Hedi SELLAMI

Centre de Géosciences MINES ParisTech

Ressources minérales et Hydrocarbures

Colloque IMT « Ressources naturelles & Environnement » , 5 et 6 novembre 2014

Les minéraux d’intérêt économique

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Minéraux énergétiques

pétrole, gaz , charbon, uranium

Electricité, chauffage, transports, chimie

organique et matières plastiques, …

Minerais métalliques

fer, alu, cuivre, nickel, platine, argent, …

Industrie manufacturière, construction, industries

électrique et électronique, monnaie, bijouterie, …

Minerais non métalliques

Matériau x de construction

sable, graviers, calcaires et argiles pour ciment, pierres

de taille, …

Ciments et bétons, empierrement routier,

plâtre, briques, …

Minéraux industriels

sel, potasse, soufre, kaolin, sable siliceux, bentonite,

carbonates, …

Industrie manufacturière, électrique et électronique,

Bijouterie, …

Industrie extractive : un regain d’intérêt

Dépenses en exploration minière

0

100

200

300

400

500

600

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00

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20

14

Dépenses en exploration pétrolière

G$

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Une réelle croissance de la demande

Evolution de la consommation chinoise : métaux de base

Chine : + de 40% de la demande mondiale

43% du nickel 43% de l’aluminium 42% du Zinc 40% du cuivre

22% du maïs 17% du blés

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Matières minérales: quelques caractéristiques

Epuisables (Ag/15 ans , Au/20 ans, Pb-Zn/25 ans, U/40 ans, Charbon/100 ans)

Inégalement réparties sur la planète

De qualité très inégale (Cu : 0.5-5 %, U: 0.1-10%, Au: 1-60g/t)

Recyclables et substituables (Pb/80%, Fe/52%, Al-Zn/44%, Cu/43%)

Teneurs moyennes d'exploitation de l'or

Moyenne Canada

+ USA + RSA +

Australie

Moyenne

mondiale

0

2

4

6

8

10

12

14

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

g/t

on

ne

Répartition des réserves de terres rares (©Magazine Carto)

Teneur moyenne d’exploitation de l’or (source BRGM)

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En France : Création en 2011 du Comité pour les Métaux Stratégiques (COMES) Objectif : sécuriser l’accès de l’industrie française aux métaux « stratégiques » Enjeux :

o Identification, évaluation des besoins de l’industrie française o Les ressources disponibles en France o le développement des économies de matières premières o La problématique du recyclage o Les relations internationales liées aux ressources minérales

La dépendance des importations

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(Source BRGM)

Recyclage o Economie du recyclage (chaire IMT-MINES-ParisTech : « Mines urbaines »)

o Métallogénie du recyclage

Relancer l’industrie minière o Quelles ressources ?

• ressources profondes (cartographie du sous-sol) • ressources marines

o Développer la mine « invisible»

Deux grands sujets se dégagent en France

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Prospection/caractérisation des gisements o Amélioration des techniques et des coûts d’exploration

• géophysiques (in situ et aéroportées, profondeur d’investigation)

• interprétation des mesures et modélisation

• réduction des coûts de sondages

o Compréhension des gisements et de leur contexte • pour la découverte de nouveaux gisements

• pour une meilleure récupération des gisements

Exploitation o Poursuite de l’amélioration de la productivité

Nouveaux équipements pour les exploitations à ciel ouvert

En souterrain : développement des méthodes d’exploitation en masse

Maîtrise, contrôle, et automatisation intégrale des exploitations

o Vers la mine non conventionnelle : nouvelles technologies Hydrométallurgie et « hydrométallurgie » in situ

Exploitation à distance

Enjeux pour l’industrie minière

Besoins en géosciences ?

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Géosciences - Exploitations non conventionnelles

Mine conventionnelle :

Exploitation en MCO Exploitation en MS

Mine non conventionnelle : Valoriser d’avantage les faibles teneurs : Lixiviation et biolixiviation (métaux de valeur) Valoriser les petits gisements : Forage/Abattage au jet d’eau HP «Bore Hole Mining»

Recherche

o Méthodes d’exploitation o Méthodes d’abattage o Stabilité des ouvrages o Planification

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Géosciences - Lixiviation/biolixiviation in situ

Récupération in situ : Lixiviation

Simulation du transport réactif

Couplage :

Chimie : solubilité, cinétique, …

Processus hydrodynamiques

Processus hydrogéologiques

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Géosciences – Abattage au jet d’eau HP

petits gisements : BHM

Jet d’eau de très forte puissance (1 MW) (Uranium, kaolins, …., sables bitumineux, … ressources marines ! )

non économique

mine souterraine

mine à ciel ouvert

tonnage

pro

fon

deu

r

BHM

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Modélisation de l’interaction Jet-Roche (Jet mixte Eau-Air) Prévision des diamètres /stabilité des cavités Optimisation des paramètres

Bloc de roche abattu par jet d’eau tournant à l’intérieur d’un caisson métallique de 7 m

Essais sur site cavité creusée au Jet d’eau (Kaolin)

Jet d’air

Jet d’eau

Essais au laboratoire

Géosciences – Abattage au jet d’eau HP

Géosciences - Extraction des ressources marines

(Source : Nautilus minerals, 2012) 12/21

Les technologies envisageables ?

Rabots pour fonds marins Fraise à pics

Hydrocarbures : Situation

Pétrole brut OPEP OCDE

Production 40 % 30 %

Réserves 65 % 10 %

Evolution de la production

gaz

Pétrole conventionnel

Chute de 2,5%/an

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Extension, Renouvellement des ressources

Accroître la Récupération Nouvelles découvertes

35 % 50 % ? Ressources conventionnelles Ressources frontières

Champs matures Offshore très profond Huiles lourdes

Réservoirs très enfouis

Réservoirs roches mères

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Géosciences – Hydrocarbures

Projets actuels du centre de Géosciences

1. Simulation génétique et stochastique , réservoirs fluviatiles méandriformes ou de réservoirs turbiditiques

2. Inversion sismique et imagerie du sous-sol

3. Caractérisation des milieux très faiblement perméables

4. Caractérisation des milieux fracturés et des processus d’écoulements/transport

5. Forages complexes (conception, pilotage, surveillance, …)

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Pression initiale du réservoir (bar)

•17171717

220

100 900

Température du réservoir (°C)

1600

Sequoia TVD 27000ft – WD 4000ft

120

140

160

180

200

Joseph TVD 25130ft – WD 33ft

Thunder Horse

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1700 1800 1900

Elgin / Franklin TVD 17000ft – WD 300ft

2000

240

Chinook TVD 24500ft – WD 8831ft

Kristin

Shark TVD 25756ft – WD 118ft

Subsea

Dry Tree

Conger

Koronama-3 (target not reached

MJL106 North Deep (final TD not reached)

Abang-2 TVD(14200 ft)

Source TOTAL

Nigeria/Indonesia/Brunei/North-sea

exploration domain

GOM exploration domain

Forages Complexes : les nouveaux domaines explorés

Géosciences – Hydrocarbures

Géosciences – Forages Complexes

La contrainte de la «Forabilité des roches» vitesse de forage =f(résistance , nature des roches profondes)

La contrainte des Pressions Au delà de 6000 m : P > 100 MPa

o Fenêtre étroite de densité ! o Architecture des puits et des têtes de puits !

La contrainte des Températures Au delà de 6000 m : T > 200 °C

o Boues de forage et ciments o Equipements de forage et de mesures Inutilisables

Les défis du Développement Vitesse de forage, Trajectoires, sécurité (coût environné d’un bateau de forage : 1M$/jour)

Les contraintes des forages très profonds

!

Temps de forage

Co

ût

du

fo

rage

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1 – Modélisation du comportement directionnel de l’outil de forage: Interaction Outil-Roche

2 – Modélisation du comportement mécanique de la structure de forage dans un puits à trajectoire complexe 3 - Couplage 1) et 2) : Prédiction des performances

(avancement, trajectoire, stabilité, intégrité mécanique)

taillant-roche outil-roche

Comportement mécanique d’une structure de forage

(code ABIS)

Méthodologie, innovations

Test sur chantier outil auto-pénétrant (brevet Géosciences)

Comportement directionnel

Simulation des trajectoires complexes

Simulation Intégrité mécanique

Géosciences – Forages Complexes

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Géosciences – Forages Complexes

Imagerie 3D du puits et suivi du forage o Détection des dysfonctionnements o Détection des surpressions o Détection d’objets (collision de puits) o Monitoring de la stabilité du puits

Modélisation du processus dynamique du forage o Compréhension des processus THMC en fond de trou o Simulation du processus dynamique du forage o Optimisation du système de forage o Prédiction de ses comportements : pilotabilité, vibrations, ….

Nos touts o Connaissances : comportement des roches, phénomènes couplés THMC, processus de coupe des roches, géophysique, … o Moyens expérimentaux : caractérisation, essais de forage dans des conditions réalistes

Le projet

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Géosciences – Géothermie

Géothermie Profonde Innovante - Stimulation Hydraulique

Evènements micro-sismiques

(localisation, interprétation)

Modélisation de réservoirs fracturés ‘discrets’ à géométrie contrainte par la micro-sismicité observée Simulation d’injections hydrauliques forcées

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Géosciences – Ressources primaires

Ressources non conventionnelles • Hydrocarbures • Ressources minérales • Géothermies innovantes

Développer des approches spécifiques : • Identification/caractérisation • Mise en valeur des ressources • Post-exploitation et sécurité

Le projet

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