Géologie économique et environnement
La géologie économique est une branche de la géologie qui traite des matériaux géologiques de grande valeur économique.
De manière plus générale, la géologie économique s'intéresse à la distribution des gisements minéraux, aux considérations économiques liées à leur récupération et à l'évaluation des réserves disponibles.
La géologie économique traite de matériaux tels que les métaux précieux et les métaux de base, les minéraux non métalliques, les combustibles fossiles et d’autres matériaux de valeur commerciale, tels que le sel, le gypse et la pierre à bâtir. Il utilise les principes et les méthodes de divers autres domaines, notamment la géophysique, la géologie structurale et la stratigraphie.
La géologie économique n'est pas seulement pratiquée par les géologues, elle intéresse également les ingénieurs, les banquiers d'affaires, les scientifiques de l'environnement et les défenseurs de l'environnement, en raison de l'énorme impact des industries extractives sur la scène socio-économique et environnementale.
Origine et développement de la géologie économique:
Le concept de géologie économique est relativement nouveau, même si l'homme extrait des métaux et des minéraux de valeur du sol depuis la préhistoire. Malgré leur capacité à apprécier la valeur de telles ressources, les pré-modernes possédaient peu de théories scientifiques concernant leur formation ou les moyens de les extraire.
Les Grecs, par exemple, pensaient que les filons de matériaux métalliques dans la terre indiquaient que ces matériaux étaient des êtres vivants en train de prendre racine à la manière des arbres. Les astrologues de l'époque médiévale soutenaient que chacune des «sept planètes» (le soleil, la lune et les cinq planètes, en plus
La Terre, connue à l'époque, régnait sur l'un des sept métaux connus - l'or, le cuivre, l'argent, le plomb, l'étain, le fer et le mercure - qui auraient été créés sous l'influence de leurs "planètes" respectives.
Le premier penseur qui a tenté de dépasser ces idées non scientifiques (même si imaginaires) était un médecin allemand qui écrivait sous le nom latinisé Georgius Agricola (1494-1555). Après avoir soigné des mineurs pour diverses conditions, Agricola, dont le vrai nom était Georg Bauer, est devenu fasciné par les minéraux.
Considéré comme le père de la minéralogie et de la géologie économique, Agricola a présenté plusieurs idées qui ont fourni une base scientifique à l’étude de la Terre et de ses produits. Dans De Ortu et causis Subterraneorum (1546), il a critiqué toutes les idées précédentes concernant la formation de minerais, y compris les notions grecques et astrologiques mentionnées précédemment, ainsi que la croyance alchimique selon laquelle tous les métaux sont composés de mercure et de soufre.
Il a plutôt soutenu que les fluides souterrains transportaient des minéraux dissous qui, une fois refroidis, laissaient des dépôts dans les fissures des roches et donnaient ainsi naissance à des veines minérales. Les idées d’Agricola ont par la suite contribué à jeter les bases des théories modernes concernant la formation de gisements de minerai.
Dans De Natura Fossilium (Sur la nature des fossiles, 1546), Agricola a également introduit une méthode de classification des «fossiles», les minéraux étant alors connus. Le système d'Agricola, qui classe les minéraux en fonction de propriétés telles que la couleur, la texture, le poids et la transparence, constitue la base du système de classification des minéraux utilisé de nos jours.
Le plus important de tous ses ouvrages est cependant De re Metallica, qui restera le principal manuel pour les mineurs et les minéralogistes au cours des deux siècles qui suivront. Dans cette œuvre monumentale, il a introduit de nombreuses idées nouvelles, notamment le concept selon lequel les roches contiennent des minerais plus anciens que les roches elles-mêmes. Il a également exploré en détail les pratiques minières en usage à son époque, ce qui constitue un exploit extraordinaire en ce sens que les mineurs du XVIe siècle avaient tendance à garder leurs secrets commerciaux de près.
Roches et minéraux:
La croûte terrestre est constituée de roches qui, à leur tour, sont des agrégats de minéraux. Pour être désignée comme une espèce minérale, une substance doit être trouvée dans la nature et être d'origine inorganique. Il doit posséder une caractéristique chimique définie et une formation atomique distincte.
Roches:
Une roche est un agrégat de minéraux ou de matières organiques pouvant apparaître sous forme consolidée ou non consolidée. Les roches sont de trois types différents: ignées, formées par cristallisation de minéraux en fusion, comme dans un volcan; sédimentaires, généralement formés par dépôt, compactage ou cémentation de roches altérées; et métamorphique, formé par l'altération de roches préexistantes. Les roches fabriquées à partir de matières organiques sont généralement sédimentaires, le charbon par exemple.
