elle-même.
La poldérisation (îles artificielles de Dubaï avec ses Palm Islands, Émirats arabes unis avec The World, Singapour) a nécessité également des millions de tonnes de sable 2.
Le granulat est donc devenu la troisième ressource mondiale la plus utilisée après l'air et l'eau mais devant le pétrole, ce qui en fait désormais une ressource non renouvelable stratégique4. Chaque année, à l'échelle mondiale, 15 milliards de tonnes de granulats sont extraites à cet effet, ce qui représente un volume d’échanges internationaux de 70 milliards de dollars par an5.
La raréfaction de la ressource en granulats roulés entraîne l’adoption de solutions alternatives, notamment pour les sables à savoir les « sables de substitution » : sable marin issu du dragage, sable de concassage (sable obtenu par broyage de matériaux de démolition d'ouvrage ou de roches massives)6.
Offre
Depuis 5 000 ans, les hommes ont extrait des roches (exploitation de mines, déforestation et extraction de granulats) de l'équivalent d'une montagne de 4 kilomètres de haut, 40 kilomètres de large et 100 kilomètres de long7.
L'extraction de granulats (sables, graviers et galets) est majoritairement effectuée dans des carrières de sable et de gravier (granulats roulés) et de roches massives (granulats concassés, roches ornementales). Face à l'épuisement des ressources terrestres en granulats alluvionnaires et aux désordres engendrés par la surexploitation dans les fleuves et rivières (approfondissement du lit, déchaussement d'ouvrages d'art) dont l'apport en sédiments est deux fois inférieur à la consommation annuelle de sables et graviers8, les industriels se sont tournés vers des ressources de substitution, notamment les granulats marins9. L'exploitation de sable marin s'est développée depuis les années 1970 et est en plein essor depuis. Certains navires de drague peuvent pomper par jour entre 4 000 et 400 000 m3 de sable au fond de la mer, chaque drague équivalant à un investissement de l’ordre de 20 à 150 millions d’euros2.
Le sable du désert, d'origine éolienne, n'est pas une alternative valable. Il est en effet inadéquat en construction et poldérisation à cause de sa granulométrie trop fine et trop ronde qui empêche les grains de s’agréger9.
Bien que l'analyse des principales ressources mondiales en sable se heurte à plusieurs difficultés méthodologiques, elles sont estimées à 120 millions de milliards de m3 en sable marin (un tiers du total des sédiments marins), soit environ 192 millions de milliards de tonnes. L'inventaire des réserves exploitables10 dans le monde retient comme chiffre global que ces réserves correspondent à 2 % des ressources, soit 4 millions de milliards de tonnes. Avec une production annuelle de sable et graviers comprise entre 30 et 50 milliards de tonnes, il reste, selon les estimations, 80 000 ans avant l'épuisement des réserves11,12.
En France, les activités humaines sont telles que chaque personne consomme 18 kg de sable par jour4. Sur les 380 millions de tonnes de granulats consommés annuellement, seulement 7 millions sont d'origine marine en raison d'une réglementation très forte (code de l'environnement, code minier, étude d'impact environnemental). 2 % des matériaux de construction proviennent des granulats marins, soit environ 7,5 millions de tonnes13.
Bien que le prix à la tonne de ce matériau reste faible, le coût des granulats rendus chantier, après transport par camions, double généralement tous les 50 kilomètres, ce qui en fait une ressource locale qui est exploitée dans des gisements proximaux par rapport aux centres de consommation14.
Impacts
Impacts écologiques
En creusant pour extraire les granulats d'une gravière, on baisse le niveau de la nappe phréatique qui l'alimente, ce qui a des impacts sur la capacité de stockage de l'eau souterraine et sur les infrastructures en surface (pont, route, chemin de fer)15.
Le dragage excessif de sable marin favorise l'intrusion de l'eau de mer dans les nappes souterraines et leur contamination par le sel16.
Le dragage intensif est à l'origine de la destruction d'habitat et de la fragmentation des écosystèmes fragiles, ce qui menace la biodiversité. Ainsi, les tortues de mer qui pondent sur les plages de sable sont perturbées lorsque leurs sables sont exploités, l'impact est le même pour les Gavial du Gange qui sont en danger critique d'extinction17.
L'urbanisation des côtes, les 845 000 barrages qui retiennent un quart des réserves de sable dans le monde et l'extraction de sable dans les rivières qui en retiennent un autre quart, provoquent l'érosion du littoral18, ainsi au moins 70 % des plages du monde entier sont en recul et entre 75 et 90 % des plages sont menacées de disparition19.
L'extraction de sable de rivière et de mer provoque une augmentation de la turbidité dans l'eau, nuisant à la croissance d'organismes qui ont besoin de lumière, tels les coraux ou le phytoplancton, nourriture de nombreux poissons, d'où un impact négatif sur la pêche. Cette turbidité a de plus des impacts négatifs dans certaines zones sensibles pour la pêche (frayères, nourriceries) et la conchyliculture2.
Cette érosion du littoral affecte aussi les îles lagunaires dont certaines disparaissent19.
Impacts sociaux et économiques
Le sable marin nécessite un lavage ou égouttage afin de diminuer son taux de chlorure qui cause la corrosion des aciers du béton armé. Le sable exige également un triage puis éventuellement un broyage avant son utilisation dans le béton. Or de nombreux sites illégaux d’extraction se développent et des chefs de chantier peu scrupuleux ne respectent pas ces pratiques, ce qui met en danger à terme les habitants dans les bâtiments en béton qui menacent de s'effondrer sur eux2.
L'érosion du littoral a pour conséquence une moindre protection des côtes contre les tempêtes, les tsunamis et menace l'économie touristique des régions touchées par le phénomène20.
En Floride, 9 plages sur 10 sont en voie de disparition à cause de cette érosion, ce qui nécessite un remblayage tous les ans. En Indonésie, 25 îles — dont 7 dans le détroit de Macassar21 — ont disparu pour alimenter Singapour en sable22[réf. incomplète]. Aux Maldives, l’extraction de sable est telle qu'elle a engendré la montée des eaux et l'évacuation de 120 îles de leurs habitants2.
Notes et références
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- Denis Delestrac et Alain Bidal, « Pénurie en vue : par quoi peut-on remplacer le sable ? » [archive], sur Atlantico,
- La majorité des ressources sont inexploitables : accès contraint aux gisements liés à la présence d'activités humaines (pêche, routes maritimes…), existence de secteurs réservés et protégés, reconnus comme essentiels à l'équilibre écologique du milieu, la plus grande partie du sable étant inexploitable car profondément enfouie dans les océans ou sous d’autres sédiments.
- (en) Krausmann Fridolin, Simone Gingrich, Nina Eisenmenger, Karl-Heinz Erb, Helmut Haberl & Marina Fischer-Kowalski, « Growth in global materials use, GDP and population during the 20th century », Ecological Economics, vol. 68, no 10, , p. 2696-2705 (DOI 10.1016/j.ecolecon.2009.05.007).
- (en) Julia K. Steinberger, Fridolin Krausmann & Nina Eisenmenger, « Global patterns of materials use: A socioeconomic and geophysical analysis », Ecological Economics, vol. 69, no 5, , p. 1148-1158.
- Source : Conseil international pour l'exploration de la mer (CIEM), rapport 2011 du groupe de travail sur l'extraction de matériaux marins (WGEXT)
- Didier Leclère, L'essentiel de la gestion budgétaire, Editions Eyrolles, , p. 127.
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- (en) M. R. Byrnes et col, « Effects of Sand Mining on Physical Processes and Biological Communities Offshore New Jersey », Journal of Coastal Research, vol. 20, no 1, , p. 25–43
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- (en) R. Young et A. Griffith, « Documenting the global impacts of beach sand mining », Geophysical Research Abstracts, vol. 14, , p. 11593 (lire en ligne [archive])
- N.E.S., « Les îles englouties de l'Indonésie », Courrier international, (lire en ligne [archive], consulté le )
- Documentaire Le Sable [archive] sur Arte TV
Voir aussi
Articles connexes
- Collectif le peuple des dunes
- Sable bitumineux
- Granulats marins
- Le Peuple des Dunes en Trégor
- Sos littoral angloy [archive]
- Collectif littoral angloy [archive]
- Portail de la mine
- Portail des minéraux et roches
Extraction du pétrole
L'extraction de pétrole est le processus par lequel le pétrole utilisable est extrait et retiré du sous sol.
Localisation du champ de pétrole
Les géologues utilisent des études sismiques pour rechercher des structures géologiques qui peuvent abriter des réservoirs de pétrole. La méthode «classique» consiste à faire exploser une charge explosive souterraine à proximité et observer la réponse sismique qui fournit des informations sur les structures géologiques souterraines1. Cependant, il existe aussi des méthodes «passives» qui extraient des informations à partir des ondes sismiques naturelles2.
D’autres instruments tels que des gravimètres et des magnétomètres sont parfois aussi utilisés dans la recherche de pétrole parfois accompagnés de mesures nucléaires d'un flux de neutrons issu d'un matériau comme le californium3.
En mer, la sismique réflexion permet d'imager le piège géologique potentiel. Cette approche est complétée lors du forage des puits d'exploration par des diagraphies dont les résultats (notamment les mesures de conductivité électrique) permettent de caractériser la présence ou non d'hydrocarbures dans le sous-sol et plus particulièrement dans le piège (aspect pétrologique : électro-facies)4.
