Nodule de manganèse - Manganese nodule

Les nodules polymétalliques , également appelés nodules de manganèse , sont des concrétions minérales au fond de la mer formées de couches concentriques d' hydroxydes de fer et de manganèse autour d'un noyau. Comme les nodules peuvent être trouvés en grandes quantités et contiennent des métaux précieux, les gisements ont été identifiés comme un intérêt économique potentiel.

Nodule de manganèse
Nodules sur le fond marin

La taille des nodules varie de minuscules particules visibles uniquement au microscope à de grosses pastilles de plus de 20 centimètres (8 pouces) de diamètre. Cependant, la plupart des nodules mesurent entre 3 et 10 cm (1 et 4 po) de diamètre, soit à peu près la taille d' œufs de poule ou de pommes de terre . Leurs textures de surface varient de lisses à rugueuses. Ils ont souvent une texture botryoïdale (mamelonnée ou noueuse) et varient de la forme sphérique à typiquement oblate (soucoupe volante), parfois allongée (ballon de rugby) ou sont autrement irréguliers. La surface inférieure, enfouie dans les sédiments , est généralement plus rugueuse que la surface supérieure en raison d'un type de croissance différent .

Occurrence

Les nodules reposent sur les sédiments des fonds marins , souvent partiellement ou complètement enfouis. Leur abondance est très variable, se touchant dans certains cas et couvrant plus de 70 % de la surface du fond marin. La quantité totale de nodules polymétalliques sur le fond marin a été estimée à 500 milliards de tonnes par Alan A. Archer du London Geological Museum en 1981.

Les nodules polymétalliques se trouvent à la fois dans les eaux peu profondes (par exemple la mer Baltique ) et plus profondes (par exemple le Pacifique central ), même dans les lacs, et l'on pense qu'ils ont été une caractéristique des mers et des océans au moins depuis que les océans profonds se sont oxydés dans l' Édiacarien. il y a plus de 540 millions d'années.

Des nodules polymétalliques ont été découverts en 1868 dans la mer de Kara , dans l' océan Arctique de Sibérie . Au cours des expéditions scientifiques du HMS Challenger (1872-1876), ils se sont avérés présents dans la plupart des océans du monde.

Leur composition varie selon l'emplacement, et des gisements importants ont été trouvés dans les zones suivantes :

Le plus grand de ces gisements en termes d'abondance de nodules et de concentration de métaux se trouve dans la zone Clarion Clipperton sur de vastes plaines abyssales dans l'océan profond entre 4 000 et 6 000 m (13 000 et 20 000 pieds). L' Autorité internationale des fonds marins estime que la quantité totale de nodules dans la zone Clarion Clipperton dépasse 21 milliards de tonnes (Bt), contenant environ 5,95 Bt de manganèse , 0,27 Bt de nickel , 0,23 Bt de cuivre et 0,05 Bt de cobalt .

Tous ces dépôts sont dans les eaux internationales en dehors du bassin Penrhyn, qui se trouve dans la zone économique exclusive des îles Cook .

Croissance et composition

Nodules de manganèse de l'océan Pacifique Sud

Sur le fond marin, l'abondance des nodules varie et est probablement contrôlée par l'épaisseur et la stabilité d'une couche géochimiquement active qui se forme au fond marin. Le type de sédiment pélagique et la bathymétrie (ou géomorphologie ) des fonds marins influencent probablement les caractéristiques de la couche géochimiquement active.

La croissance des nodules est l'un des plus lents de tous les phénomènes géologiques connus , de l'ordre du centimètre sur plusieurs millions d'années. Plusieurs processus sont supposés être impliqués dans la formation de nodules, notamment la précipitation des métaux de l' eau de mer , la remobilisation du manganèse dans la colonne d'eau (diagénétique), la dérivation des métaux des sources chaudes associées à l'activité volcanique ( hydrothermale ), la décomposition des basaltique débris par l' eau de mer ( halmyrolitique ) et la précipitation des hydroxydes de métaux par l'activité de micro - organismes (biogéniques). La sorption de cations divalents tels que Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ et Cu 2+ à la surface des oxyhydroxydes de Mn et de Fe , connus pour être de puissants sorbants , joue également un rôle principal dans l' accumulation de ces métaux de transition dans les nodules de manganèse. Ces processus ( précipitation , sorption , complexation en surface, précipitation en surface, incorporation par formation de solutions solides ...) peuvent s'opérer simultanément ou se succéder lors de la formation d'un nodule.

