Géologie

Introduction

Figure 1. L’aluminium est fabriqué à partir des minéraux aluminifères de la bauxite.

Certains minéraux sont très utiles. Un minerai est une roche qui contient des minéraux avec des éléments utiles. L’aluminium contenu dans le minerai de bauxite (figure 1) est extrait du sol et raffiné pour être utilisé dans les feuilles d’aluminium et de nombreux autres produits. Le coût de la création d’un produit à partir d’un minerai dépend de l’abondance du minerai et du coût des processus d’extraction et de raffinage. Les dommages causés à l’environnement par ces processus ne sont souvent pas pris en compte dans le coût du produit. Il est important d’utiliser les ressources minérales avec sagesse.

Trouver et exploiter les minéraux

Les processus géologiques créent et concentrent les minéraux qui sont des ressources naturelles précieuses. Les géologues étudient les formations géologiques, puis testent les propriétés physiques et chimiques du sol et des roches pour localiser les minerais possibles et déterminer leur taille et leur concentration.

Un gisement minéral ne sera exploité que s’il est rentable. Une concentration de minéraux n’est appelée gisement minéral que si son exploitation est rentable. Il existe plusieurs façons d’exploiter les minerais.

L’exploitation minière de surface

L’exploitation minière de surface permet d’extraire les minerais qui sont proches de la surface de la Terre. La roche sus-jacente est dynamitée et la roche qui contient les minéraux précieux est placée dans un camion et transportée vers une raffinerie. Comme l’illustre la figure 2, l’exploitation minière à ciel ouvert comprend l’exploitation à ciel ouvert et l’extraction au sommet des montagnes. Les autres méthodes d’exploitation minière à ciel ouvert sont l’exploitation par bandes, l’exploitation des placers et le dragage. L’exploitation minière par bandes ressemble à l’exploitation minière à ciel ouvert, mais avec des matériaux retirés le long d’une bande.

Figure 2. Ces différentes formes d’exploitation minière à ciel ouvert sont des méthodes d’extraction des minerais à proximité de la surface de la Terre.

Les placers sont des minéraux précieux que l’on trouve dans les graviers des cours d’eau. Le surnom de la Californie, l’État d’or, remonte à la découverte de dépôts d’or placériens en 1848. L’or s’est détaché de la roche métamorphique dure de la Sierra Nevada occidentale, qui contient également des gisements de cuivre, de plomb, de zinc, d’argent, de chromite et d’autres minéraux précieux. L’or s’est déplacé le long des rivières, puis s’est déposé dans des dépôts de gravier. Actuellement, la Californie possède des mines actives d’or et d’argent et de minéraux non métalliques tels que le sable et le gravier, qui sont utilisés pour la construction.

L’exploitation minière souterraine

L’exploitation minière souterraine est utilisée pour récupérer les minerais qui se trouvent plus profondément dans la surface de la Terre. Les mineurs font sauter et creusent des tunnels dans la roche pour avoir accès aux minerais. La façon dont l’exploitation souterraine est abordée – par le haut, le bas ou les côtés – dépend de l’emplacement du gisement de minerai, de sa profondeur, de la concentration du minerai et de la résistance de la roche environnante.

L’exploitation souterraine est très coûteuse et dangereuse. Il faut aussi amener de l’air frais et des lumières dans les tunnels pour les mineurs, et les accidents sont beaucoup trop fréquents.

Extraction du minerai

Figure 3. Le musée de Young à San Francisco est recouvert de panneaux de cuivre. Le cuivre est exploité et extrait des minerais de cuivre.

Le voyage du minerai pour devenir un matériau utilisable ne fait que commencer lorsque le minerai sort de la mine (figure 3). Les roches sont concassées afin que les minéraux précieux puissent être séparés des déchets rocheux. Ensuite, les minéraux sont séparés du minerai. Voici quelques méthodes d’extraction du minerai :

• lixiviation en tas : l’ajout de produits chimiques, comme le cyanure ou l’acide, pour éliminer le minerai.
• flotation : l’ajout d’un composé qui se fixe au minéral précieux et flotte.
• fusion : grillage de la roche, provoquant sa ségrégation en couches afin que le minéral puisse être extrait.

