Entre les mailles du filet de Marcel Mescam

Entre les mailles du filet

de Marcel Mescam

Ils arrivent tous les quatre au tribunal en tacaud pour se faire juger à propos d’une vieille histoire, une sombre affaire de malversations dans le Téléthon.
À cette occasion la salle d’audience est pleine, beaucoup d’amis des accusés sont venus pour les soutenir. Au premier ban on reconnaît monsieur Mareyeur, le maquereau, accompagné de sa morue et de sa roussette légèrement barbue.
– Le juge – Aujourd’hui nous allons étudier le cas Billaud de Bois, celui de Julienne et de Colin Maillard et de Ali Mande.
Prévenus, levez-vous ! Veuillez essayer de nous apporter la pieuvre de votre innocence, sans pour autant raconter de beaux bars.
Nos trois compères prient Saint-Pierre et espèrent que le juge d’instruction signera une ordonnance de non-lieu à leur encontre.
Les premiers interrogatoires terminés, une suspension de séance est demandée. C’est la raie thé. Monsieur Mulet est chargé de l’avitaillement tandis que monsieur Rouget de l’île noire en profite pour aller chez le merlan.
Le tribunal se remet en place. Des nouveaux curieux sont arrivés pour assister aux débats. Madame Baudroie se plie en quatre pour laisser passer la frétillante dame Dorade et son ami Encornet de Glace.
La séance traîne en longueur, les réparties ne sont plus très vives, et le juge d’instruction, impatient, décide de mettre le turbot. – Un petit malin se met à chanter Ô sole mio ! C’est un congre ! Hue ! – C’en est trop, le juge exaspéré lui dit : arête ! Et décide de faire écoper la salle. Monsieur Hareng saur le premier.
C’est ainsi que ce jugement se termine en queue de poisson, et ne fera le sujet que d’un entrefilet dans la presse locale.

LA RADIOACTIVITE ET L’ENERGIE NUCLEAIRE par M André RIO

LA RADIOACTIVITE ET L’ENERGIE NUCLEAIRE

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   1.L’atome avant l’ère nucléaire.

   2.La classification périodique des éléments.

  3.Les grandes étapes de l’ère nucléaire.

 4.Structure de l’atome.

 5.Radioactivité et réactions nucléaires.

  6.La fission de l’uranium.

  7.Les applications.

   8.La fusion thermonucléaire.

  9.Conclusions.

 

       1.L’atome avant l’ère nucléaire.

Au début du XIXème siècle, on sait que toute matière est formée à partir de quelques dizaines d’éléments dont le carbone, l’hydrogène, l’azote, l’oxygène, le soufre, le phosphore…et les métaux, et que ces éléments ne peuvent être transformés les uns dans les autres .On commence à penser qu’ils sont formés de particules, les atomes, car ils se combinent entre eux selon des proportions définies et discontinues.

Dans la seconde moitié du siècle, les notions se précisent :chaque espèce d’atome est capable de se lier à d’autres un nombre défini de fois :c’est sa valence, et les molécules, associations d’atomes, ont une structure géométrique définie .On découvre de nouveaux éléments ;leur nombre double (d’une trentaine à une soixantaine) et on constate qu’ils forment des familles dont les propriétés sont voisines .On les définit par leurs masses atomiques en prenant par convention l’hydrogène de masse égale à 1 gramme ou le carbone de masse 12 grammes, dont on déduit les autres, selon les proportions dans lesquelles ils s’unissent. On remarque que beaucoup, parmi les plus légers, ont des masses atomiques multiples de celle de l’hydrogène.(Tableau.1).Cependant, on ne possède pas encore de preuve directe de l’existence des atomes, et beaucoup de physiciens et de chimistes de l’époque refusent d’y voir autre chose que des considérations philosophiques sans valeur scientifique.

