III-4. Quelles sont les tendances des développements technologiques pour l’exploitation des ressources minières sous-marines, adaptées à la Polynésie française ?
p. 425-435
Texte intégral
1. Que sait-on de l’exploitation des encroûtements cobaltifères ?
1Les analyses du premier chapitre de ce rapport nous ont montré que les encroûtements cobaltifères présentent un intérêt en tant que ressources minières sous-marines potentiellse en Polynésie Française. Pour ce type de ressources, un effort important d’exploration devra encore être conduit en Polynésie, comme dans d’autres régions du monde où quelques intérêts se sont manifestés : à ce jour, seulement trois permis d’exploration d’encroûtements cobaltifères ont été attribués par l’ISA (tous dans l’Océan Pacifique, pour la Russie, le Japon et la chine). Une demande du Brésil dans l’Atlantique sud est en cours d’évaluation. Il ne s’agit bien évidemment que de projets d’exploration.
2Toutes les publications sur l’environnement physique et les caractéristiques des encroûtements cobaltifères se limitent actuellement à des publications académiques à caractère exploratoire. Pour ce qui concerne l’exploitation, il y a un grand écart entre une vague idée de celle-ci et la notion de réserves. A ce stade de démarrage de l’exploration, il est évident qu’il y a peu, voire pas, d’activité spécifiquement liée à l’exploitation des encroûtements, même si sur plan technique on peut tenir compte de possibles similarités des methodes d’exploitation et de traitement métallurgique envisageables avec celles des nodules polymétalliques. Alors que de nombreuses questions sur la nature même de la ressource subsistent pour ce qui concerne leur exploitabilité :
- morphologie fond de mer, notamment à une micro échelle ;
- variation d’épaisseur et teneur en métaux des croûtes ;
- extension latérale et continuité des zones à encroûtements ;
- conception d’un système de ramassage ;
- contrôle du système de ramassage ;
- propriétés géotechniques de la croûte ;
- contrôle en continu de l’épaisseur de la croûte lors du rammassage ;
- évaluation du risque de dilution du minerai lors du ramassage ;
- …
3On dispose de peu d’informations existantes ou disponibles sur la stratégie des industriels. Alors que les premiers développements technologiques relatifs à une possible exploitation des ressources minérales sous-marines (amas sulfurés ou nodules) étaient effectués de manière indépendante et dans la plus grande discrétion par chacun des consortia impliqués (sauf pour le cas des amas sulfurés de Solwara/ Sté Nautilus), les développements récents proposés combinent généralement les acquis des compagnies de service de l'offshore pétrolier et gazier profond au savoir-faire des constructeurs de machines-outils de l'industrie minière.
4Les recherches et développements en cours pour l’exploitation des nodules et des amas sulfurés seront en partie adaptables aux encroûtements (liaison fond/surface, remontée du minerai broyé, robotique …). Si la récupération des nodules est relativement aisée puisqu’ils reposent sur un substrat de sédiments meubles, il n’en va pas de même pour les encroûtements qui peuvent être plus ou moins solidement rattachés au substrat (cependant plus facile à « décoller » dans le cas de substrat carbonaté, ce qui est le cas au Tuamotu). Pour une exploitation réussie, il est indispensable de récupérer les croûtes sans enlever le substrat, ce qui pourrait diluer considérablement la teneur en minerai (sauf si un intérêt pour exploiter des phosporites sous-jacentes étaient prouvé, lorsqu’elles existent, ce qui peut être le cas avec un substratum carbonaté). Mais il semble cependant qu’on pourrait s’inspirer du système de ramassage (« crawlers et cutters » voir axe V) utilisé pour l’exploitation des diamants piégés dans les granulats consolidés (par la Sté De Beers Marine).
5Il n’y a pas de cas connu de projet de recherche orienté spécifiquement sur l’exploitation des encroûtements cobaltifères (hors exploration). Le système de ramassage reste donc à concevoir, dans ces conditions aucun test ou projet pilote (à l’image de Solwara pour les amas sulfurés) n’a été lancé pour l’exploitation des encroûtements. Le cas particulier de la Polynésie Française où se trouvent les encroûtements cobaltifères parmi les plus riches connus à ce jour pourrait être le premier projet minier pilote pour les encroûtements.
