ressources minérales et hydrocarbures - imt · sel, potasse, soufre, kaolin, ... de la structure...
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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
1/21
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
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400
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14
Dépenses en exploration pétrolière
G$
2/21
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
3/21
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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