Les roches ont eu une importance économique bien avant l'époque des «sciences économiques» telles que nous les connaissons - une époque où il n'y avait rien à acheter et rien à vendre. Cette époque, bien sûr, serait l’âge de pierre, qui remonte pratiquement aux débuts de l’espèce humaine et qui se chevauchent avec les débuts de la civilisation il y a environ 5 500 ans. Durant des centaines de milliers d’années, lorsque la pierre était le matériau le plus avancé pour la fabrication d’outils, l’homme avait mis au point un éventail de dispositifs en pierre pour faire du feu, affûter des couteaux, tuer des animaux (et d’autres humains), couper de la peau d’aliments ou d’animaux, etc.
L'âge de pierre, à la fois dans l'imaginaire populaire et (avec quelques réserves) dans les faits archéologiques actuels, a été une époque où les gens vivaient dans des grottes. Depuis lors, bien sûr, les humains ont généralement quitté les grottes, bien que des exceptions existent, comme l’a découvert l’armée américaine en 2001 lorsqu’ils ont tenté de chasser les terroristes dans les grottes de l’Afghanistan.
En tout état de cause, l'attachement humain aux habitations en pierre a pris d'autres formes, en commençant par les pyramides et en passant par les maisons de maçonnerie d'aujourd'hui. La roche n’est pas simplement un matériau structurel pour la construction, comme en atteste l’utilisation de panneaux de gypse, de comptoirs en ardoise, de finitions en marbre et de passerelles en gravier. Et, bien sûr, la construction n’est que l’une des nombreuses applications auxquelles les roches et les minéraux sont destinés, comme nous le verrons.
Métaux:
Parmi les éléments chimiques connus, 87, soit environ 80%, sont des métaux. Ce dernier groupe est identifié comme ayant une apparence brillante ou brillante et malléable ou ductile, ce qui signifie qu'il peut être moulé sous différentes formes sans les briser. Malgré leur ductilité, les métaux sont extrêmement durables, ont des points de fusion et d'ébullition élevés et sont d'excellents conducteurs de chaleur et d'électricité. Certains se situent très haut sur l'échelle de dureté de Mohs.
Minéraux:
Alors qu'il n'y a que 87 variétés de métaux, il en existe environ 3 700 types de minéraux. Le chevauchement entre métaux et minéraux est considérable, mais ce chevauchement est loin d'être complet: de nombreux minéraux contiennent des éléments non métalliques, tels que l'oxygène et le silicium. Un minéral est une substance qui apparaît dans la nature et ne peut donc pas être créée artificiellement, est d'origine inorganique, possède une composition chimique définie et possède une structure interne cristalline.
Le terme organique ne désigne pas simplement les substances d'origine biologique; il décrit plutôt tout composé contenant du carbone, à l'exception des carbonates (qui sont un type de minéral) et des oxydes, tels que le dioxyde de carbone ou le monoxyde de carbone.
Le fait qu'un minéral soit de composition non variable limite les minéraux presque exclusivement aux éléments et composés, c'est-à-dire, soit aux substances qui ne peuvent pas être décomposées chimiquement pour obtenir des substances plus simples, soit aux substances formées par la liaison chimique des éléments. Des alliages naturels ou des mélanges de métaux, considérés comme des minéraux, ne sont présents que dans quelques circonstances très spécifiques.
Les minéraux sont classés en huit groupes de base selon leur composition chimique:
Ceux-ci sont:
je. Éléments natifs
ii. Sulfures
iii. Oxydes et hydroxydes
iv. Halogénures
v. Carbonates, nitrates, borates, iodates
vi. Sulfates, chromates, molybdates, tungstates
vi. Phosphates, arséniates, vanadates
vii. Les silicates
Le premier groupe, les éléments natifs, comprend les éléments métalliques qui apparaissent sous forme pure quelque part sur Terre; certains alliages métalliques, évoqués précédemment; ainsi que des non-métaux, des semi-métaux et des minéraux indigènes, il existe des éléments métalliques et non métalliques. Les éléments natifs, ainsi que les six classes qui les suivent dans cette liste, sont collectivement appelés non-silicats, terme qui souligne l’importance du huitième groupe.
La grande majorité des minéraux, y compris les plus abondants, appartiennent à la classe des silicates, construite autour de l'élément silicium. Tout comme le carbone peut former de longues chaînes d'atomes, en particulier en combinaison avec l'hydrogène (comme nous le verrons plus loin dans le contexte des combustibles fossiles), le silicium forme également de longues chaînes, bien que son «partenaire de choix» soit généralement l'oxygène plutôt que l'hydrogène. . Le silicium, appelé métalloïde en raison de ses caractéristiques à la fois métalliques et non métalliques, forme, avec l’oxygène, la base d’un éventail étonnant de produits, naturels et synthétiques.