MASSES ATOMIQUES

                                        H = 1,008            Na =22,98

                                        C = 12,01            Al=26,98                                                                                                                      N =14,00             P = 30,97

                                         O = 15,999         S = 32,06

2.La classification périodique.

En 1869, Mendéléïev propose une classification des éléments par masses atomiques croissantes, où se rassemblent en colonnes verticales ceux qui ont des propriétés communes, la valence en particulier .Dans les places encore vides, il prévoit l’existence et même les propriétés d’éléments encore à découvrir .Accueillie d’abord avec beaucoup de scepticisme, sa classification s’imposera de plus en plus par la suite avec la découverte des éléments manquants et de la structure intime des atomes.(Tableau 2).

A la fin du siècle, on peut donc considérer les atomes comme des particules absolument stables, qui peuvent s’associer entre elles pour former des molécules, mais qui ne peuvent être ni modifiées ni créées ni détruites.

                                   Classification périodique (extrait).

                        Colonnes        1    2                                      3    4    5    6    7    8

            Nombre d’éléments

 

                        2                      H                                                                             He                                              

                          8                      Li    Gl                                    B    C    N   O    F   Ne 

                        8                      Na   Mg                                 Al   Si   P    S    Cl  Ar

                        18         K…..                                                                                                                     

                                18            Rb ….                                                                                                                            

                                                Cs    Ba   La ….                       Tl   Pb  Bi  Po  At Rn

                        32                    Fr     Ra   Ac   Th   Pa   U….

  3.Les grandes étapes de l’ère nucléaire

Le tableau 3 donne les dates des découvertes fondamentales et des évènements qui ont marqué cette époque .La découverte des rayons X et des ondes hertziennes montre qu’il existe bien d’autres rayonnements que la lumière visible .Celle de la radioactivité établit que tous les atomes ne sont pas parfaitement stables, que des transmutations sont possibles, et qu’elles mettent en jeu des énergies considérables, bien supérieures à celles des réactions chimiques comme les combustions.

On découvre ensuite que les atomes sont eux mêmes formés d’un noyau massif entouré d’un nuage d’électrons, et que le noyau est constitué de deux sortes de particules, les protons et les neutrons .Leur structure obéit à des règles précises qui expliquent la classification périodique .Les noyaux peuvent se briser, spontanément pour les éléments radioactifs, sous l’effet d’un choc très violent pour les autres .Ainsi, le noyau d’uranium peut subir une fission avec un grand dégagement d’énergie, ce qui conduira à la bombe atomique et aux centrales nucléaires .La fusion des noyaux d’hydrogène en hélium est une source encore plus puissante d’énergie

1895.Roentgen;les rayons X.

1896.Becquerel.La radioactivité de l’uranium.

1898.Pierre et Marie Curie .Le radium.

1915.Bohr.Structure de l’atome.

1934.Chadwick.Le neutron.

1935.Irène et Frédéric Joliot-Curie .La radioactivité artificielle.

1938-1939.Hahn,Strassmann et L.Meitner.La fission de l’uranium.

1939.Lettre d’Einstein à Roosevelt pour l’avertir des possibilités de la fission.

1942.La pile de Fermi.

1943.Construction de l’usine d’Oak Ridge .

1945.16 juillet, Los Alamos;6 août, Hiroshima;9 août, Nagasaki.

1952.Eniwetok.La bombe H.

  4.Structure de l’atome.

Les atomes sont extrêmement petits, leur diamètre étant de l’ordre du dixmillionnième de millimètre ou 0,1 nanomètre .Leur masse atomique conventionnelle est leur masse réelle multipliée par le nombre d’Avogadro:

N = 6,02 .10puissance 23

C’est le nombre d’atomes contenus dans un gramme d’hydrogène ou 12 grammes de carbone .Ce nombre est très grand :un gramme d’uranium radioactif, dont la moitié exige pour se décomposer cinq milliards d’année, se dissocie au rythme de plusieurs centaines d’atomes par seconde.