2. La chaine de production
6A partir de l’expérience des systèmes d’exploitations miniers terrestres et en l’absence d’exemple marin, hormis le concept élaboré pour les amas sufurés de Solwara, une chaine de production peut être imaginée à partir de différentes publications prospectives (Delamarche M., 2015, Dyment J. et al., 2014, , Ecorys, 2014, Rademaekers K, et al., 2015, http://wwz.ifremer.fr/drogm/Ressources-minerales/Encroutements-cobaltiferes)
7Au départ les matériaux doivent être extraits, collectés, manipulés et idéalement prétraités sur le fond (séparation, broyage et concentration) afin de les stocker sur le fond avant qu’une pompe puisse les propulser dans le riser (conduite utilisée pour relier le fond de la mer avec la plateforme ou le navire). Différentes opérations de surface débutent sur une struture type navire minier, reliée au fond de mer par le riser et chargée d’alimenter en énergie les engins fond de mer. Enfin une plateforme permettra le stockage des matériaux récoltés et une une première transformation du minerai pourrait éventuellement y être réalisée. Cette structure servirait aussi de port pour les vracquier et navires support ; elle devrait être doté de moyens capable de fournir l’énergie nécessaire (centrale éléctrique, pouvant être alimentée par énergie solaire et/ou éolienne). Le vrai traitement metallurgique commence alors pour extraire les métaux, à terre ou partiellement en mer (voir contribution III-5)
8La Figure 1 représente de manière futuriste et simplifiée les différents modules et opérations constitutifs d’une possible « mine sous-marine ».
3. Le traitement métallurgique
9Là encore, le sujet n’est pas mature pour ce qui concerne les encroûtements cobaltifères, mais plusieurs publications faisant l’état d’avancement des réflexions en la matière abordent cette question en soulignant le besoin de recherche pour choisir un procédé (Ecorys, 2014, Rademaekers K, et al. (2025).
10Source des informations :
11http://wwz.ifremer.fr/drogm/Ressources-minerales/Nodules-polymetalliques/Traitement-metallurgique
12http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/donnees/metaux/co/texco.htm
3. 1. Les procédés utilisés (à terre)
13Le cobalt est principalement un co-produit de l'extraction d’autres minerais (cuivre, nickel, et parfois métaux précieux). La seule mine exploitant exclusivement un minerai de cobalt, de la smaltite (CoAs2), est celle de Bou Azzer au Maroc (faible production) qui traite le minerai par hydrométallurgie http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/donnees/metaux/co/texco.htm
14Les types de traitements utilisables pour le minerai de cobalt semblent se réduire à deux types : traitement hydrométallurgique (lixiviation sulfurique) et traitement pyrométallurgique (fusion). Ces deux procédés font appel à des techniques et des équipements déjà connus par leur fiabilité dans le traitement de minerais existants. Chacun de ces procédés comporte trois phases :
- la concentration permettant d'extraire et de séparer les divers métaux sous forme de concentrés ;
- le raffinage des concentrés et ;
- la fabrication d'alliages ferro-manganésifères.
15Même si l’absence de référence à un traitement d’un minerai comparable à celui des encroûtements rend l’approche délicate, le projet nodules (AFERNOD) avait examiné les différents procédés métallurgiques pour le traitement des nodules, riches en manganèse, ce qui nous permet de tenter une analogie. Le tableau ci-dessous résume le rendement des procédés pyrométallurgique et hydrométallurgique estimés pour l’exploitation des nodules polymétalliques
16http://wwz.ifremer.fr/drogm/Ressources-minerales/Nodules-polymetalliques/Traitement-metallurgique
Hydrométallurgie | Pyrométallurgie | |
Manganèse | 85 % (382 500 t/an) | 87 % (391 000 t/an) |
Nickel | 96 % (19 730 t/an) | 95 % (19 520 t/an) |
Cuivre | 95 %(17 810 t/an) | 86 % (16 125t/an) |
Cobalt | 94 % (3525 t/an) | 83 % (3110 t/an) |
17Il est difficile de départager ces deux procédés présentant un taux de récupération moyen des métaux de 90 %. On notera cependant une préférence actuelle pour l'hydrométallurgie.