Pour extraire le métal du minerai, la roche est fondue à une température supérieure à 900°C, ce qui nécessite beaucoup d’énergie. L’extraction du métal de la roche est si énergivore que si vous recyclez seulement 40 canettes en aluminium, vous économiserez l’équivalent énergétique d’un gallon d’essence.

L’exploitation minière et l’environnement

Figure 4. Drainage acide d’une mine de charbon à ciel ouvert dans le Missouri.

Bien que l’exploitation minière fournisse aux gens de nombreuses ressources nécessaires, les coûts environnementaux peuvent être élevés. L’exploitation à ciel ouvert débarrasse le paysage des arbres et du sol, et les cours d’eau et les lacs voisins sont inondés de sédiments. Les polluants provenant de la roche exploitée, tels que les métaux lourds, pénètrent dans les sédiments et dans le réseau hydrographique. Des acides s’écoulent de certains sites miniers, modifiant la composition des cours d’eau avoisinants (figure 4).

La loi américaine a évolué de sorte que, ces dernières décennies, une région minière doit être restaurée à son état naturel, un processus appelé remise en état. Cela n’est pas vrai pour les mines plus anciennes. Les puits peuvent être remblayés ou remodelés et la végétation plantée. On peut laisser les puits se remplir d’eau et devenir des lacs ou les transformer en décharges. Les mines souterraines peuvent être scellées ou laissées ouvertes pour abriter des chauves-souris.

Minéraux précieux

Figure 5. Les pierres précieuses existent en plusieurs couleurs.

Certains minéraux sont précieux parce qu’ils sont beaux. Le jade est utilisé depuis des milliers d’années en Chine. Les diamants étincellent sur de nombreuses bagues de fiançailles. Les minéraux comme le jade, la turquoise, les diamants et les émeraudes sont des pierres précieuses. Une pierre précieuse, ou gemme, est une matière qui est taillée et polie pour la bijouterie. De nombreuses pierres précieuses, y compris celles de la figure 5, sont des minéraux.

Les pierres précieuses sont généralement rares et ne se cassent pas ou ne se rayent pas facilement. La plupart sont taillées le long des faces de clivage, puis polies de façon à ce que la lumière rebondisse sur les plans de clivage (figure 6). La lumière ne traverse pas les pierres précieuses qui sont opaques, comme la turquoise.

Figure 6. Rubis non taillé (à gauche) et taillé (à droite). Le rubis taillé et poli étincelle.

Les pierres précieuses ne sont pas seulement utilisées en bijouterie. Les diamants sont utilisés pour couper et polir d’autres matériaux, comme le verre et les métaux, car ils sont très durs. Le corindon minéral, dont le rubis et le saphir sont des variétés, est utilisé dans des produits tels que le papier de verre.

Les minéraux sont utilisés dans des endroits beaucoup moins évidents. Le gypse minéral est utilisé pour les plaques de plâtre dans les maisons. Le verre à vitre est fabriqué à partir de sable, qui est principalement du quartz. L’halite est exploitée pour le sel gemme. Le cuivre est utilisé dans les câblages électriques et la bauxite est la source de l’aluminium utilisé dans les canettes de soda.

Résumé de la leçon

• Les géologues utilisent de nombreuses méthodes pour trouver des gisements de minéraux qui seront rentables à exploiter.
• Les gisements de minerai peuvent être exploités par des méthodes d’exploitation à ciel ouvert ou souterraines.
• L’exploitation minière fournit des ressources importantes mais a des coûts environnementaux.
• Selon la loi américaine, les terres actuellement exploitées doivent subir une remise en état. Ce n’est pas vrai pour les anciennes mines.
• Les minerais métalliques doivent être fondus pour fabriquer des métaux.
• De nombreuses pierres précieuses sont taillées et polies pour augmenter leur beauté.
• Les minéraux sont utilisés de diverses manières.

Questions de réflexion

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