Tout atome est constitué d’un noyau compact qui renferme l’essentiel de sa masse, chargé d’électricité positive, et d’un nuage d’électrons négatifs ,l’ensemble étant neutre .Le noyau est dix mille fois plus petit que l’atome ;sa densité est donc énorme (3 milliards de tonnes par millilitre). Il est formé de protons positifs et de neutrons sans charge .Protons et électrons sont nécessairement en nombre égal ;le nombre de neutrons est variable, ce qui fait qu’un même élément peut être formé d’atomes différents, les isotopes, dont les propriétés sont très voisines, à l’exception de la stabilité du noyau .Un atome est donc défini à la fois par son numéro atomique, égal au nombre de protons, et par la somme des protons et des neutrons, équivalent à sa masse atomique .Ainsi, le carbone, de numéro atomique 6,possède 3 isotopes, le carbone 12 ordinaire et ses isotopes 13 et14.

Un noyau ne peut être formé uniquement de protons dont les charges électriques se repoussent .La plupart des éléments légers possèdent des protons et des neutrons en nombre à peu près égal; les plus lourds sont plus riches en neutrons.

La force qui lie les électrons aux noyaux est l’interaction électromagnétique, régie par la physique quantique. Elle impose que chaque électron se situe à un niveau d’énergie particulier, et les échanges d’énergie se font par sauts entre ces niveaux avec émission ou absorption de rayonnement.

Les particules du noyau, protons et neutrons, sont liées par une force beaucoup plus intense, ’interaction forte. Il existe aussi une interaction faible, très insuffisante pour unir des particules, mais qui intervient dans les mécanismes de la radioactivité, par exemple la dissociation du neutron qui libère un proton, un électron et un neutrino. Cette dernière particule n’a pas de charge électrique et possède une masse excessivement faible. Elle interagit très peu avec les autres particules.

La structure de l’atome explique la classification périodique des éléments: le passage d’un élément au suivant correspond à l’addition d’un proton dans le noyau (éventuellement de neutrons) et d’un électron à l’extérieur. Les électrons se répartissent successivement sur des couches dont la première est saturée par deux électrons, les deux suivantes par 8,les quatrième et cinquième par 18 et les dernières par 32 électrons.

Les atomes dont la couche externe est incomplète s’unissent par mise en commun d’électrons afin d’atteindre un état stable. C’est ainsi que s’établissent les liaisons chimiques dans les molécules. Les noyaux ne jouent aucun rôle actif dans ces liaisons.

5.Radioactivité et réactions nucléaires.

Le radium, dont la durée de demi-vie est de 2440 ans, émet continuellement trois sortes de rayonnements: un rayonnement a, constitué de noyaux d’hélium ou hélions (He2+),à la vitesse de 2000 km par seconde. Ce rayonnement peut traverser quelques cm d’air, et il est faiblement dévié par un champ magnétique. Il est accompagné du rayonnement b formé d’électrons (e-) à la vitesse de 200 000 à 290 000 km par seconde, qui peut franchir quelques mètres d’air et qui est fortement dévié par un champ magnétique.

Ces rayonnements peuvent être détectés par divers moyens: films photographiques, compteurs Geiger sensibles à l’ionisation de l’air; écrans fluorescents; détecteurs à scintillation couplés à des photomultiplicateurs; les chambres de Wilson; les chambres à bulles et plus récemment les chambres à fils de Charpak.

Chaque isotope radioactif se caractérise par sa période ou durée de demi-vie: c’est le temps nécessaire pour que la moitié de ses atomes se dissocie, la durée de vie d’un atome isolé étant aléatoire.