Les minéraux peuvent être classés en fonction de leur utilisation dans l'industrie comme suit:
a) Minéraux métalliques: groupe ferreux. Ils comprennent des minéraux comme le fer, la chromite, le manganèse et le nickel.
b) Minéraux métalliques: groupe des non ferreux. Ceux-ci comprennent le cuivre, le plomb, le zinc, le tungstène, l'aluminium, le vanadium et autres.
c) Minéraux non métalliques. Ils sont mica, stéatite, amiante et autres.
d) Minéraux réfractaires. Ils sont utilisés comme résistants à la chaleur dans les fours et les moules. Ils comprennent la chromite, la magnésite, la kyanite, les allumage, la sillimanite et le graphite.
e) Les engrais minéraux tels que le gypse, le phosphate naturel et la pyrite.
f) Les combustibles minéraux tels que le charbon, le pétrole, le gaz naturel et les minéraux nucléaires.
Le développement économique d'un pays est influencé par la disponibilité des minéraux. Les minéraux constituent la base de plusieurs grandes industries. L'agriculture est également influencée par la disponibilité de minéraux sous forme d'engrais.
Hydrocarbures:
Comme indiqué précédemment, la géologie économique met l'accent sur les roches et les minéraux, d'une part, et les combustibles fossiles, de l'autre. Les combustibles fossiles peuvent être définis comme des combustibles (spécifiquement le charbon, le pétrole et le gaz) dérivés de dépôts de matières organiques ayant subi une décomposition et une altération chimique dans des conditions de haute pression.
Par définition, à partir de matières organiques, tous les combustibles fossiles sont à base de carbone, et plus précisément, ils sont construits autour d'hydrocarbures, des composés chimiques dont les molécules ne sont composées que d'atomes de carbone et d'hydrogène.
Théoriquement, il n'y a pas de limite au nombre d'hydrocarbures possibles. Le carbone prend des formes moléculaires apparemment sans limites et l’hydrogène est un partenaire chimique particulièrement polyvalent. Les hydrocarbures peuvent former des chaînes droites, des chaînes ramifiées ou des cycles. Il en résulte une variété de composés qui ne se distinguent pas par les éléments constitutifs ni même (dans certains cas) par le nombre d'atomes différents dans chaque molécule, mais plutôt par la structure. d'une molécule donnée.
Applications réelles de la géologie économique:
Combustibles fossiles:
La matière organique qui s'est décomposée pour créer les hydrocarbures contenus dans les combustibles fossiles provient principalement de dinosaures et de plantes préhistoriques, bien qu'elle puisse tout aussi bien provenir de tout autre organisme mort en très grand nombre il y a très longtemps. Pour former du pétrole, il doit y avoir de très grandes quantités de matières organiques déposées avec les sédiments et enfouies sous davantage de sédiments. Les sédiments et les matières organiques accumulés sont appelés roches mères.
Ce qui se passe après l’accumulation de ce matériau est critique et dépend beaucoup de la nature de la roche mère. Il est important que les matières organiques, par exemple le grand nombre de dinosaures morts d'une extinction massive il y a environ 65 millions d'années, ne soient pas autorisées à pourrir, comme cela se produirait dans un environnement aérobie ou contenant de l'oxygène. Au lieu de cela, la matière organique est transformée en hydrocarbures à la suite d'une activité chimique anaérobie ou d'une activité qui se produit en l'absence d'oxygène.
Les bonnes roches sources pour cette transformation sont du schiste ou du calcaire, à condition que ces roches soient composées de 1% à 5% de carbone organique. Les roches mères doivent être suffisamment profondes pour que la pression réchauffe la matière organique, sans toutefois être si profondes que la pression et la température entraînent un métamorphisme des roches ou leur transformation en graphite ou autres versions de carbone non hydrocarbonées. Des températures allant jusqu'à 150 ° C (302 ° F) sont considérées comme optimales pour la production de pétrole.
Une fois généré, le pétrole passe progressivement de la roche mère à une roche réservoir ou à une roche qui stocke le pétrole dans ses pores. Un bon rocher réservoir est un rocher dans lequel les pores constituent plus de 30% du volume de la roche. Pourtant, le rocher doit être scellé par un autre rocher beaucoup moins poreux; En effet, pour un phoque ou une calotte, comme on l’appelle, une roche pratiquement imperméable est préférée. Ainsi, le meilleur type de roches formant des phoques est celui constitué de sédiments très petits et parfaitement ajustés, par exemple du schiste. Une telle roche est capable de retenir le pétrole pendant des millions d’années jusqu’à ce qu’il soit prêt à être découvert et utilisé.
Les gens connaissaient le pétrole depuis la préhistoire, simplement parce qu'il y avait des endroits sur Terre où il s'écoulait littéralement du sol. L’ère moderne du forage pétrolier a toutefois débuté en 1853, quand un avocat américain, George Bissell (1821-1884), a reconnu qu’elle pouvait être utilisée comme combustible. Il a engagé le "colonel" Edwin Drake (1819-1880) pour superviser le forage d'un puits de pétrole à Titusville, en Pennsylvanie, et en 1859, Drake a trouvé du pétrole. La légende de Wack Gold ', de fortunes à forer en perçant des trous dans le sol, était née.