Les nodules de manganèse sont essentiellement composés de phyllomanganates hydratés. Ce sont des minéraux d'oxyde de Mn en couches avec des couches intermédiaires contenant des molécules d'eau en quantités variables. Ils interagissent fortement avec les métaux traces ( Co 2+ , Ni 2+ ) en raison des lacunes octaédriques présentes dans leurs couches. Les propriétés particulières des phyllomanganates expliquent le rôle qu'ils jouent dans de nombreux processus de concentration géochimique. Ils incorporent des traces de métaux de transition principalement via l' échange de cations dans leur intercouche comme les minéraux argileux et la complexation de surface par formation de complexes de sphère interne à la surface de l'oxyde comme c'est également le cas avec les oxydes ferriques hydratés , HFO. De légères variations dans leur structure cristallographique et leur composition minéralogique peuvent entraîner des changements considérables dans leur réactivité chimique.

Nodules polymétalliques

La composition minérale des minéraux contenant du manganèse dépend de la formation des nodules; les nodules sédimentaires , qui ont une teneur en Mn 2+ inférieure à la diagénétique , sont dominés par la Fe-vernadite, la Mn- feroxyhyte et l' asbolane - busérite tandis que les nodules diagénétiques sont dominés par la busérite I, la birnessite , la todorokite et l'asbolane-busérite. Les types de croissance appelés diagénétiques et hydrogénétiques reflètent une croissance suboxique et oxique , qui à son tour pourrait se rapporter à des périodes de climat interglaciaire et glaciaire . Il a été estimé que les couches suboxiques-diagénétiques de type 2 représentent environ 50 à 60% de l'inventaire chimique des nodules de la zone Clarion Clipperton (CCZ), tandis que les couches oxiques-hydrogénétiques de type 1 en représentent environ 35 à 40%. La partie restante (5 à 10 %) des nodules est constituée de particules de sédiments incorporés se produisant le long des fissures et des pores .

La composition chimique des nodules varie selon le type de minéraux de manganèse et la taille et les caractéristiques de leur noyau. Ceux qui présentent le plus grand intérêt économique contiennent du manganèse (27 à 30 % en poids), du nickel (1,25 à 1,5 % en poids), du cuivre (1 à 1,4 % en poids) et du cobalt ( 0,2 à 0,25 % en poids). D' autres constituants comprennent le fer (6 en poids.%), Le silicium (% 5 en poids.) Et l' aluminium (3% en poids.), Avec des quantités moindres de calcium , sodium , magnésium , potassium , titane et baryum , ainsi que l' hydrogène et l' oxygène ainsi comme eau de cristallisation et eau libre.

Un large éventail d'oligo-éléments et d'oligo-éléments se trouvent dans les nodules, dont beaucoup sont incorporés dans les sédiments des fonds marins, qui eux-mêmes comprennent des particules transportées sous forme de poussière de toute la planète avant de se déposer sur les fonds marins .

Exploitation minière proposée

L'intérêt pour l'exploitation potentielle des nodules polymétalliques a généré une grande activité parmi les consortiums miniers potentiels dans les années 1960 et 1970. Près d'un demi-milliard de dollars ont été investis dans l'identification de gisements potentiels et dans la recherche et le développement de technologies pour l'extraction et le traitement des nodules. Ces premières entreprises ont été menées principalement par quatre consortiums multinationaux composés d'entreprises des États-Unis, du Canada, du Royaume-Uni, d'Allemagne de l'Ouest, de Belgique, des Pays-Bas, d'Italie, du Japon et de deux groupes d'entreprises et d'agences privées de France et du Japon. Il y avait également trois entités parrainées par l'État de l'Union soviétique, de l'Inde et de la Chine.

À la fin des années 1970, deux des coentreprises internationales ont collecté plusieurs centaines de tonnes de nodules de manganèse dans les plaines abyssales (18 000 pieds (5,5 km) + profondeur) de l' océan Pacifique équatorial oriental . Des quantités importantes de nickel (cible principale) ainsi que de cuivre et de cobalt ont ensuite été extraites de ce « minerai » en utilisant à la fois des méthodes pyrométallurgiques et hydrométallurgiques . Au cours de ces projets, un certain nombre de développements auxiliaires ont évolué, y compris l'utilisation d'un réseau de sonars à balayage latéral remorqué près du fond pour analyser la densité de population de nodules sur le limon abyssal tout en effectuant simultanément un profil sous-fond avec un dérivé, verticalement faisceau acoustique basse fréquence orienté.

