Minerai : qu'est-ce que c'est ?

Un minerai est une formation géologique contenant des minérauxminéraux précieux ou utiles en quantité suffisante pour en justifier l'extraction de manière rentable. Un minerai (du latin minera, « mine ») est une roche, un minéral ou une association de minéraux contenant un ou plusieurs éléments chimiqueséléments chimiques utiles en teneurs suffisamment importantes pour permettre leur exploitation.

Ces éléments peuvent être des métauxmétaux comme le ferfer, le cuivrecuivre, l'or, l'argentargent, etc., ou des minéraux comme le charbon, Les minerais sont souvent extraits de la terre par l'industrie minière, puis traités pour en extraire les éléments utiles. La qualité et la quantité des éléments utiles dans un minerai déterminent sa valeur économique.

Les minerais jouent un rôle crucial dans l'économie mondiale en fournissant les matièresmatières premières nécessaires pour diverses industries. Les gisements de minerai ne sont pas inépuisables. De nombreuses technologies avancées dépendent des quantités de certains métaux qui se raréfient si l'on en croit des chercheurs et des ingénieurs du Cnrs. Une solution possible à long terme est l'exploitation des richesses minières des astéroïdes.

Les différentes catégories de minerai

Les minerais peuvent être classés en deux catégories : les minerais métalliques ou métallifères, et les minerais non métalliques. Les minerais métalliques contiennent des métaux tels que le fer, le cuivre, l'or, l'argent, le plombplomb, le zinczinc, l'étainétain et le nickelnickel. Les minerais non métalliques contiennent des minéraux tels que le charbon, le pétrolepétrole, le gaz naturel, le gypsegypse, le calcairecalcaire, le talc, le mica et le sel gemme. Les minerais peuvent également être classés en fonction de leur mode de formation, tels que les minerais magmatiques, sédimentaires et métamorphiques.

Pilbara est l'une des neuf régions d'Australie-Occidentale. On y trouve la plus grande partie du minerai de fer (iron ore, en anglais) australien autour des villes de Tom Price et Newman. Cette vidéo montre l'exploitation de ce minerai. © Aeglinsky, YouTube

Minerais métallifères ou métalliques

Les minerais métallifères sont des sources de métaux précieux. Voici quelques exemples courants :

• BauxiteBauxite : principal minerai d'aluminium, la bauxite contient principalement de l'aluminealumine (Al₂O₃). L'aluminiumaluminium est extrait par électrolyseélectrolyse après avoir converti la bauxite en alumine. Ce minerai est utilisé pour produire de l'aluminium, un métal léger et résistant utilisé dans de nombreuses industries.
• Chalcopyrite : c'est le principal minerai de cuivre (CuFeS₂). Utilisé pour produire du cuivre, un métal conducteur d'électricité important dans de nombreuses industries. Le cuivre extrait est utilisé dans l'électronique, les câblages électriques et la constructionconstruction. 
• HématiteHématite : minerai de fer (Fe₂O₃), essentiel pour la production d'acier. L'acieracier est utilisé dans la construction, les transports, et de nombreuses autres industries. Le minerai de fer est l'un des minerais les plus courants et les plus importants économiquement.
• Galène : principal minerai de plomb (PbS), utilisé dans la fabrication de batteries, de câbles, des munitions et comme écran de protection contre les radiations. 
• Sphalérite : principal minerai de zinc (ZnS), utilisé pour galvaniser l'acier, produire des alliagesalliages, des batteries et la fabrication de produits chimiques.

Citons encore :

• le minerai d'étain : utilisé pour produire de l'étain, un métal utilisé dans la fabrication de conserves alimentaires, de souduressoudures et de verre ;
• le minerai de nickel : utilisé pour produire du nickel, un métal utilisé dans la fabrication d'acier inoxydableacier inoxydable, de batteries et de pièces de monnaie ;
• le minerai d'or : utilisé pour produire de l'or, un métal précieux utilisé dans la bijouterie, l'électronique et comme réserve de valeur ;
• le minerai d'argent : utilisé pour produire de l'argent, un métal précieux utilisé dans la bijouterie, la photographiephotographie et comme réserve de valeur ;
• le minerai de charbon : utilisé pour produire de l'énergieénergie, le charbon est un combustiblecombustible fossilefossile important dans la production d'électricité bien que ne contenant pas de métaux utiles.

Minerais non métallifères

Les minéraux non métalliques ont une grande variété d'utilisations dans l'industrie, la construction, l'agricultureagriculture et d'autres domaines.

Le quartzquartz et le borebore sont utilisés dans la fabrication de verre et de céramiquecéramique, tandis que le feldspath est utilisé dans la production de porcelaine et de faïencefaïence. Le mica sert pour l'isolationisolation électrique, et le talc entre dans la composition de cosmétiques et de produits pharmaceutiques. Le gypse est utilisé dans la production de plâtreplâtre et de ciment, tandis que le calcaire l'est dans la construction et la fabrication de cimentciment. Le sel gemme s'emploie pour l'alimentation et la conservation des aliments, et le soufresoufre est utile pour dans la fabrication d'acide sulfuriqueacide sulfurique et d'engrais tout comme le phosphatephosphate, le potassiumpotassium pour la fabrication d'engrais et de produits chimiques. Le magnésiummagnésium est utilisé dans la fabrication d'alliages légers. Le lithiumlithium sert à la fabrication de batteries et de médicaments, le graphitegraphite permet de fabriquer des crayons et des lubrifiantslubrifiants, enfin, le diamant est utilisé dans la joaillerie et l'industrie.