À la suite du développement et de l’utilisation généralisée du moteur à combustion interne au cours de la dernière partie du XIXe et du début du XXe siècle, l’intérêt pour le pétrole est devenu beaucoup plus intense et des puits ont poussé dans le monde entier. Sumatra, en Indonésie, a produit du pétrole à partir de ses premiers puits en 1885 et, en 1901, le forage a commencé avec succès au Texas - à l'origine de nombreuses fortunes d'une taille comparable à celle du Texas. Une des premières sociétés de la société connue aujourd'hui sous le nom de British Petroleum (BP) a découvert le premier pétrole du Moyen-Orient en Perse (aujourd'hui l'Iran) en 1908. Au cours des 50 prochaines années, son importance et ses perspectives économiques ont considérablement changé.
Avec la vaste expansion de la propriété automobile qui a commencé après la Première Guerre mondiale (1914-1918) et a atteint des sommets encore plus grands après la Seconde Guerre mondiale (1939-1945), la valeur et l’importance du pétrole ont monté en flèche. L'industrie pétrolière a explosé et de nombreux géologues ont donc trouvé un emploi dans un secteur offrant beaucoup plus d'avantages financiers que ne le pouvaient les postes universitaires ou gouvernementaux. Aujourd'hui, les géologues aident leurs employeurs à localiser les réserves de pétrole, ce qui n'est pas une tâche facile, car de nombreuses variables doivent s'aligner pour produire une source de pétrole viable. Étant donné le coût du forage d'un nouveau puits de pétrole, qui peut atteindre 30 millions de dollars ou plus, il est clairement important de faire preuve de jugement pour évaluer les possibilités de trouver du pétrole.
L’industrie pétrolière a été confrontée à des préoccupations environnementales concernant l’impact des forages (dont une grande partie a lieu en mer, sur des plates-formes placées dans l’océan); les risques biologiques associés aux déversements, tels que celui impliquant l'Exxon Valdez en 1989; et les effets sur l'atmosphère du monoxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre produits par les moteurs à combustion interne fonctionnant au pétrole. La dépendance des États-Unis vis-à-vis des sources de pétrole dans les pays étrangers (dont certains sont ouvertement hostiles aux États-Unis) suscite encore plus d'inquiétudes, de même que la diminution possible des ressources.
Au rythme actuel de consommation, on estime que les réserves de pétrole seront épuisées vers 2040 environ, mais cela ne prend en compte que les réserves considérées aujourd'hui comme viables. À mesure que l'exploration se poursuit, davantage de ressources peuvent être utilisées. Cependant, à long terme, il faudra développer de nouveaux moyens d’alimentation en carburant pour le monde industrialisé, car le pétrole est une ressource non renouvelable: il n’en reste qu’une partie souterraine et, une fois éliminé, il ne sera pas remplacé. depuis des millions d'années (voire pas du tout).
Pétrochimie:
Le pétrole lui-même est une matière première à partir de laquelle de nombreux produits, connus sous le nom de produits pétrochimiques ou dérivés du pétrole, sont obtenus. Par un procédé appelé distillation fractionnée, les produits pétrochimiques de la masse moléculaire la plus faible sont éliminés par ébullition, puis ceux ayant la masse la plus élevée se séparent aux températures les plus élevées.
Silicium, silicates et autres composés:
Tout comme le carbone est au centre d'un vaste monde d'hydrocarbures, le silicium est tout aussi important pour les substances inorganiques, allant du sable ou de la silice (Si0 2 ) au silicone (un ensemble extrêmement polyvalent de produits à base de silicium), aux roches connues sous le nom de les silicates.
Les silicates sont à la base de plusieurs types de minéraux bien connus, notamment le grenat, la topaze, le zircon, la kaolinite, le talc, le mica et les deux minéraux les plus abondants sur Terre, le feldspath et le quartz. (Notez que la plupart des termes utilisés ici font référence à un groupe de minéraux et non à un seul.) Composé de composés formés autour du silicium et de l'oxygène et comprenant divers métaux, tels que l'aluminium, le fer, le sodium et le potassium, le compte des silicates pour 30% de tous les minéraux. En tant que tels, ils apparaissent dans tout, des pierres précieuses aux matériaux de construction; pourtant, ils sont loin d’être les seuls produits remarquables centrés sur le silicium.
Silicone et autres composés:
Le silicone n'est pas un minéral; c'est plutôt un produit synthétique souvent utilisé comme substitut des huiles, graisses et caoutchoucs organiques. Au lieu de se lier aux atomes d’oxygène, comme dans un silicate, les atomes de silicium de la silicone s’attachent à des groupes organiques, c’est-à-dire des molécules contenant du carbone. Les huiles de silicone sont fréquemment utilisées à la place du pétrole organique comme lubrifiant car elles peuvent résister à de plus grandes variations de température.
Et comme le corps tolère mieux la pose d'implants en silicone que les implants organiques, les silicones sont également utilisés dans les implants chirurgicaux. Les caoutchoucs de silicone apparaissent dans tous les types de produits, des balles rebondissantes aux véhicules spatiaux. Les silicones sont également présents dans les isolants électriques, les agents antirouille, les assouplissants, les sprays pour cheveux, les crèmes pour les mains, les produits d'entretien pour meubles et automobiles, les peintures, les adhésifs et même les chewing-gums.
Même cette liste n'épuise pas les nombreuses applications du silicium, qui (avec l'oxygène) représente la grande majorité de la masse de la croûte terrestre. En raison de ses qualités semi-métalliques, le silicium est utilisé comme semi-conducteur de l’électricité.
Les puces informatiques sont de minuscules tranches de silicium ultra-pur, gravées avec un demi-million de circuits électroniques microscopiques et étroitement connectés. Ces puces manipulent les tensions à l'aide de codes binaires, pour lesquels 1 signifie «tension activée» et 0, «tension éteinte». Grâce à ces impulsions, les puces en silicium effectuent une multitude de calculs en quelques secondes, des calculs qui prendraient des heures, des mois, voire des années, à l'homme. .
Une forme de silice poreuse appelée gel de silice absorbe la vapeur d'eau de l'air et est souvent emballée à côté de produits sensibles à l'humidité, tels que des composants électroniques, pour les maintenir au sec. La carabine de silicium, un matériau cristallin extrêmement dur fabriqué par fusion de sable et de coke (carbone presque pur) à des températures élevées, a des applications en tant qu’abrasif.
Minerais:
Un minerai est une roche ou un minéral qui possède une valeur économique. Mais une définition plus ciblée inclurait l'adjectif métallifère, car les minéraux de valeur économique qui ne contiennent pas de métaux sont généralement traités comme une catégorie distincte - les minéraux industriels. En effet, on peut dire que les intérêts de la géologie économique sont divisés en trois domaines: les minerais, les minéraux industriels et les combustibles, dont nous avons déjà discuté.
Le mot même de «minerai» semble évoquer l'un des plus anciens métaux connus au monde et probablement le premier matériau travaillé par les métallurgistes préhistoriques: l'or. Même le mot espagnol pour or, oro, suggère une connexion. Lorsque les conquistadors espagnols sont arrivés dans le Nouveau Monde après environ 1500, ils étaient obsédés par l'obsession. On a dit que les envahisseurs espagnols du Mexique avaient trouvé chaque morceau de minerai d'or ou d'argent situé à la surface de la terre. Cependant, les mineurs du XVIe siècle ne disposaient pas des connaissances nécessaires pour aider les géologues actuels à trouver des gisements de minerai qui ne se trouvent pas à la surface.
Localisation et extraction des minerais:
L'approche moderne utilise les connaissances acquises par l'expérience. Comme à l'époque d'Agricola, une grande partie de la richesse d'une société minière consiste en des informations sur les meilleurs moyens de rechercher et d'extraire des matériaux de la terre solide. Certains indicateurs géochimiques et géophysiques de surface aident à guider les géologues et les mineurs à la recherche de minerai. Ainsi, au moment où une entreprise à la recherche de minerai commence à forer, de nombreux travaux exploratoires ont été effectués. Ce n'est qu'alors qu'il est possible de déterminer la valeur des gisements, qui peuvent simplement être des minéraux présentant un faible intérêt économique.
On estime qu'un mile cube (1, 6 km 3 ) de roche moyenne contient environ 1 billion de dollars de métaux, ce qui au premier abord semble prometteur - jusqu'à ce que l'on fasse le calcul. Un billion de dollars, c'est beaucoup d'argent, mais 1 cu. mi. (équivalent à 5 280 x 5 280 x 5 280 pieds, ou 1 609 km 3 ), c'est aussi beaucoup d'espace. Le résultat est que 1 cu. 0, 028 m 3 (pi) ne vaut que 6, 79 $. Mais il s’agit d’un pied cube moyen dans un mile cubique moyen de roche, et aucune société minière n’envisagerait même d’essayer d’extraire des métaux d’un terrain moyen. Au contraire, le minerai viable n'apparaît que dans les régions soumises à des processus géologiques qui concentrent les métaux de telle sorte que leur abondance soit généralement plusieurs centaines de fois supérieure à celle de la Terre dans son ensemble.
