Deuxième session des journées des Sciences de la Terre: géodynamique et ressources minérales. | ||
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RésuméCette production présente les deux journées de stage au Centre Briançonnais de Géologie Alpine. Ce stage est proposé aux Inspecteurs généraux de SVT, aux inspecteurs pédagogiques régionaux, aux professeurs en classe préparatoire BCPST et de faculté ainsi qu'aux formateurs académiques investis dans les géosciences..
Le plan national de formation organise pour la deuxième cession "les journées des Sciences de la Terre". Cette formation a pour objectif de réunir des professionnels de l'éducation, des chercheurs mais également des entreprises et des associations autour des géosciences. Ci-joint le descriptif de ces journées. Programme: Géodynamique et ressources minérales
M Bertrand Pajot, Inspecteur Général de l’Éducation Nationale, doyen du groupe des Sciences et Technologies du Vivant de la Santé et de la Terre remercie l'ensemble des participants de leur présence et présente les conférenciers.
M Raymond Cirio, président du Centre Briançonnais de géologie Alpine présente et remercie les partenaires présents à cette manifestation.
Le président de la société géologique de France intervient pour donner des informations sur la revue Géochronique " le potentiel minier métallique Français" et la revue Géologues "le renouveau minier Français" édités par cette société.
Les différents paragraphes de cette production présentent les notes prises lors des conférences ou sur le terrain.
Chrystèle Verati est maître de conférence à l'université de Nice.
Les ressources présentées lors de cette conférence sont présentées sur le site de la Société géologique de France.
Ce thème prend tout son sens car cette thématique intervient dans les programmes de collège et de lycée.
Rappel sur les trois types de substances énergétiques, non métalliques (minéraux industriels comme le talc, le gypse, la potasse...) et métalliques, nous aborderons uniquement les substances métalliques surtout les métaux d'alliage ( Cr, Co, Fe...) et de base ( Cu Pb, Al ), les métaux rares (lithium, Terre Rares...).
Tout solide, liquide ou gazeux à valeur économique non renouvelable, c'est une anomalie de concentration d’éléments qu'il faut comprendre.
L'exemple du Cu dans la chalcopyrite avec 35% ou encore Au dans les pépites d'or avec 100%.
Il existe deux types de gisements: ceux qui sont associés aux processus orogéniques et ceux qui sont liés au magmatisme intraplaque ou à des processus superficiels donc non orogéniques.
Dans le cadre de l’accrétion océanique: les fumeurs noires au niveau des dorsales, des bassins d'arrière arc ou dans les bassins marginaux avec des minerais de Pb, Zn, Cu.
Le processus de reconcentration est l'hydrothermalisme océanique dû au flux géothermique élevé. L'eau de mer devient un fluide hydrothermal et réagit avec l'encaissant (basalte et gabbro) avec hydratation de la croûte et un métamorphisme dans le faciès schistes verts avec un lessivage des métaux.
Il en existe 3 types: le type KUROKO dans les arcs et arrière arcs. Le type CHYPRE est associé à un contexte d'arrière arc et de dorsale (site Snake Pit représente plusieurs dizaines de m de hauteur ) et le type BESSHI correspond au type CHYPRE auquel on associe des sédiments. Si on fait une coupe des amas sulfurés, on en retrouve une grande partie en profondeur.
Le type KUROKO correspond à une roche volcanique entièrement remplacée par des éléments métalliques.
Beaucoup de ces amas se retrouvent à Terre par obduction , celui en Espagne est le plus vaste du monde dans un océan du Dévonien.
A Saint Véran, on trouve une association chalcopyrite c'est à dire le remplacement de la serpentinite et de la serpentinite.
En métropole, dans la Brévenne ( partie du Massif Central), on voit des pillows lavas avec une minéralogie de Schistes verts. Ils représentent à- 370 Millions années, la subduction qui a lieu de l' Est vers le Sud au niveau de la Brévenne qui est un ancien bassin d'arrière arc, on retrouve des amas sulfurés.
En Guadeloupe, il y a une grande activité hydrothermale dans la zone de subduction due au gradient géothermique élevé. (100° par km ).
On a alors deux grands types de gisements: un est lié à une périphérie de l'axe volcanique de subduction à une profondeur de moins d'un km dans les gisements épithermaux (gisement sous forme de filons) et le second plus profond sous forme de massifs.
Le système Bouillante est un système épithermaux mais qui n'est pas encore exhumé.
Les plus gros gisements de porphyres cuprifères sont dans des zones de subduction actives et sont dans les Andes. Dans ces mines à ciel ouvert, on tourne autour du pluton de granodiorites.
Pas de porphyre cuprifère en Métropole mais on a découvert des gisements épithermaux dans les Antilles.
L'or se concentre dans les gisements épithermaux et précipite en profondeur et se concentre dans l'Arc Téthysien et sur toute la ceinture de Pacifique donc la répartition se fait suivant le contexte géodynamique.