            Périodes de quelques éléments radioactifs

                                   Neutron*                      13 minutes

                                   Carbone 14                   5700 ans

                                   Cobalt 60                       5,9 ans

                                   Radon 222                    3,85 jours

                                   Uranium 235              2 milliards d’années

                                   Uranium 238              4,5 milliards d’années

                                   Uranium 239               20 minutes

                                   Plutonium 239            24 000 ans

                                   *Les neutrons dans les noyaux sont stables

En se dissociant, les noyaux radioactifs se transforment en éléments plus légers. Il peut se produire une cascade de décompositions qui aboutit à un élément stable.  Exemples :

Transformation de quelques éléments radioactifs

                        U 238  ⇒ Ra 226 ⇒Rn 222 +He 4⇒… Pb 206 stable

                        U 235Ac ⇒…⇒Pb 207 stable

                        Th 232 ⇒…⇒ Pb 208 stable

                        Np 237 ⇒…⇒ Bi 209 stable

L’énergie libérée par la radioactivité est liée à une perte de masse. Einstein avait montré que la masse est une forme d’énergie

E = m.C2

C étant la vitesse de la lumière. Si l’on savait transformer intégralement la masse en énergie, une dizaine de kg suffirait à la production annuelle de l’Electricité de France. On en est loin, et seule une faible partie de la masse des matières radioactives est transformée. L’énergie libérée est emportée sous forme d’énergie cinétique des fragments obtenus. En les ralentissant, on récupère cette énergie sous forme de chaleur. La chaleur d’un fluide n’est rien d’autre en effet que l’agitation de ses molécules. Le tableau ci-dessous donne la vitesse moyenne de l’oxygène et de l’hélium à différentes températures. Cette vitesse dépend de la nature du gaz, les molécules plus lourdes étant plus lentes.

Température et vitesse moyenne des molécules

            T = 300°K (27°C)                  v = 500 m/sec (oxygène)

                                                                v = 1400 m/sec (hélium)       

            T = 600°K (327°C)                v = 700 m/sec   (oxygène)

                                                                 v = 2000 m/sec  (hélium)

            T = 600 millions (°K)         v = 2000 km/sec (hélium)

Avec leurs fourneaux à charbon de bois, les alchimistes étaient très loin de remplir les conditions, les centaines de millions de degrés, nécessaires pour provoquer des transmutations.

La radioactivité artificielle s’obtient en bombardant des noyaux stables avec des particules de haute énergie, c’est à dire animées de grandes vitesses, provenant de la radioactivité naturelle, des rayons cosmiques ou des accélérateurs de particules. Le tableau 7 en donne trois exemples.

            La radioactivité artificielle ou provoquée.

                                   Al 27 + He 4  P 30 + n “⇒ Si 30 + e+

                                   Co 59 + n Co 60 + g ⇒ Ni 60 + e + 2g

                                   N 14 + n  C 14 + H

Le premier exemple, qui transforme l’aluminium en phosphore radioactif et celui-ci en silicium est historique(Joliot-Curie). Le second sert à l’obtention du cobalt radioactif; le dernier se produit dans l’atmosphère sous l’effet des rayons cosmiques et transforme l’azote en carbone 14 radioactif utilisé pour la datation des matières carbonées. D’autres transmutations spontanées beaucoup plus lentes, comme celle du potassium radioactif en argon, sont utilisées pour dater des roches anciennes pouvant être âgées de milliards d’années.

    6.La fission de l’uranium.

L’uranium naturel renferme trois isotopes:

U 238              99,3%

U 235              0,7%

U 234              0,008%

L’uranium 238,le plus abondant, se transforme en plutonium après absorption d’un neutron:

U 238 + n ⇒ U 239 ⇒ Np 239 + e

Np 239 ⇒ Pu 239 + e

La durée de vie de l’uranium 239 est de 20 minutes, celle du neptunium 239 de 2,3 jours, et celle du plutonium 239 de 24 000 ans. C’est donc ce dernier qui subsiste en quantités importantes.

L’uranium 235 se comporte différemment: après absorption d’un neutron, il fissionne en éléments plus légers: xénon, césium, baryum, lanthane, cérium, molybdène, niobium…Certains de ces éléments, trop riches en neutrons, donc instables, libèrent de nouveaux neutrons qui provoquent de nouvelles fissions.  minutes) .La réaction se propage et peut s’emballer.

