Karamö, le prof virtuelLeçon 12 sur 19
Formation et exploitation des ressources géologiques
Je sais définir gisement, minerai et teneur, expliquer les grands modes de formation des gisements et décrire les étapes de la prospection à l'exploitation, en m'appuyant sur les ressources de la Guinée.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir ressource, réserve, gîte, gisement, minerai, gangue, teneur, stérile
- Classer les ressources géologiques et expliquer les grands modes de formation des gisements (magmatique, hydrothermal, sédimentaire, résiduel)
- Décrire les étapes de la prospection et les modes d'exploitation
- Calculer une quantité de métal à partir d'un tonnage et d'une teneur
Avant de commencer : Le chapitre II (minéraux, roches magmatiques, sédimentaires et métamorphiques, altération, sols).
1Je découvre
Au journal de 20 heures, Alpha entend parler d'un nouveau projet minier : « Les sondages ont confirmé un gisement de plusieurs centaines de millions de tonnes, à une teneur intéressante. » Il demande à sa sœur Fatoumata, étudiante à l'Institut supérieur des mines et géologie de Boké : « C'est quoi, un gisement ? Et la teneur ? Pourquoi dit-on qu'on a de la bauxite à Boké et de l'or à Siguiri, et pas l'inverse ? »
Fatoumata sourit : « Un gisement, ce n'est pas seulement un endroit où il y a du minerai. C'est un endroit où il y en a assez, assez concentré, pour qu'on gagne de l'argent en l'exploitant. Et s'il y a de la bauxite à Boké et de l'or à Siguiri, c'est que ces ressources ne se sont pas formées de la même façon. »
Comment se forment les ressources géologiques, quand parle-t-on de gisement, et comment passe-t-on de la découverte à l'exploitation ?
2Je comprends
1. Le vocabulaire des ressources géologiques
Une ressource géologique est une substance naturelle du sous-sol utile à l'homme : minerai métallique, pierre, sable, combustible, eau.
La plupart des éléments utiles (aluminium, fer, or…) sont présents partout dans l'écorce terrestre, mais en très faible quantité. Pour qu'on puisse les exploiter, il faut qu'un processus géologique les ait concentrés.
- Un gîte (ou indice) est un endroit où une substance utile est plus concentrée que la normale.
- Un gisement est un gîte exploitable de façon rentable avec les techniques et les prix du moment.
- Le minerai est la roche qui contient la substance utile en quantité suffisante pour être exploitée.
- La gangue est la partie sans valeur du minerai, séparée lors du traitement.
- Le stérile est la roche sans valeur qu'on doit enlever pour atteindre le minerai (par exemple la couche de terre au-dessus de la bauxite).
- La teneur est la proportion de substance utile dans le minerai : en % pour les métaux abondants (fer, aluminium), en grammes par tonne (g/t) pour les métaux précieux (or) et en carats par tonne pour le diamant.
- Les ressources désignent la quantité totale de substance connue ou supposée ; les réserves désignent la partie déjà bien reconnue et exploitable de façon rentable.
Un gîte peut devenir un gisement si le prix du métal augmente ou si les techniques s'améliorent, et inversement.
Exemple
Un gisement d'or de la région de Siguiri contient 4 000 000 t de minerai à une teneur moyenne de 1,5 g/t. Le traitement récupère 90 % de l'or. Quelle masse d'or peut-on produire ?
Masse d'or contenue : 4 000 000 × 1,5 = 6 000 000 g = 6 000 kg = 6 t.
Masse récupérée : 6 × 0,90 = 5,4 t.
Remarque : pour produire 5,4 t d'or, il faut extraire, broyer et traiter 4 millions de tonnes de roche.
2. Les grands types de ressources
| Type | Exemples | En Guinée |
|---|---|---|
| Minerais métalliques | bauxite (aluminium), minerai de fer, or, cuivre | bauxite de Boké, Fria, Kindia ; fer des monts Nimba et du Simandou ; or de Haute-Guinée |
| Minéraux et pierres précieuses | diamant | région de Kérouané et Banankoro |
| Matériaux de construction | granite, dolérite, sable, gravier, argile, latérite | carrières et sablières dans tout le pays |
| Ressources énergétiques | pétrole, gaz, charbon, uranium | recherches de pétrole au large de la côte |
| Eau | nappes souterraines, sources | ressource majeure (« château d'eau ») |
3. Comment se forment les gisements ?
Les gisements se forment par des processus de concentration liés au cycle des roches.
Les gisements magmatiques. Au cours du refroidissement d'un magma, certains minéraux lourds se séparent et s'accumulent. Les kimberlites, roches magmatiques venues de très grande profondeur, remontent parfois des diamants formés dans le manteau.