3.2. Procédés utilisables pour l’extraction du cobalt
18L’hydrométallurgie est un procédé métallurgique par lequel des métaux sont extraits d'un minerai, au moyen de réactifs chimiques, dans un milieu à haute température et sous pression, puis séparés pour produire un concentré ou un produit intermédiaire
19http://indices.usinenouvelle.com/metaux-non-ferreux/un-traitement-metallurgique-plus-rentable-du-minerai-pauvre.2901
20L'hydrométallurgie a été utilisée durant un siècle pour le zinc, le cuivre et l'aluminium. Mais ce n'est que dans les années 1950 qu'un procédé hydro-métallurgique à l'acide a été développé pour traiter des minerais latéritiques de nickel. La première usine a été celle de MoaBay à Cuba. Des projets ont ensuite été menés en Australie, à la fin des années 1990 en particulier à Murin Murin. Ces projets ont connu de nombreux déboires qui ont servi à améliorer le procédé.
21Par exemple le procédé hydro-métallurgique utilisé à l’usine de Goro (exploitation de Nickel par Vale Nouvelle-Calédonie) destiné à traiter les limonites et les saprolites à basse teneur. Ce procédé permet l’extraction des métaux du minerai au moyen de réactifs chimiques, dans un milieu à haute température et sous haute pression, puis leur séparation pour produire de l’oxyde de nickel et du carbonate de cobalt (http://www.vale.nc/?page_id=18?&lang=pt)
22Autre référence, l’exploitation du Nickel en Nouvelle Calédonie par Eramet
23 http://www.chimie-sup.fr/NICKEL.htm#_Toc102718428
24 http://www.eramet.com/nos-activites/extraire-valoriser/le-nickel/notre-activite
25Le processus d’élaboration du nickel de haute pureté n’est qu’une étape d’une longue chaîne de travail qui commence par l’extraction des minerais puis par la formation des ferronickels et de la matte à 75 % de Ni dans l’usine de Doniambo en Nouvelle Calédonie par un procédé pyrotechnique. Cette matte est transportée en France puis traitée à Sandouville par hydrométallurgie. Une solution de chlorure de cobalt pur et une solution de nickel ne contenant plus de cobalt sont ainsi obtenues.
26En conclusion, il est important de lancer un projet de recherche sur le(s) procédé(s) de traitement métallurgique des encroutements sous-marins en tant que minerai de Cobalt mais en examinant aussi la possibilité de tirer partie de sa nature polymétallique (co-valorisation du manganèse, nickel, platine, titane ?, phosphates ?). Cette étude sera fondée sur des prélèvements en assez grande quantité à réaliser sur différents sites et de contextes variés (épaisseur moyenne et variabilité de l'épaisseur, idem teneur en métaux, influence de la nature du substratum présence de phosphorites ...) et sur des analyses et des premiers tests en laboratoire.
3.3. La gestion des déchets
27Toute future étude d’impact d’un projet d’exploitation des encroûtements devra, entre autres, tenir compte de la présence d’éléments écotoxiques dans les encroûtements cobaltifères . Une solution devra être développée pour gérer ces boues très fines (« tallings »), en particulier mais pas uniquement, si le traitement a lieu en mer. En effet, des teneurs élevées en arsenic, plomb, thallium ont été décelées dans les échantillons de la campagne Polydrag (Martel-Jantin et al., 2001). Ce sont trois métaux écotoxiques qui pourraient poser des problèmes de gestion des déchets de traitement du minerai.