La technologie et l'expérience développées au cours de ce projet n'ont jamais été commercialisées car les deux dernières décennies du 20e siècle ont vu un excès de production de nickel . L'investissement estimé à 3,5 milliards de dollars (1978 dollars américains) pour mettre en œuvre la commercialisation était un facteur supplémentaire. Sumitomo Metal Mining continue de maintenir une petite organisation (de tenue de place) dans ce domaine.

Kennecott Copper avait exploré les bénéfices potentiels de l'extraction de nodules de manganèse et a constaté que cela ne valait pas le coût. En plus des problèmes environnementaux et du fait que les bénéfices devaient être partagés, il n'y avait pas de moyen bon marché d'extraire les nodules de manganèse du fond marin.

Depuis la fin des années 1970, la technologie en haute mer s'est considérablement améliorée : y compris l'utilisation généralisée et à faible coût de technologies de navigation telles que le système de positionnement global (GPS) et la ligne de base ultra-courte (USBL); des technologies de relevé telles que le sondeur multifaisceaux (MBES) et les véhicules sous-marins autonomes (AUV) ; et la technologie d'intervention, y compris le véhicule sous-marin télécommandé (ROV) et les câbles ombilicaux haute puissance . Il y a également une technologie améliorée qui pourraient être utilisés dans les mines , y compris les pompes , suivis et rovers d'entraînement à vis, rigides et flexibles risers de forage , et le polyéthylène à ultra-haut poids moléculaire corde. L'exploitation minière est considérée comme similaire à la récolte de pommes de terre sur terre, qui consiste à exploiter un champ divisé en longues bandes étroites. Le navire de soutien à l'exploitation minière suit la route minière des outils d'extraction du fond marin, ramassant les nodules de la taille d'une pomme de terre sur le fond marin.

Au moment où l' Autorité internationale des fonds marins a été mise en place en 1994, l'intérêt pour l'extraction de nodules a diminué. Trois facteurs étaient en grande partie responsables :

  • Difficulté et coût du développement et de l'exploitation d'une technologie minière qui pourrait éliminer économiquement les nodules à des profondeurs de cinq ou six kilomètres et les transporter à la surface de l'océan
  • Des taxes élevées que la communauté internationale exigerait pour l'exploitation minière, et
  • Disponibilité continue des principaux minéraux provenant de sources terrestres aux prix du marché.

À cette époque, l'extraction commerciale de nodules polymétalliques n'était pas considérée comme susceptible de se produire au cours des deux prochaines décennies.

Ces derniers temps, l' offre de nickel et d'autres métaux a dû se tourner vers des gisements plus coûteux afin de répondre à une demande accrue, et l'intérêt commercial pour les nodules s'est ravivé. L'Autorité internationale des fonds marins a accordé de nouveaux contrats d'exploration et progresse dans l'élaboration d'un code minier pour la zone, l'intérêt principal étant la zone Clarion Clipperton .

Depuis 2011, plusieurs sociétés commerciales ont reçu des contrats d'exploration. Il s'agit notamment de filiales de grandes entreprises comme Lockheed Martin , DEME (Global Sea Mineral Resources, GSR), Keppel Corporation et China Minmetals , et de petites entreprises comme Nauru Ocean Resources et Tonga Offshore Mining.

Le regain d'intérêt pour les nodules miniers a conduit à une préoccupation accrue et à un examen minutieux concernant les impacts environnementaux possibles .

Développements juridiques dans 'The Area'

Après la Seconde Guerre mondiale , les Nations Unies ont entamé un long processus d' élaboration de traités internationaux qui se sont éloignés du concept alors en vigueur de liberté des mers .

En 1972, la promesse de l'exploitation des nodules a été l'un des principaux facteurs qui ont conduit les pays en développement à proposer que les fonds marins situés au-delà des limites de la juridiction nationale soient traités comme un « patrimoine commun de l'humanité », dont le produit serait partagé entre ceux qui développé cette ressource et le reste de la communauté internationale. Cette initiative a finalement abouti à l'adoption (1982) de la Convention des Nations Unies sur le droit de la mer (UNCLOS) et après la négociation de la partie XI en 1994, la création de l' Autorité internationale des fonds marins , chargée de contrôler toutes les activités minières en eaux profondes. dans les zones internationales. La première réalisation législative de cette organisation intergouvernementale a été l'adoption (2000) d'une réglementation pour la prospection et l'exploration des nodules polymétalliques, avec des dispositions spéciales pour protéger le milieu marin de tout effet néfaste. L'Autorité a poursuivi (2001-2002) en signant des contrats de 15 ans avec sept entités privées et publiques, leur accordant des droits exclusifs d'exploration de nodules dans des zones spécifiées du fond marin, chacune d'une superficie de 75 000 kilomètres carrés. Les États-Unis, dont les entreprises figuraient parmi les acteurs clés de la première période d'exploration, restent en dehors de ce pacte en tant que non-partie à la Convention des Nations Unies sur le droit de la mer .

