Ressources minérales et Hydrocarbures. Hedi SELLAMI Centre de Géosciences MINES ParisTech

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1 Ressources minérales et Hydrocarbures Hedi SELLAMI Centre de Géosciences MINES ParisTech Colloque IMT «Ressources naturelles & Environnement», 5 et 6 novembre 2014

2 Les minéraux d intérêt économique Minéraux énergétiques pétrole, gaz, charbon, uranium Minerais métalliques fer, alu, cuivre, nickel, platine, argent, Minerais non métalliques Matériau x de construction sable, graviers, calcaires et argiles pour ciment, pierres de taille, Minéraux industriels sel, potasse, soufre, kaolin, sable siliceux, bentonite, carbonates, Electricité, chauffage, transports, chimie organique et matières plastiques, Industrie manufacturière, construction, industries électrique et électronique, monnaie, bijouterie, Ciments et bétons, empierrement routier, plâtre, briques, Industrie manufacturière, électrique et électronique, Bijouterie, 1/21

3 Industrie extractive : un regain d intérêt /21 Dépenses en exploration minière Dépenses en exploration pétrolière G$

4 Une réelle croissance de la demande 3/21 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

5 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 : %, U: %, Au: 1-60g/t) Recyclables et substituables (Pb/80%, Fe/52%, Al-Zn/44%, Cu/43%) 14 Teneurs moyennes d'exploitation de l'or Moyenne Canada + USA + RSA + Australie g/tonne Moyenne mondiale Répartition des réserves de terres rares ( Magazine Carto) Teneur moyenne d exploitation de l or (source BRGM) 4/21

6 La dépendance des importations (Source BRGM) 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 5/21

7 Deux grands sujets se dégagent en France 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» 6/21

8 Enjeux pour l industrie minière Besoins en géosciences? 7/21 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

9 Géosciences - Exploitations non conventionnelles Mine conventionnelle : Exploitation en MCO Exploitation en MS Recherche o Méthodes d exploitation o Méthodes d abattage o Stabilité des ouvrages o Planification 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» 8/21

10 Géosciences - Lixiviation/biolixiviation in situ Récupération in situ : Lixiviation Simulation du transport réactif Couplage : Chimie : solubilité, cinétique, Processus hydrodynamiques Processus hydrogéologiques 9/21

11 profondeur Géosciences Abattage au jet d eau HP Jet d eau de très forte puissance (1 MW) (Uranium, kaolins,., sables bitumineux, ressources marines! ) petits gisements : BHM BHM tonnage mine à ciel ouvert mine souterraine non économique 10/21

12 Géosciences Abattage au jet d eau HP Essais au laboratoire 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) Modélisation de l interaction Jet-Roche (Jet mixte Eau-Air) Prévision des diamètres /stabilité des cavités Optimisation des paramètres Jet d air Jet d eau

13 Géosciences - Extraction des ressources marines Les technologies envisageables? (Source : Nautilus minerals, 2012) Rabots pour fonds marins Fraise à pics 12/21

14 Hydrocarbures : Situation Evolution de la production gaz Chute de 2,5%/an Pétrole conventionnel Pétrole brut OPEP OCDE Production 40 % 30 % Réserves 65 % 10 % 13/21

15 Extension, Renouvellement des ressources Accroître la Récupération Nouvelles découvertes 50 %? 35 % Ressources conventionnelles Champs matures Offshore très profond Ressources frontières Huiles lourdes Réservoirs très enfouis Réservoirs roches mères 14/21

16 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, ) 15/21

17 Géosciences Hydrocarbures Forages Complexes : les nouveaux domaines explorés Température du réservoir ( C) Nigeria/Indonesia/Brunei/North-sea exploration domain Joseph TVD 25130ft WD 33ft Elgin / Franklin TVD 17000ft WD 300ft Abang-2 TVD(14200 ft) Kristin Dry Tree Koronama-3 (target not reached MJL106 North Deep (final TD not reached) Sequoia TVD 27000ft WD 4000ft Shark TVD 25756ft WD 118ft GOM exploration domain Subsea Conger Thunder Horse Chinook TVD 24500ft WD 8831ft Pression initiale du réservoir (bar) Source TOTAL 2000

18 Coût du forage Géosciences Forages Complexes Les contraintes des forages très profonds 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) Temps de forage 17/21

19 Géosciences Forages Complexes Méthodologie, innovations 1 Modélisation du comportement directionnel de l outil de forage: Interaction Outil-Roche taillant-roche 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) Simulation des trajectoires complexes Comportement directionnel Test sur chantier outil auto-pénétrant (brevet Géosciences) Simulation Intégrité mécanique Comportement mécanique d une structure de forage (code ABIS) 18/21

20 Géosciences Forages Complexes Le projet 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,. 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 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 19/21

21 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 20/21

22 Géosciences Ressources primaires Le projet Ressources non conventionnelles Hydrocarbures Ressources minérales Géothermies innovantes Développer des approches spécifiques : Identification/caractérisation Mise en valeur des ressources Post-exploitation et sécurité 21/21