4. Tentative de dimensionnement d’une exploitation des encroûtements cobaltifères
28Beaucoup de paramètres manquent et nécessitent de partir de nombreuses hypothèses pour la microtopographie / rugosité du fond, l’épaisseur des encroûtements, leur densité, la cohésion des encroûtements avec leur substrat, la nature du substrat et la continuité des dépôts. Il n’existe pas de ressources minérales marines exploitées sauf le diamant offshore dont l’exploitation ne se pratique jusqu’ici que par des profondeurs inférieures à 120 mètres. Le diamant offshore ne peut en conséquence servir de référence pour des encroûtements situés par plus de 1000 mètres de profondeur, même si on peut s’inspirer des technologies de l’engin de fond comme signalé plus haut.
Ordre de grandeur d’une exploitation d’encroûtements
29Pour une production annuelle (hypothèses haute) de 10 000 t de Co (10 % de la production mondiale), une superficie de plusieurs centaines de km2 de sites seraient nécessaires pour une exploitation devant durer une vingtaine d'années. Ce qui paraît réaliste si l’on estime que plusieurs zones d’environ 100 km2 doivent pouvoir être identifiées et évaluées lors de l'exploration.
30Ces chiffres n’ont qu’une valeur indicative, compte tenu du manque d’informations disponibles et de l’incertitude sur de nombreux paramètres, comme par exemple l’épaisseur moyenne des croûtes (5 cm en première approximation). Ils ne pourront être précisés qu’après vérification et validation lors des phases d'évaluation des ressources.
5. Développement technologique pour un nouveau procédé de ramassage
31Le système de ramassage reste un point dur. Pour tout développement d’un procédé industriel, le passage du travail en laboratoire à l’échelle industrielle nécessite une extrapolation. C’est dans le cadre des expérimentations en unité pilote que les problèmes d’extrapolation devront être abordés, c’est ce que nous disent mes industriels rencontrés.
32On appelle « unité-pilote » ou plus simplement « pilote », un dispositif expérimental dont une partie au moins a un fonctionnement représentatif de la partie qui lui correspondra dans l'unité industrielle. Par fonctionnement représentatif, on entend un fonctionnement soit identique, soit transposable grâce à l'utilisation d'un modèle mathématique de cette partie de l'unité. Il est important que le pilote soit représentatif, et c'est là que réside souvent la difficulté. Le passage de l'unité-pilote à l'unité industrielle ne doit pas présenter de difficultés particulières, dans la mesure où les expérimentations faites au stade du développement ont été conçues en vue de l'extrapolation. Ceci implique, en particulier, que le choix de la technologie industrielle soit fait au départ et que le pilote soit alors conçu pour simuler le projet industriel. Il faut garder à l’esprit que plus un modèle est complexe, plus il requiert des données expérimentales pour son ajustement.
33La sélection judicieuse du site est capitale. Il importe donc que le site sélectionné pour l'unité-pilote soit représentatif de celui qui sera exploité industriellement dans le futur. Dans le cas des encroûtements de PF ce devrait être un futur site d’exploitation, par exemple sur le plateau sous-marin des Toamotu. Les caractéristiques détaillées d’une unité-pilote pourront être définies lorsque celles du site sera bien connues.
6. Recommandations (développements technologiques pour l’exploitation des encroûtements)
- Monter et réaliser une campagne de prélèvements d’encroûtements (qui peut être associée à une reconnaissance bathymétrique) pour disposer d’un volume d’échantillons suffisant pour analyse et caractérisation géotechnique et métallogénique des encroûtements ;
- Lancer une étude conceptuelle sur l’adaptation des techniques développées par les amas sulfurés (riser et système de ramassage), nécessitant une caractérisation géotechnique des encroûtements et une connaissance la plus précise possible de la géométrie des encroûtements (épaisseur et extension latérale) pour le dimensionnement des systèmes de ramassages ;
- Lancer un projet de recherche sur le(s) procédé(s) de traitement métallurgique des encroûtements en tant que minerai de cobalt mais en examinant aussi la possibilité de tirer partie de sa nature polymétallique (co-valorisation du manganèse, nickel, platine, titane ?, phosphates ?) ;
- Concevoir un projet pilote d’exploitation et de traitement des encroûtements cobaltifères, lorsque les condtions d’une exploitation seront réunies
Bibliographie
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Bibliographie
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