Composition chimique des différents minerais

Les minerais métallifères peuvent être classés en fonction de leur composition chimique. Les oxydes, les sulfuressulfures, les carbonates et les silicatessilicates sont les quatre principaux types de minerais métallifères. Cette classification peut aider à comprendre les propriétés chimiques et physiquesphysiques des minerais, ainsi que les méthodes d'extraction et de traitement les plus appropriées pour chaque type de minerai. 
Les minerais d'oxydes contiennent des métaux combinés avec de l'oxygène, tels que la bauxite pour l'aluminium, l'hématite et la magnétitemagnétite pour le fer, et la cassitérite pour l'étain.

Les minerais de sulfures contiennent des métaux combinés avec du soufre, tels que la galène pour le plomb, la sphalérite pour le zinc, la pyritepyrite pour le fer, la chalcopyrite pour le cuivre et le cinabrecinabre pour le mercuremercure.

Les minerais de carbonates contiennent des métaux combinés avec du carbonecarbone et de l'oxygène, tels que la malachite pour le cuivre, la smithsonite pour le zinc, la rhodochrosite pour le manganèsemanganèse et la cérusite pour le plomb.

Les minerais de silicates contiennent des métaux combinés avec du siliciumsilicium et de l'oxygène, tels que la garniérite pour le nickel, la chrysotile pour l'amianteamiante, la staurotide pour le zinc et la néphéline pour l'aluminium et le silicium.

 La pyrite est une espèce minérale composée de disulfure de fer, de formule FeS₂. Son nom dérive d’un mot grec signifiant littéralement « pierre à feu ». La forme cristalline dominante de la pyrite est celle d’un cube. Il s'agit d'un minerai particulièrement riche en fer. © L.Carion, www.carionmineraux.com

Extraction et traitement des minerais

L'extraction des minerais est réalisée par des techniques minières qui peuvent être classées en deux catégories principales :

• l'extraction de surface est utilisée lorsque les gisements sont proches de la surface. Elle comprend des méthodes telles que les carrières pour des matériaux comme le calcaire et le granit ; les mines à ciel ouvert pour des minerais comme le cuivre et le fer.
• l'extraction souterraine est utilisée pour les gisements plus profonds. Les techniques incluent les puits et galeries pour accéder aux veines minérales profondes ; et le forage et dynamitage pour briser la roche et extraire le minerai.

Le traitement des minerais comprend plusieurs étapes pour séparer les minéraux de valeur de la gangue : le broyage et le concassage au cours duquel le minerai est broyé en particules plus petites ; la concentration utilisant des techniques comme la flottation, la gravitégravité, et le magnétismemagnétisme pour concentrer les minéraux de valeur ; et enfin l'extraction chimique avec des méthodes comme la lixiviationlixiviation, la fusionfusion et l'électrolyse permettant d'extraire les métaux purs.

L'utilisation des minerais

Les minerais extraits sont utilisés dans une variété de secteurs industriels

• dans le domaine de la construction : l'acier et le ciment produits à partir de minerais de fer et de calcitecalcite sont essentiels pour la construction de bâtiments, de ponts et d'infrastructures.
• dans le domaine de la technologie : les minerais comme la bauxite et la chalcopyrite sont cruciaux pour la fabrication de composants électroniques, d'ordinateursordinateurs, et de téléphones portables.
• dans le domaine des transports : les alliages métalliques produits à partir de différents minerais sont utilisés pour fabriquer des véhicules, des avions, et des navires.
• dans le domaine de l'énergie : Le plomb et le zinc extraits de la galène et de la sphalérite sont utilisés dans les batteries pour le stockage de l'énergie.

Production mondiale des minerais

La production mondiale de minerai varie en fonction des ressources disponibles, de la demande industrielle et des avancées technologiques. Voici quelques statistiques clés :

En 2021, la production mondiale de minerai de fer s'élevait à environ 2,4 milliards de tonnes en 2021, avec l'Australie, le Brésil, et la Chine en tête des producteurs ; la production mondiale de cuivre était d'approximativement 20 millions de tonnes en 2021, dominée par le Chili, le Pérou et la Chine ; la production mondiale d'aluminium (à partir de bauxite) atteignait environ 65 millions de tonnes en 2021, avec la Chine, l'Inde, et la Russie comme principaux producteurs ; et enfin, environ 13 millions de tonnes de zinc ont été produites en 2021, avec la Chine, le Pérou et l'Australie en tête.

Défis et perspectives

L'extraction et le traitement des minerais posent plusieurs défis environnementaux et économiques. L'exploitation minière peut entraîner la déforestationdéforestation, la pollution de l'eau et de l'airair, et la dégradation des sols. De plus, les fluctuations des prix des métaux sur les marchés mondiaux peuvent affecter la rentabilité des opérations minières.

Pour faire face à ces défis, l'industrie minière investit dans des technologies plus durables et efficaces, comme l'extraction minière automatisée et les méthodes de traitement écologiques. La recherche continue sur le recyclagerecyclage des métaux et la découverte de nouveaux gisements est également cruciale pour assurer un approvisionnement durable en matières premières.

Les minerais sont des ressources essentielles qui alimentent de nombreuses industries et soutiennent l'économie mondiale. Leur extraction et leur traitement nécessitent des techniques avancées et une gestion responsable pour minimiser les impacts environnementaux.