Dans le contexte de collision, le métamorphisme orogénique, des granites de collision et des failles à l'échelle lithosphériques, ces trois processus sont responsables.
2 types de gisements dans des sédiments détritiques SEDEX dans des contextes de rift (la plupart sont stratifiés ) ou carbonatés MVT dans un contexte de plate forme carbonatée mais ils sont disséminés dans les carbonates ( sulfure de Zinc et de plomb) . On trouve ces gisements en bordure Cévénole.
II en existe plusieurs.
Certaines correspondent à une activité magmatique indépendante du contexte géodynamique comme les points chauds. On trouve les kimberlites, des roches volcaniques sous un craton continental épaissi qui permet la mise en place les diamants: stable en dessous de 200 km de profondeur dans une lithosphère très épaissie qui atteint 250 km de profondeur.
Un magmatisme de type Archéen avec des flux géothermiques très grands avec des gisements de Nickel et de Chrome, et de Platine: les éléments lourds se concentrent dans les cumulats dus à la cristallisation fractionnée dans un contexte magmatique de forte fusion partielle dans une énorme chambre magmatique (plusieurs centaines de km de diamètre)
Les processus de surface reconcentrent les éléments sous l'effet de la gravité, par érosion, l'hydrographie, les placers où on trouvent des éléments denses comme Au, des diamants, et Ag : les méandres s'amoindrissent et concentrent alors les minéraux les plus denses. (ressources guyanaises par exemple). De même pour la formation des sols: la Bauxite et les latérites se développent dans un climat chaud de fortes précipitations, un climat de type tropical comme par exemple dans les Bauxites de Brignoles (riche en Aluminium) et en nouvelle Calédonie où l'on trouve du Nickel en plus à cause de la roche mère.
Les Terres Rares sont des éléments chimiques utiles en téléphonie mobile et dans la fabrication les panneaux solaires. 80% des mines sont situées en Chine dans des zones tropicales avec une forte argitilisation du substrat rocheux. Reconcentration des Terres Rares dans un craton.
Jérémie Melleton du BRGM.
L'utilisation des métaux a lieu depuis le début de l'ère industrielle , la palette d'utilisation s'est développée avec l'arrivée de l'informatique et de l'électronique et la transition énergétique photovoltaïque.
Dans une économie de croissance, le recyclage est insuffisant, il y a des pertes lors du recyclage et certains procédés ne sont pas rentables ou pas développés notamment pour les Terres Rares.
Les prix sont très variables: ils suivent à court terme les coûts du pétrole mais cette corrélation est moins nette à partir de 2006; ils varient également sur le long terme. L'émergence des BRICS ( Brésil, Chine) crée des tensions sur les marchés des ressources minérales.
Le minerai est moins riche, il y a une baisse des teneurs car les zones en surface ont déjà été exploitées.
Les nouveaux gisements sont beaucoup plus profonds au-delà de 1000 m de profondeur et dans des milieux hostiles.
Les ressources ne sont pas situées de façon homogène sur Terre, la Chine est producteur principal et il y a quelques centres secondaires.
Un gisement est donc une notion économique qui dépend de la connaissance de la concentration métallifère.
Les processus à l'origine des gisements: magmatisme, réajustement isostatique, pression de confinement, convection thermique, altération, gravité. Les métaux sont en général associés à d'autres Au et Ag avec Zn par exemple
Actuellement , il y a une production significative de minéraux industriels de talc par exemple, de gypse aussi.
En revanche, les exploitations minières sont très faibles. Les anciennes exploitations minières datent de -2500 ans entre le Chalcolithique et l'âge de Bronze, il y a eu aussi une activité forte durant l'Antiquité puis plus faible au Moyen Age , on note une reprise fin du 18ème siècle jusqu'aux années 1980.
L'inventaire minier réalisé entre 1975 et 1993 propose 107 nouveaux gisements mais à cette époque les cours miniers étaient très faibles ce qui n'est plus le cas. En 2012, de nouvelles études sont réalisées et classent les gisements en fonction de leur potentiel . Les métaux sont localisés en fonction du contexte géodynamique.
Exemple le tungstène: le gisement se met en place en contexte associé aux intrusions granitiques, il en existent différents types comme:
L'antimoine
deux types : filons hydrothermaux (filons de Dolérite dans le schiste avec une minéralisation d'antimoine)
et disséminé stratiforme
Au:
Systèmes hydrothermaux tardi orogéniques et associés à des failles. La dernière mine a fermé en 2004.
L'encaissant est de lithologie et de géométrie très variable: exemple le site de la Bellière dans les Vosges avec un système décrochant qui permet l'ouverture de veines.
Les métaux de base : Zn, Pb, Cu
Sedex et VMS (voir conférence précédente)
La production française
Filière de transformation pour l'antimoine et le tungstène.