Il existe d’autres éléments fissibles: le plutonium 239 et l’uranium 233.Ce dernier peut s’obtenir par action d’un neutron sur le thorium 232. Le physicien Carlo Rubbia a proposé de construire sur cette base des réacteurs à thorium excités par une source extérieure de neutrons, ce qui supprimerait tout risque d’emballement.

La vitesse des neutrons a une grande influence sur leur comportement: on distingue les neutrons rapides, provenant directement de la fission, et qui favorisent la formation de plutonium à partir de l’uranium 238,et les neutrons lents dits thermiques obtenus après ralentissement, qui sont plus favorables à la fission de l’uranium 235.

7 Les applications.

Les bombes A (atomiques) ont été la première utilisation de la fission. Il fallait disposer de matériel fissile concentré(90% environ)en quantité critique(quelques kg),uranium 235 ou plutonium 239.Réunie brusquement en une masse compacte,  limitée par la masse critique.

Dans les piles et les réacteurs, la masse critique est diluée dans l’uranium 238 non fissile, et la réaction est contrôlée pour éviter l’emballement tout en maintenant la réaction. On a d’abord utilisé l’uranium naturel, puis l’uranium enrichi à environ 3% de l’isotope 235 ou avec du plutonium. Il existe différent dispositifs ou filières résumées dans le tableau                                         

             Les filières

  • Ralentisseurs: Eau; Eau lourde; Graphite.
  •  Refroidissement: Gaz carbonique; Eau; Eau lourde; Sodium.
  •  Contrôle de la fission: Cadmium; Bore.
  •  Combustibles: Uranium 235;Plutonium 239.
  • Neutrons thermiques ou rapides.      

                                               Exemples:

  • Eau lourde Uranium naturel: Pile EL expérimentale de Brennilis (démontée).
  • Graphite Gaz: Anciens réacteurs de l’EDF.
  • Graphite Eau: Tchernobyl.
  • Uranium enrichi Eau: Réacteurs actuels de l’EDF.

                        Ces quatre filières utilisent des neutrons thermiques.

            Uranium 238;Plutonium;Sodium:Phénix et Superphénix (Neutrons rapides).

Les centrales atomiques sont destinées essentiellement à la production d’électricité. Les réacteurs libèrent leur énergie sous forme de chaleur, transmise au moyen de vapeur d’eau comme dans les centrales thermiques classiques, et, comme dans ces dernières, la chaleur ne peut être transformée intégralement en énergie électrique. L’excès de chaleur doit donc être évacuée. On utilise le refroidissement par l’air, par l’eau d’un fleuve ou l’eau de mer, ou sous forme de vapeur d’eau comme dans la centrale du Bugey. Cette chaleur peut aussi être récupérée pour le chauffage urbain et les cultures, mais ne peut être transportée à longue distance, car les pertes seraient trop importantes.

La condition essentielle à réaliser pour le bon fonctionnement d’un réacteur est la gestion des neutrons: il faut se tenir à la limite entre l’arrêt de la réaction et son emballement. Ce contrôle est possible grâce aux neutrons retardés dont on commande la concentration au moyen d’éléments comme le bore ou le cadmium, absorbeurs de neutrons.

Les réacteurs à uranium naturel, pauvres en isotope 235, ne peuvent utiliser l’eau ordinaire comme ralentisseur, car elle absorbe trop les neutrons.  et elle est utilisable.

Le combustible des réacteurs s’empoisonne peu à peu avec les sous-produits de la réaction: il se forme de nombreux éléments capables d’absorber les neutrons, et de plus les enveloppes des barres de combustible se dégradent. Il faut donc les changer bien avant l’épuisement de la matière fissile. Le retraitement du combustible est possible; il permet de récupérer l’uranium restant et le plutonium formé, mais c’est une opération délicate et coûteuse à cause de la forte radioactivité résiduelle.