L'extraction du pétrole brut commence normalement par le forage d’un puits dans le réservoir souterrain. Historiquement, aux États-Unis, il existait certains champs de pétrole où le pétrole affleurait naturellement à la surface, mais la plupart de ces champs ont depuis longtemps été exploités et épuisés, sauf dans certains endroits en Alaska. Souvent, de nombreux puits (appelés puits multilatéraux) sont forés dans le même réservoir, de sorte que le taux d'extraction soit économiquement viable. En outre, certains puits (puits secondaires) peuvent être utilisés pour pomper l'eau, la vapeur, des acides ou divers mélanges de gaz dans le réservoir pour augmenter ou maintenir la pression du réservoir, et ainsi de maintenir un taux d'extraction économiquement viable.
Forage
Le puits de pétrole est créé par le forage d'un long trou dans le sol à partir d’une plate-forme pétrolière. Un tuyau d'acier est placé dans le trou, pour assurer l'intégrité structurelle du nouveau puits foré. Des trous sont ensuite effectués dans la base du puits pour permettre au pétrole de traverser le tubage. Enfin une collection de vannes appelée "Arbre de Noël" est monté sur le dessus, afin de réguler les pressions et de contrôler les débits.
Extraction et récupération du pétrole
Récupération primaire
Pendant la phase de récupération primaire, le pilotage du réservoir dépend d'un certain nombre de mécanismes naturels. Il s’agit notamment: de l’eau naturelle déplaçant le pétrole vers la base du puits, l'expansion du gaz naturel au sommet du réservoir, de l'expansion des gaz initialement dissous dans le pétrole brut et du drainage gravitaire résultant du mouvement du pétrole dans le réservoir de la partie supérieure vers les parties inférieures où se trouvent les puits. Le taux de récupération au cours de l'étape de récupération primaire est typiquement de 5 à 15%5 voire de 25 à 30%6 (les chiffres dépendent de la qualité du gisement, plus il est riche en gaz plus la récupération primaire sera importante).
Tant que la pression souterraine dans le réservoir de pétrole est suffisante pour forcer le pétrole vers la surface, il est seulement nécessaire de placer un agencement complexe de vannes (l'arbre de Noël) sur la tête de puits pour raccorder le puits à un réseau de canalisations vers des systèmes de stockage et de traitement. Parfois, des pompes, comme des pompes à balancier et des pompes électriques submersibles, sont utilisés pour amener le pétrole à la surface.
Récupération secondaire
Au cours de la durée de vie du puits, la pression va chuter, et à un moment donné, la pression souterraine sera insuffisante pour forcer la migration du pétrole vers la surface. Les méthodes de récupération secondaire sont alors appliquées. Elles s’appuient sur la fourniture d'énergie externe dans le réservoir en d'injectant des fluides pour augmenter la pression du réservoir. Les techniques de récupération secondaire augmentent la pression du réservoir par injection d'eau, la réinjection de gaz naturel et d'extraction par injection de gaz, qui injecte de l'air, du dioxyde de carbone ou un autre gaz dans le fond d'un puits actif, ce qui réduit la densité globale de fluide dans le puits de forage. Le taux typique de récupération provenant de l'exploitation via l’injection d'eau est d'environ 30%, en fonction des propriétés du pétrole et des caractéristiques de la roche mère. En moyenne, le taux de récupération après les opérations de récupération du pétrole primaires et secondaires se situe entre 35 et 45%5. Le processus d'injection nécessite de l’énergie, mais l'installation de turbines à gaz sur les plates-formes au large nécessite l'arrêt du processus d'extraction, et donc de perdre des revenus précieux7.
Récupération assistée
L’amélioration des méthodes de récupération du pétrole ou récupération tertiaire augmente la mobilité du pétrole afin d'augmenter son taux d’extraction.
Les méthodes thermiques de récupération de pétrole sont des techniques de récupération tertiaire consistant à chauffer le pétrole, réduisant ainsi sa viscosité et le rendant plus facile à extraire. L'injection de vapeur est la méthode thermique la plus courante et est souvent réalisée avec une centrale de cogénération. Dans ce type de centrale (à cogénération), une turbine à gaz est utilisée pour produire de l'électricité et de la chaleur perdue est utilisée pour produire de la vapeur, qui est ensuite injectée dans le réservoir. Cette méthode de récupération est largement utilisée pour augmenter l'extraction de pétrole dans la vallée de San Joaquin qui a du pétrole très lourd, mais qui représente 10 % de l'extraction de pétrole des États-Unis. La combustion in situ est une autre méthode thermique de récupération de pétrole, au lieu d’injecter de la vapeur, du pétrole est brûlé pour chauffer le pétrole environnant.