Selon l'UNCLOS, l'Autorité a quatre fonctions principales. Il s'agit essentiellement de :

  • Administrer les ressources minérales des fonds marins de la Zone ;
  • Promulguer des règles, règlements et procédures relatifs à ces ressources ;
  • Promouvoir et encourager la recherche et le développement scientifiques marins dans la Zone ;
  • Protéger et conserver les ressources naturelles de la zone et prévenir des dommages importants à l'environnement.

Actuellement, l'Autorité internationale des fonds marins définit et débat des aspects de son code minier qui englobe les sulfures polymétalliques ( dépôts de sulfures massifs du fond marin ) et les encroûtements cobaltifères ainsi que les nodules polymétalliques. Le code minier comprend des règlements d'exploration et d'exploitation, un plan de gestion environnementale pour la zone Clarion Clipperton et des recommandations pour l'orientation des entrepreneurs en termes de rapports, d'évaluation de l'impact environnemental, de rapports sur les dépenses et de formation pour les scientifiques et les ingénieurs des pays en développement.

En plus de la Convention sur la diversité biologique , le 19 juin 2015, l' Assemblée générale des Nations Unies a adapté la résolution A/RES/69/292, « Élaboration d'un instrument international juridiquement contraignant en vertu de la Convention des Nations Unies sur le droit de la mer sur la conservation et l'utilisation durable de la diversité biologique marine des zones situées au-delà de la juridiction nationale". Cette résolution demande qu'un comité préparatoire soit établi pour examiner à quoi pourrait ressembler cet instrument et ce qu'il traiterait spécifiquement en plus des parties environnementales existantes de la CNUDM. Il tiendrait compte des divers rapports des coprésidents sur les travaux du Groupe de travail informel spécial à composition non limitée pertinent. En temps voulu, une conférence intergouvernementale examinerait et débattrait les recommandations du comité préparatoire.

Problèmes et sensibilités environnementales

Toute exploitation future de nodules dans la zone doit être autorisée par l' Autorité internationale des fonds marins et devrait quantifier l'impact à l'avance via une déclaration d'impact environnemental et un plan de gestion environnementale associé. Ces évaluations, plans de surveillance et contrôles d'orientation fonctionneraient probablement à l'échelle des opérations proposées.

L'Autorité internationale des fonds marins dispose déjà d'un plan de gestion environnementale qui prend en compte l'ensemble de la zone Clarion Clipperton et qui inclut des zones de référence qui ne sont pas disponibles pour l'exploitation minière (appelées zones d'intérêt environnemental particulier).

Les évaluations environnementales devraient avoir une base scientifique impartiale et tenir compte :

  • la nature éloignée des nodules rendant difficile la collecte de données détaillées ;
  • la grande variété d'échelle (par exemple des communautés de nodules sub-décimétriques réparties sur des milliers de kilomètres) en termes de fonction écosystémique et de biodiversité ;
  • la gravité et l'ampleur des impacts locaux (tels que la destruction de l'habitat , la resédimentation).

Des études environnementales antérieures telles que l'étude environnementale Deep Ocean Mining (DOMES) et les expériences d'impact benthique (BIE) qui en ont résulté ont conclu en partie que l'exploitation minière expérimentale à une échelle raisonnable aiderait probablement à mieux limiter les impacts réels de toute exploitation minière commerciale.

La recherche montre que les champs de nodules polymétalliques sont des points chauds d'abondance et de diversité pour une faune abyssale très vulnérable . L'exploitation de nodules pourrait affecter des dizaines de milliers de kilomètres carrés de ces écosystèmes des grands fonds . La repousse des nodules prend des décennies à des millions d'années et cela ferait de cette exploitation minière une pratique non durable et non renouvelable. Toute prédiction sur les effets de l'exploitation minière est extrêmement incertaine. Ainsi, l'extraction de nodules pourrait entraîner une altération de l'habitat, une mortalité directe des créatures benthiques ou une suspension de sédiments, ce qui peut étouffer les filtreurs . Les futures études d'impact environnemental devraient aborder l'impact sur la perturbation et la libération des dépôts de clathrate de méthane dans les océans profonds.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes