Recherche expérimentale pour les ressources stratégiques

Bienvenue sur le wiki : Les métaux stratégiques - Les ressources du XXIème siècle

Espace dédié à un travail pédagogique Ce wiki a été crée par Quentin Lespagnol et Alix Marchal dans le cadre d'un stage de communication scientifique affilié au projet Ressources21. Ce sont des étudiants en deuxième année à l'Ecole Nationale Supérieure de Géologie à Nancy . Ce document est actuellement en cours de réalisation et des modifications tant sur le fond que la forme vont y être apportées.

Le secteur des matières premières est un sujet récurrent d'intérêt en raison de la très forte demande des économies chinoises et indiennes ou dans la perspective programmée d'une raréfaction des matières énergétiques. Les travaux de la commission européenne, évoqués dans le contexte économique, politique et social lié aux métaux stratégiques, montre qu'un arrêt des approvisionnements est possible. Pour trouver de nouveaux gisements, il est nécessaire de savoir quels sont les mécanismes de concentration des minéraux, et quelles sont leurs interactions avec l'environnement au sens large. Les réponses à ces questions sont au cœur des missions confiées à la recherche expérimentale pour les ressources stratégiques.

Les thématiques de recherche :

Il existe trois types de sources pour les métaux stratégiques représenté dans le schéma ci-contre. Dans le cadre de cet article, nous n'étudirons pas la substitution. C'est à dire les recherches effectuées pour essayer de se passer de ses métaux dans certains secteurs de l'industrie.

Pour améliorer l'accès aux ressources et pour extraire dans le respect de l'environnement, la recherche est fondamentale à chaque étape du cycle de vie des métaux stratégiques.

• La recherche pour l'exploration :

Avant de partir sur le terrain pour rechercher les gisements potentiels d'un métal, il faut savoir quels autres éléments sont susceptibles d'y être associés, comment ces gisements ont pu se former, ou encore quelles sont leurs relations avec la géographie environnante (sera-t-il difficile de le trouver, de l'extraire ?). C'est pourquoi des chercheurs ont pour tâche de d'étudier tous ces phénomènes potentiels afin de réduire les zones de prospection et d'éviter de se lancer dans un projet qui serait irréalisable dès sa première étape. Les ingénieurs essaient de trouver les outils les plus efficaces pour sonder le sol, de manière non intrusive si possible. voir l'article sur la prospection de surface Une fois qu'on soupçonne la présence d'un minerai, il faut modéliser en 3 dimensions le sol pour savoir où extraire le plus facilement possible.

• La recherche pour l'exploitation :

Dans le cadre de l'extraction des ressources, la recherche travaille actuellement sur les impacts environnementaux. C'est-à-dire sur les moyens d'extraire la roche en modifiant le moins possible l'environnement, et les écosystèmes existants. Dans ce cadre, des capteurs biologiques sont à l'étude.

• La recherche pour la séparation et le traitement :

Une fois, la ressource extraite du sol, il faut réussir à séparer les différents constituants pour récupérer à forte concentration le produit voulu. Sont à l'étude les procédés de séparation, les procédés de minérallurgie, de métallurgie.

• La recherche pour le recyclage :

Aujourd'hui, on sait séparer les minéraux de la roche, mais on ne sait pas forcément les récupérer d'un objet fini. C'est comme lorsqu'on fait du pain : on utilise de la matière première brute, les oeufs, la farine, l'eau, le sel ; mais une fois mélangée il est impossible de récupérer un oeuf, ou de l'eau ou de la farine qui soient réutilisable.

Pour illustrer ce fond théorique de recherche, voici un exemple: le projet Ressources21.

La recherche dans le cadre du projet Ressources21

Présentation générale du projet

Le projet Ressources21 porte sur les ressources stratégiques en métaux pour l’énergie et les produits de haute technologie et concerne l’approvisionnement de la France et de l’Europe.

La stratégie scientifique est de métisser les savoir-faire en géosciences et en environnement pour révéler le cycle naturel et anthropique (lié à l'homme) des métaux, ainsi que stimuler l’innovation pour le développement et la maîtrise des gisements du futur en métaux stratégiques. Les enjeux sont résumés dans le tableau ci-contre :

Le but est de produire la meilleure science possible et innover dans le domaine des cycles des métaux qu’ils soient naturels ou anthropiques (cycle de vie Schéma lien vers l’exploitation) et contribuer au rayonnement des équipes lorraines et donc françaises dans ce domaine, et devenir un pôle de référence dans le domaine des « raw materials » (matières premières).

Les objectifs scientifiques :

• Les cycles des métaux stratégiques.
• La valorisation innovante et éco-responsable des minerais.
• La prévision et le suivi du comportement des éléments métalliques dans l’environnement.

Axes de recherches

L'ensemble des travaux de Ressources 21 :

Dans le projet Ressources 21, différentes thématiques sont abordées :

• La genèse des concentrations minérales : dans quel contexte physico-chimique s'accumulent les minéraux dans l'écorce terrestre?
• Le traitement des minerais : quels procédés utiliser pour optimiser la transformation du minerai en produit fini ?
• L’impact environnemental :
• Les frontières analytiques : nouvelles approches de traçage des fluides et des métaux et de géochronologie :
• Modéliser la géométrie :
• Le transport et le processus physico-chimiques en 3D aux échelles régionales :
• Les capteurs biogéochimiques :
• Avancées scientifiques

La genèse des concentrations minérales

Pour découvrir de nouvelles ressources minérales, il est important de savoir comment se forment les gisements, c'est à dire de comprendre par quel phénomène un minéral se concentre dans l'écorce terrestre. Il s'agit d'étudier la genèse des concentrations minérales. Le but des travaux est de comprendre le cycle des métaux et les facteurs régulant leur concentration que ce soit en trace dans les minéraux majeurs ou leur répartition à l'échelle d'un gisement. La compréhension des cycles de vie des métaux est primordiale pour fournir les données de base pour découvrir de nouvelles ressources.

Les métaux qui ont été étudié par Ressource21 sont les métaux de la transition énergétique (métaux permettant de produire les outils des énergies renouvelables) :

• Les métaux de la filière photovoltaïque (Ga, Ge, In)
• Les métaux rares (Nb,Ta) associés au magmatisme peralumineux (Sn, W, Li)
• Les concentrations en métaux des roches basiques latéritiques (Ni, Co, Sc)
• Les terres rares (magmas carbonatitiques) et leur comportement comme marqueur des processus minéralisateurs.

La recherche en France et dans le monde

La recherche en France pour les ressources premières est effectuée par le BRGM principalement bien qu'il fasse appelle à de nombreux laboratoires pour des demandes spécifiques.

Il n'existe aujourd'hui par de projet de recherches communs en Europe ou dans le monde. Cependant, la recherche effectuée dans le secteur public est publiée et consultable librement sur internet. A ce jour, il n'existe pas de politique commune en Europe ou dans le monde concernant les matières premières et leurs accès mise à part la mise en commun des données et avancées scientifiques et la mise en place d'une base de données mondiales.

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