Occasionnellement, des agents tensioactifs (détergents) sont injectés dans le réservoir afin de modifier la tension superficielle entre l'eau et le pétrole, libérant du pétrole qui, autrement, resterait dans le réservoir sous forme de pétrole résiduel8.
Un autre procédé pour réduire la viscosité est l’injection de dioxyde de carbone. La récupération tertiaire permet de récupérer 5 % à 15 % de pétrole supplémentaire du réservoir5. Dans certains champs de pétrole lourd californien, l'injection de vapeur a doublé ou même triplé les réserves de pétrole et la récupération du pétrole ultime9. Par exemple, voir le champ pétrolifère de Midway-Sunset, le plus grand champ pétrolifère en Californie.
La récupération tertiaire commence quand la récupération secondaire du pétrole ne permet plus de poursuivre l'extraction, mais seulement lorsque le pétrole peut encore être extrait de façon rentable. Cela dépend du coût de la méthode d'extraction et du prix actuel du pétrole brut. Lorsque les prix sont élevés, les puits qui étaient non rentables sont remis en service et quand ils sont faibles, l'extraction est réduite.
Les traitements microbiens sont une autre méthode de récupération tertiaire. Des mélanges spéciaux des microbes sont utilisés pour traiter et briser les chaînes hydrocarbonées du pétrole, ce qui rend le pétrole plus facile à récupérer tout en étant plus économique par rapport aux autres méthodes conventionnelles. Dans certains États, comme le Texas, il y a des incitations fiscales pour utiliser ces microbes dans ce qu'on appelle une récupération tertiaire secondaire. Très peu d'entreprises fournissent ces microbes, cependant les méthodes d’entreprises comme Bio Tech, Inc. se sont révélées très efficaces pour l’injection d'eau au Texas.
Taux et facteurs de récupération
La quantité de pétrole qui est récupérable est déterminée par un certain nombre de facteurs, dont la perméabilité des roches, la force de pressions naturelles (gaz, pression de l'eau adjacente ou de la gravité), et la viscosité du pétrole. Lorsque les roches réservoirs sont peu perméables tels que le schiste, le pétrole ne peut généralement pas s’écouler au travers, mais quand elles sont perméables comme le grès, le pétrole s’écoule librement. Le débit de pétrole est souvent aidé par des pressions naturelles entourant les roches réservoirs dont celle du gaz naturel qui peut être dissous dans le pétrole (voir le rapport gaz-pétrole), celle du gaz naturel présent au-dessus du pétrole, celle de l'eau au-dessous du pétrole et par la force de gravité. Les pétroles ont tendance à être constitué d’une large gamme de viscosité des liquides légers comme l'essence au plus lourd comme le goudron. Les formes les plus légères ont tendance à entraîner des taux d'extraction plus élevés.
Le génie pétrolier permet d'évaluer quels localisations et quels mécanismes de récupération sont appropriés pour un réservoir et d’estimer les taux de récupération et les réserves de pétrole avant l’extraction proprement dite.
Récupération ultime estimée
Bien que le taux de récupération finale d'un puits ne puisse être connu avec certitude avant que ne cesse la production, les ingénieurs pétroliers estiment souvent un taux de récupération final sur la base de projection d’un taux de déclin annuel dans le futur. Différents modèles, techniques et approximations mathématiques sont utilisés.
Le taux de récupération final du gaz de schiste est difficile à prédire et il est possible de choisir des méthodes de récupération qui ont tendance à sous-estimer le déclin du puits au-delà de ce qui est raisonnable.
Voir aussi
- Tour de forage
- Boue de forage
- Technicien de surveillance de forages
- Ouvrier de plancher de forage (en)
- Forage dirigé
- Plate-forme pétrolière
- Foreur (industrie pétrolière) (en)
- Forage en eau profonde (en)
- Block (extraction de pétrole) (en)
- Blowout
- Fracturation hydraulique
- Liste des pays par production de pétrole
- Pic pétrolier
Liens externes
Références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Extraction of petroleum » (voir la liste des auteurs).
- http://www.lloydminsterheavyoil.com/seismic.htm [archive]
- A technology web site of a passive - seismic based company [archive] « Copie archivée » (version du 6 août 2018 sur l'Internet Archive)
- « Métal de californium plus cher et précieux dans le monde » [archive], sur https://cienciasetecnologia.com [archive]
- Stéphane Sainson, Electrographies de fond de mer. Une révolution dans la prospection pétrolière, Cachan. Ed. Lavoisier 2012
- E. Tzimas,, « Enhanced Oil Recovery using Carbon Dioxide in the European Energy System », European Commission Joint Research Center, (lire en ligne [archive] [PDF], consulté le )
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