Le minerai contient d'autres minéraux, connus sous le nom de gangue, qui n'ont pas de valeur économique, mais qui servent de signe révélateur de la présence de minerai dans cette région. La présence de quartz, par exemple, peut suggérer des dépôts d'or. Le minerai peut apparaître dans les dépôts ignés, métamorphiques ou sédimentaires, ainsi que dans les fluides hydrothermaux. Ces derniers sont des émanations de roches ignées, sous forme de gaz ou d’eau, qui dissolvent les métaux des roches qu’ils traversent et déposent ensuite le minerai à d’autres endroits.
Faire face aux dangers de l'exploitation minière:
L'exploitation minière, un moyen d'extraire non seulement les minerais, mais de nombreux minéraux et combustibles industriels, tels que le charbon, est un travail difficile comportant de nombreux dangers. Il existe des dangers à court terme pour les mineurs, tels que des effondrements, des inondations ou le dégagement de gaz dans les mines, ainsi que des dangers à long terme comprenant des maladies telles que le poumon noir (généralement un risque de charbon). mineurs). Vient ensuite le stress mental et émotionnel induit par le fait de passer huit heures ou plus par jour à l'abri du soleil, dans un environnement claustrophobe.
Et, bien sûr, il y a le stress environnemental créé par l'exploitation minière - non seulement l'impact immédiat de la coupure d'une entaille à la surface de la Terre, qui peut perturber les écosystèmes en surface, mais une multitude de problèmes supplémentaires, tels que l'infiltration de polluants dans le niveau hydrostatique. Les mines abandonnées présentent d'autres dangers, notamment la menace d'affaissement, qui rendent ces lieux dangereux à long terme.
Les normes plus strictes en matière d’environnement et de sécurité au travail, établies aux États-Unis au cours du dernier tiers du XXe siècle, ont modifié la manière dont les activités minières sont exercées, ainsi que la manière dont les mines sont abandonnées une fois les travaux terminés. Par exemple, les sociétés minières ont expérimenté l'utilisation de produits chimiques, voire de bactéries, qui peuvent dissoudre un métal sous terre et lui permettre d'être pompé à la surface sans qu'il soit nécessaire de créer de véritables puits souterrains et tunnels ou d'envoyer des mineurs humains pour les travailler. .
Minéraux industriels et autres produits:
Comme indiqué précédemment, les minéraux industriels sont des ressources minérales non métalliques présentant un intérêt pour la géologie économique. Les exemples incluent l'amiante, terme générique désignant un grand groupe de minéraux hautement résistants à la chaleur et aux flammes; composés de bore, utilisés pour la fabrication de verre, d'émaux et de céramiques résistant à la chaleur; phosphates et sels de potassium, utilisés dans la fabrication des engrais; et le soufre, utilisé dans une gamme de produits allant des réfrigérants aux explosifs, en passant par les purificateurs utilisés dans la production de sucre.
Un seul minéral industriel, le corindon (de la classe des oxydes minéraux), peut avoir de nombreuses utilisations. Extrêmement dur, le corindon sous forme de roche non consolidée, communément appelé émeri, est utilisé depuis les temps anciens comme abrasif. En raison de son point de fusion très élevé, même supérieur à celui du fer, le corindon est également utilisé dans la fabrication de l'alumine; un produit ignifuge utilisé dans les fours et les cheminées. Bien que le corindon pur soit incolore, des traces de certains éléments peuvent donner des couleurs brillantes: le corindon avec des traces de chrome devient alors un rubis rouge, tandis que les traces de fer, de titane et d’autres éléments donnent des variétés de saphir de couleur jaune, verte et violette. ainsi que le bleu familier.
Impact environnemental de la géologie économique:
Il y a quelques décennies, la plupart des géologues étaient engagés dans l'exploration et la mise en valeur de ressources minérales. Cependant, la géologie économique et son application aux problèmes de l’environnement urbain exigent peu à peu les services d’un nombre croissant de géologues. Aujourd'hui, un nombre suffisant de géologues économiques s'intéressent aux problèmes environnementaux (beaucoup ne sont pas liés à l'exploitation minière et s'intéressent à la géochimie et à la pétrologie). Ils souscrivent à l'idée que "les ressources minérales seront toujours nécessaires", mais que "les problèmes environnementaux sont un facteur majeur de la faisabilité de l'exploitation minière".
L’intérêt pour l’environnement est plus grand que jamais et nous sommes préoccupés par les impacts environnementaux de presque tous les aspects de notre vie quotidienne. L'eau, le sol, l'air et l'environnement biologique peuvent tous être modifiés de manière spectaculaire par les activités de sociétés industrielles comme la nôtre, notamment par le biais de mécanismes contrôlés par des processus essentiellement géologiques.
L'élimination des déchets, la contamination des sols par l'industrie, les impacts de l'exploitation minière, la pollution de l'eau et même la qualité de l'air (par la dispersion des particules minérales en suspension dans l'air) sont affectés par les processus et les phénomènes géologiques contrôlés par la composition, la distribution, la structure et le comportement des roches sous-jacentes. . Les problèmes environnementaux quotidiens sont donc plus ou moins influencés par la géologie. Le cours vise à fournir une vue d'ensemble de ces nombreux et divers aspects de la géologie de l'environnement, en fournissant un cadre scientifique pour la compréhension des problèmes environnementaux clés.