Les gisements hydrothermaux. Des eaux très chaudes, souvent liées à un magma ou au métamorphisme, circulent dans les fractures des roches, dissolvent des métaux puis les déposent en refroidissant. Il se forme des filons, souvent de quartz, contenant de l'or, du cuivre, du plomb… C'est l'origine de l'or primaire de Haute-Guinée.
Les gisements sédimentaires.
- Les placers : l'érosion libère des minéraux lourds et résistants (or, diamant) ; transportés par les rivières, ils se concentrent là où le courant ralentit (graviers des méandres, fonds des lits). C'est l'or alluvionnaire et le diamant alluvionnaire.
- Les dépôts chimiques : certaines formations riches en fer se sont déposées au fond d'anciennes mers (elles ont donné, après métamorphisme, les quartzites ferrugineux des monts Nimba et du Simandou).
- Les combustibles fossiles : pétrole, gaz, charbon, formés à partir de matière organique enfouie.
Les gisements résiduels (d'altération). Sous un climat chaud et humide, l'altération intense enlève les éléments solubles (silice, sodium, potassium, calcium) et concentre sur place les éléments peu solubles : l'aluminium (bauxite) et le fer (cuirasses et minerais de fer latéritiques). C'est l'origine de la bauxite guinéenne.
- Magmatique (cristallisation, kimberlite)
- Hydrothermal (eaux chaudes, filons)
- Sédimentaire (placers, dépôts)
- Résiduel (altération tropicale)
- diamant
- or en filons de quartz
- or et diamant alluvionnaires, fer
- bauxite, cuirasses ferrugineuses
4. De la découverte à l'exploitation
Trouver et exploiter un gisement prend souvent plus de dix ans.
- 1Prospection : cartes géologiques, images satellites, repérage des roches favorables
- 2Exploration géochimique et géophysique : analyses de sols et d'eau, mesures magnétiques ou électriques
- 3Sondages : forages qui prélèvent des carottes de roche pour mesurer la teneur en profondeur
- 4Évaluation : calcul des réserves et de la teneur, étude de rentabilité et étude d'impact environnemental
- 5Exploitation : à ciel ouvert, souterraine ou par dragage
- 6Traitement du minerai, transport, vente, puis réhabilitation du site
Les modes d'exploitation.
- À ciel ouvert (carrière, fosse) : on enlève le stérile (la découverture), puis on abat le minerai à l'explosif ou à la pelle. Méthode utilisée pour les gisements proches de la surface, comme la bauxite et le fer en Guinée.
- Souterraine : on creuse des puits et des galeries pour atteindre un minerai profond, souvent en filons (certaines mines d'or dans le monde).
- Alluvionnaire : on extrait et on lave les graviers des rivières (orpaillage, diamant alluvionnaire), à la main ou avec des dragues.
Le traitement. Le minerai est concassé, broyé, lavé, puis la substance utile est concentrée (séparation par densité, par flottation) ou extraite chimiquement. La bauxite peut être transformée en alumine puis en aluminium.
Méthode
Pour calculer la production d'un gisement :
- Je note le tonnage de minerai et la teneur (en % ou en g/t).
- Masse de substance contenue = tonnage × teneur (je convertis le % en fraction : 45 % = 0,45).
- Si on me donne un taux de récupération, je multiplie encore par ce taux.
- Je convertis dans l'unité demandée (1 t = 1 000 kg = 1 000 000 g).
- Je vérifie l'ordre de grandeur.
Exemple
Une mine de bauxite doit enlever 4 m de stérile pour exploiter une couche de bauxite de 8 m d'épaisseur. Sur un bloc de 100 m × 100 m, calcule le volume de stérile, le volume de bauxite et le rapport de découverture. La bauxite a une masse volumique de 2,2 t/m³ et une teneur de 50 % en alumine (Al2O3) : calcule la masse d'alumine contenue.
Surface : 100 × 100 = 10 000 m².
Stérile : 10 000 × 4 = 40 000 m³ ; bauxite : 10 000 × 8 = 80 000 m³.
Rapport de découverture : 40 000 ÷ 80 000 = 0,5 m³ de stérile par m³ de minerai.
Masse de bauxite : 80 000 × 2,2 = 176 000 t.
Alumine contenue : 176 000 × 0,50 = 88 000 t.
5. Des ressources non renouvelables
Les gisements se sont formés en des millions d'années ; on les épuise en quelques décennies. Ce sont des ressources non renouvelables à l'échelle humaine (sauf l'eau, qui se renouvelle par le cycle de l'eau si on ne la surexploite pas). Leur exploitation doit donc être raisonnée : bien estimer les réserves, limiter le gaspillage, transformer sur place pour créer plus de richesse, protéger l'environnement et réhabiliter les sites (voir la leçon sur les problèmes liés à l'exploitation minière).