Le contexte cadomien n'est pas bien connu, il pourrait apporter des perspectives, le potentiel est connu depuis l'inventaire ( antimoine, tungstène, granites à métaux rares) mais en France métropolitaine il y a absence de porphyres et épithermaux
Si vous souhaitez en savoir plus Lien vers le site minéral info
Didier Bonijoly du BRGM.
Le domaine du changement climatique est une question sensible aujourd'hui.
L'effet de serre est bénéfique car il permet une augmentation de la température sur Terre de -18° à +15 ° .
Depuis la révolution industrielle, il y a eu l'émission de milliards de tonnes de CO2, l'effet de serre devient plus important et la température augmente.
Deux effets: acidification de l'océan et changement climatique
Dans le monde, 75 % de l’énergie est non renouvelable: il y a moins de charbon et de pétrole de consommés actuellement mais plus de gaz et on note un décollage des énergies renouvelables.
La COP 21 de décembre 2015 à Paris a décidé d'essayer de maintenir à +2 degrés seulement l'augmentation de température sur Terre. Pour y arriver, il faut distribuer les efforts pour chacun des secteurs consommateurs: ce sont surtout les secteurs de l'électricité et de l'industrie qui sont concernés pour 62 % les transports seulement pour 18%. Il faut appliquer des contraintes et les efforts doivent porter sur le passage du charbon au gaz (on diminue par deux les émissions pour une même quantité d'électricité produite): les États Unis ont fermé les centrales à charbon et ouvert les centrales à gaz de schiste. De plus il faudrait mettre en œuvre pour 12 % le CSCV.
Les solutions concernent principalement le CSV avec plusieurs techniques:
le captage post combustion : on capte la fumée à la sortie de la cheminée et on retire le CO2 de cette fumée, la solution est opérationnelle depuis longtemps, elle utilise des amines on remplace le H par de l'éthanol radical C, on forme le mono éthanol amine.
la deuxième solution est l'oxy-combustion : on brûle les combustibles fossiles dans un mélange oxygène gaz, il en résulte très peu de particules, du H2O et du CO2 que l'on capte ensuite par des méthodes de compression.
La troisième solution est le captage précombustion : ce procédé consiste à extraire le carbone avant la combustion. Cela peut se faire en produisant du monoxyde de carbone à partir du combustible lequel réagit avec de la vapeur d'eau pour former d'une part du dioxyde de carbone, d'autre part du dihydrogène .
Ces solutions existent mais sont coûteuses, elles sont développées en Chine au Japon et surtout au Canada et aux États Unis. Le CO2 pur est utilisé pour fluidifier le pétrole dans les Émirats Arabes. A la fin de l'exploitation du pétrole, le gisement sera utilisé comme zone de stockage. Aux États Unis, dans les usines à charbon, le CO2 est récupéré directement pour fluidifier le pétrole.
Le CO2 pur peut aussi être stocké dans le sous-sol. Dans un certain domaine P/T il se comporte un peu comme un fluide c'est l'état supercritique correspondant à une profondeur de 800m, la pression est de 73.83 bars à une température de 31 °. On peut alors l'injecter dans une roche réservoir: dans des aquifères salées, des roches réservoir poreuse avec une eau inutilisable ou en fin de production d'un gisement de pétrole et de gaz.
Une voie plus originale: le carbone peut s'organiser en feuillets ce qui donne du graphite puis diamants. On peut piéger le CO2 dans les espaces des feuillets. L'idée est de faire un forage dans une veine de charbon qui contient du méthane, on injecte le CO2 dans la veine et on exploite le méthane qui sort c'est gagnant/gagnant.
La sécurité du stockage tient dans la couche couverture: c'est le point majeur du choix d'un site.
Les capacités de stockage dépendant de la présence de bassins sédimentaires et les capacités de stockage sont bien réparties dans le monde.
Les objectifs "bas Carbone" est publié .
Objectif: neutralité Carbone en 2050. Les efforts porteront sur l'électrification, la rénovation des bâtiments anciens, un gros effort sur la construction de centrales à gaz en 2025 pour abaisser le nucléaire mais il faudra que ces centrales soient équipées de CSV et puissent donc stocker le CO2 pur. Le problème est de trouver des sites de stockage fiables. Nous avons 3 bassins sédimentaires, il faut chercher des sites comme le DOGGER du bassin de Paris avec une bonne roche couverture près des centrales à gaz pour éviter les coûts de transport du CO2 produit mais il faut aussi maîtriser le comportement de ce gaz en profondeur et mettre en place des techniques de surveillance des sites: une des techniques consiste à développer des méthodes géophysiques comme la sismique réflexion 4 D en fonction du temps comme sur le site Norvégien. Mais il faut aussi construire des scénarios de fuite et les solutions à mettre en place pour la sécurité du site.
250 millions de tonnes de CO2 à réduire. Sur l'industrie la solution de CSV est la seule mais la population n'est pas prête. Des perspectives sur l'utilisation du CO2 en regardant le cycle du Carbone sur un long terme.