Les préoccupations environnementales sont un facteur important pour déterminer si des gisements minéraux seront développés et exploités. La plupart des géologues économiques et des sociétés minières soutiennent les efforts visant à réduire la dégradation de l'environnement due à l'exploitation minière.
Effets environnementaux:
L'exploitation minière, pas moins que l'agriculture, a toujours été essentielle au progrès de l'humanité. En effet, nous utilisons maintenant la plupart des éléments du tableau périodique. Cependant, comme. La surpopulation et la recherche d'un niveau de vie plus élevé engendre une demande accrue de minéraux et de métaux, les effets des activités d'extraction et de forage dans l'environnement naturel se sont accrus et il est devenu de plus en plus évident que les ressources de la Terre ne sont pas inépuisables.
Dans son rapport de 1987, "Notre avenir à tous", la Commission mondiale sur l'environnement et le développement des Nations unies a souligné que le monde fabrique sept fois plus de biens qu'en 1950. La commission a proposé le "développement durable", un mariage de l'économie et l’écologie en tant que seule solution pratique, c’est-à-dire une croissance sans dommage pour l’environnement.
La plupart des mines ont une usine de traitement des minéraux sur place et de nombreuses mines de métaux ont une fonderie à proximité. Pour une évaluation générale de l'impact environnemental du développement de nouvelles activités minières, nous devons prendre en compte les effets des trois. Le terme exploitation minière est utilisé ici pour inclure toutes les activités d'extraction, par exemple l'exploitation de carrières. Les principaux domaines de préoccupation sont traités ci-dessous.
Dommages à la terre:
On a estimé que l'utilisation mondiale cumulée des terres à des fins minières entre 1976 et 2000 serait d'environ 37 000 km 2, soit environ 0, 2% de la surface du sol. Les pays plus développés ont une plus grande proportion de sol perturbé que les moins développés. Le degré de récupération de ce sol s'accélère maintenant rapidement et il est fait bon usage des anciens trous pour l'élimination des vieux déchets miniers, domestiques et autres.
D'autres zones minées ont été transformées en réserves naturelles et parcs de loisirs. Les futures mines pourraient être moins susceptibles de créer des sites d'élimination des déchets, car la plupart d'entre elles sont maintenant remblayées. Il s'agit d'une opération très nécessaire, car chaque année, environ 27 000 Mt de minéraux non combustibles et de morts-terrains sont extraits de la croûte terrestre.
Rejet de substances toxiques:
Les métaux sont non seulement importants pour l'utilisation que nous en faisons, mais ils font également partie intégrante de notre composition et de celle des autres organismes vivants. Cependant, si certains éléments métalliques sont des composants essentiels des organismes vivants, des carences ou des excès de ceux-ci peuvent être très dommageables pour la vie. Des excès dans l’environnement naturel peuvent survenir lorsqu’il est pénétré dans les eaux de mine qui peuvent provenir de la mine elle-même ou de tas de déchets.
Certains métaux, comme le cadmium, le mercure et les métalloïdes, comme l’antimoine et l’arsenic, qui sont très communs en petites quantités dans de nombreux minerais de sulfures polymétalliques et sont en fait souvent récupérés sous forme de sous-produits, sont hautement toxiques, même en petites quantités, en particulier sous forme soluble. qui peut être absorbé par les organismes vivants.
Il en va de même pour le plomb, mais heureusement, il est assez peu réactif s'il n'est pas ingéré et heureusement, la plupart des minéraux de plomb qui se forment dans la nature sont très insolubles dans les eaux souterraines. Le cyanure est utilisé depuis longtemps pour l'extraction de l'or dans les usines de traitement des minéraux et dans le plus grand gisement aurifère au monde, le bassin de Witwaterstrand, aux États-Unis. La cyanuration des eaux de surface par le cobalt, le manganèse, le plomb et le zinc est importante. oxydation par les eaux de mine acides. Le cyanure lui-même n'est pas un problème car il se décompose sous l'influence de la lumière ultraviolette dans les couches proches de la surface. Néanmoins, dans les pays développés, la législation exige désormais la mise en place d’usines de neutralisation du cyanure dans toutes les entreprises industrielles utilisant ce produit chimique.