3Je retiens
Je retiens
Gisement : concentration naturelle d'une substance utile exploitable de façon rentable ; minerai : roche exploitée ; stérile : roche sans valeur à enlever ; gangue : partie sans valeur du minerai.
Teneur : proportion de substance utile (en % pour le fer et l'aluminium, en g/t pour l'or).
Masse de substance = tonnage × teneur (× taux de récupération).
Modes de formation : magmatique (diamant des kimberlites), hydrothermal (or en filons), sédimentaire (placers, fer, pétrole), résiduel par altération tropicale (bauxite).
Étapes : prospection, exploration géochimique et géophysique, sondages, évaluation et étude d'impact, exploitation, traitement, réhabilitation.
Exploitation à ciel ouvert (bauxite, fer), souterraine (filons profonds), alluvionnaire (orpaillage, diamant).
Les ressources minérales ne sont pas renouvelables à l'échelle humaine.
4Erreurs fréquentes
- Confondre gîte et gisement : un gîte devient gisement seulement s'il est exploitable de façon rentable.
- Confondre minerai et métal : le minerai de bauxite contient de l'alumine, dont on extrait l'aluminium ; ce n'est pas de l'aluminium pur.
- Oublier les conversions : 1 t = 1 000 000 g ; une teneur de 2 g/t sur 1 000 t donne 2 000 g, soit 2 kg.
- Confondre ressources et réserves : les réserves sont la partie bien connue et exploitable des ressources.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours) Définis : gisement, minerai, stérile, teneur, réserves.
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Un gisement est une concentration naturelle d'une substance utile exploitable de façon rentable. Le minerai est la roche qui contient la substance utile en quantité suffisante pour être exploitée. Le stérile est la roche sans valeur qu'il faut enlever pour atteindre le minerai. La teneur est la proportion de substance utile dans le minerai (%, g/t). Les réserves sont la partie des ressources bien reconnue et exploitable de façon rentable.
2Exercice 2
Associe chaque gisement à son mode de formation : a) bauxite de Boké ; b) or en filons de quartz de Haute-Guinée ; c) paillettes d'or dans les graviers du Niger ; d) diamant dans une kimberlite. Modes : résiduel, hydrothermal, magmatique, sédimentaire (placer).
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a) résiduel ; b) hydrothermal ; c) sédimentaire (placer) ; d) magmatique.
3Exercice 3
Un gisement de fer contient 50 millions de tonnes de minerai à 62 % de fer.
a) Calcule la masse de fer contenue.
b) Si on exploite 5 millions de tonnes de minerai par an, combien d'années durera le gisement ?
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a) 50 000 000 × 0,62 = 31 000 000 t de fer (31 millions de tonnes).
b) 50 000 000 ÷ 5 000 000 = 10 ans.
4Exercice 4
Un orpailleur traite 3 t de graviers par jour, à une teneur de 0,8 g/t. Il récupère 60 % de l'or contenu.
a) Calcule la masse d'or récupérée par jour.
b) Calcule la masse récupérée en 25 jours de travail.
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a) Or contenu : 3 × 0,8 = 2,4 g ; or récupéré : 2,4 × 0,60 = 1,44 g par jour.
b) 1,44 × 25 = 36 g en 25 jours.
5Exercice 5
(Type composition) Une société découvre des indices de bauxite sur un plateau de la région de Kindia.
a) Décris, dans l'ordre, les étapes qu'elle doit suivre avant d'ouvrir une mine.
b) Quel mode d'exploitation choisira-t-elle ? Justifie.
c) Pourquoi dit-on que la bauxite est une ressource non renouvelable ? Quelles conséquences en tirer pour la Guinée ?
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a) Prospection : étude des cartes géologiques et des images, repérage des plateaux cuirassés favorables. Exploration : prélèvements et analyses, mesures géophysiques. Sondages : forages réguliers pour connaître l'épaisseur de la bauxite, celle du stérile et la teneur en alumine. Évaluation : calcul des réserves, étude de rentabilité (transport, prix) et étude d'impact environnemental et social. Puis obtention des autorisations et exploitation.
b) Une exploitation à ciel ouvert, car la bauxite forme une couche proche de la surface, sous une faible épaisseur de stérile : il suffit d'enlever la découverture puis d'abattre le minerai.
c) La bauxite s'est formée par une altération qui a duré des millions d'années ; on l'épuise en quelques décennies : elle ne se reforme pas à l'échelle humaine. La Guinée doit donc bien évaluer ses réserves, tirer le maximum de valeur de chaque tonne (transformation sur place en alumine), utiliser les revenus pour développer d'autres secteurs, et réhabiliter les sites exploités.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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