Drainage minier acide:
Les eaux acides générées par l'exploitation minière actuelle ou passée entraînent l'oxydation, en présence d'air, d'eau et de bactéries, de minéraux sulfurés, en particulier de pyrite. Ils peuvent donc se développer aussi bien dans les mines de charbon que dans les champs de minerai. Des acides sulfuriques et des oxydes de fer sont générés. L'acide attaque d'autres minéraux, produisant des solutions susceptibles de transporter des éléments toxiques, tels que le cadmium et l'arsenic, dans l'environnement local. Une génération d'eau acide peut se produire lors des phases d'exploration, d'exploitation et de fermeture d'une mine. Ces eaux peuvent provenir de trois sources principales: le système d'assèchement de la mine; installations d'élimination des résidus; et des tas d'eau.
Les rejets ne peuvent avoir que des effets mineurs, tels qu'une décoloration locale des sols et des cours d'eau contenant des oxydes de fer précipités, ou une pollution aérienne importante de l'ensemble du réseau hydrographique et des terres agricoles. Dans certains champs miniers, le problème est encore pire après la fermeture des mines. Cela est dû au rebond de la nappe phréatique qui survient après le retrait du matériel de pompage et qui est devenu un problème urgent dans les bassins houillers britanniques, qui étaient et sont toujours des mines souterraines utilisant des charbons à haute teneur en soufre, alors que les fermetures de mines se sont accélérées au cours de la dernière décennie.
Minéraux industriels L’exploitation des minéraux industriels a les mêmes conséquences environnementales sur les perturbations des sols et des eaux souterraines que l’extraction métallifère ou charbonnière, bien que l’impact soit généralement moins marqué, car les mines sont généralement plus petites et moins profondes et produisent normalement moins de déchets, dans la plupart des cas. les teneurs en minerai sont plus élevées que dans les mines de métaux.
Les risques de pollution dus aux métaux lourds ou aux eaux acides sont faibles ou inexistants et la pollution atmosphérique, causée par la combustion du charbon ou la fusion de minerais métalliques, est beaucoup moins grave ou inexistante. Les excavations créées par les exploitations de minéraux industriels sont souvent proches des agglomérations, auquel cas ces trous dans le sol peuvent être d'une grande valeur en tant que sites d'enfouissement pour les déchets urbains.
Mesures légales:
Il est indispensable de mettre en place des moyens juridiques pour appliquer des mesures antipollution, même s’il convient de souligner que de nombreuses sociétés minières internationales adhèrent désormais à l’autorégulation la plus stricte, même dans les pays où cette législation est mineure ou inexistante.
Déclarations d'impact sur l'environnement:
Dans de nombreux pays, il est désormais obligatoire pour une entreprise proposant de demander un permis de construire de démarrer une exploitation minière de préparer une telle déclaration. Cela couvre tous les aspects, des effets sur la végétation, le climat, la qualité de l'air, le bruit, les eaux souterraines et de surface aux méthodes de restauration des sols proposées à la fin de l'opération. Dans certains pays, un cautionnement doit être déposé pour garantir la remise en état.
Ces déclarations doivent inclure des enregistrements de l'état de l'environnement dans la zone minière potentielle lors de la demande de l'autorisation de planification. Les entreprises collectent désormais ces données au cours de la phase d'exploration, notamment des descriptions de surface, des photographies, des analyses géochimiques montrant les niveaux de fond de métaux et d'acidité, ainsi que des détails sur la faune et la flore.
Du point de vue des autorités de planification et de régulation, ces rapports représentent le moyen le plus efficace de minimiser les effets néfastes dès le départ, mais ils peuvent également être très utiles au développeur, car (i) ils contribueront à obtenir l'autorisation de planification dans les plus brefs délais. possible, et (ii) ils révèlent souvent des aspects de l’opération nécessitant une attention immédiate et évitent ainsi des modifications coûteuses à l’avenir.
Bugs et exploitation minière in situ:
De nombreux gisements de sulfures, c’est-à-dire des gisements de porphyre, sont recouverts de minerais oxydés. On peut extraire ces minerais, si nécessaire, en les fracturant par soufflage puis en pompant des solutions acides à travers la roche afin de dissoudre des métaux tels que le cuivre et l'uranium. Les solutions contenant des métaux sont pompées à la surface et les métaux sont récupérés. Des gisements de très faible teneur, de petite taille et économiquement non viables peuvent être exploités et le procédé peut être utilisé à des profondeurs considérables.
Perspective:
Des mesures telles que le recyclage et la substitution et la technologie des nouveaux matériaux contribueront à réduire l’impact de l’exploitation minière sur l’environnement, mais dans l’immédiat, nous devons rechercher un sens accru des responsabilités de la part de tous les acteurs du secteur., qu'ils soient développeurs ou régulateurs.
Cela laisse entrevoir de nombreux signes encourageants: par exemple, en 1992, 19 grandes sociétés minières des cinq continents se sont unies pour former le conseil international sur les métaux et l'environnement, qui a pour mission de promouvoir le développement, la mise en œuvre et l'harmonisation des politiques et pratiques environnementales et sanitaires garantissant la sécurité de la production, de l'utilisation, du recyclage et de l'élimination des métaux.