   8.La fusion thermonucléaire.

Les noyaux d’hydrogène, de ses isotopes le deutérium et le tritium, et de l’hélium 3, peuvent fusionner en hélium 4 .La masse de 4 atomes d’hydrogène est de 1,0079 x 4 = 4,032g; celle de l’atome d’hélium 4 de 4,003g. La différence, de 3% environ, correspond à la masse transformée en énergie. L’énergie libérée par la fission est de 0,8 MeV (mégaélectronvolt) par proton, celle de la fusion D + He3 de2,8 MeV. La fusion de 4 atomes d’hydrogène libèrerait 7 MeV par proton. La fusion est donc plus énergétique que la fission, mais sa réalisation contrôlée est beaucoup plus difficile. On a su réaliser assez rapidement des bombes H (bombes à hydrogène),dont la charge n’est pas limitée par une masse critique comme celles des bombes A, mais l’utilisation de la fusion pour la production d’électricité demandera  encore bien des années, si toutefois on y parvient.

Pour réaliser la fusion, il faut remplir simultanément trois conditions:

  • une concentration suffisante des réactifs,
  • une température et une durée suffisantes.

La température en particulier doit être de plusieurs millions de degrés. Deux sortes de dispositifs sont étudiés, les uns à faible concentration mais à durée plus longue,tels les TOMAWAK, appareils de grande taille où les réactifs gazeux sont concentrés par des champs magnétiques intenses au centre d’un tore et chauffés par des décharges électriques, les autres où les réactifs, enfermés dans un petit volume sont concentrés par implosion au moyen de lasers puissants. On a bien réalisé la fusion par ces procédés, mais on est encore très loin de disposer d’installations industrielles exploitables.

9.Conclusions.

L’énergie nucléaire présente par rapport aux énergies classiques des avantages et des inconvénients.

C’est une forme concentrée d’énergie qui permet d’obtenir dans des installations de dimensions beaucoup plus faibles des puissances très élevées, avec des tonnages de combustibles considérablement plus petits, et un approvisionnement garanti pour longtemps sans les aléas des ressources pétrolières. De plus, il n’y a pas de pollution massive de l’atmosphère par les gaz de combustion (gaz carbonique, oxyde de soufre, oxydes d’azote, fumées).

Elle peut être très dangereuse si elle est mal maîtrisée; les installations sont très complexes, les sous-produits radioactifs très nocifs même en faibles quantités. Le transport, le traitement et le stockage des déchets exigent des précautions extrêmes.

On ne disposera donc pas dans un avenir prévisible d’une source d’énergie qui soit à la fois abondante, peu coûteuse et sans danger.

MINERAUX, MINERAIS ET METAUX. par M André RIO

MINERAUX, MINERAIS ET METAUX.

par M 118-1897_imgAndré RIO

Nature des minéraux.

Les éléments et leurs combinaisons.

Les cristaux.

Les minerais.

Principaux minerais.

Origine géologique des minerais.

Traitement des minerais.

Des minerais aux métaux.

Réduction des oxydes.

Le plomb argentifère.

La sidérurgie.

L’aluminium.

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La croûte terrestre renferme des quantités de minéraux, essentiellement des silicates, mais on y trouve aussi des gisements enrichis en différents composés métalliques, les minerais, à partir desquels on peut obtenir les métaux correspondants.

Nature des minéraux.

Il existe une centaine d’éléments dont la plupart sont des métaux, mais aussi des éléments non métalliques (Fig.1) qui se trouvent combinés aux métaux, et quelques éléments intermédiaires comme l’arsenic, l’antimoine, le bismuth, le silicium. es métaux se caractérisent par leur opacité, leur reflet, a conductibilité de l’électricité et de la chaleur.
ous les éléments non radioactifs sont extrêmement stables, et les rêves de transmutation des anciens alchimistes étaient totalement irréalisables avec les moyens dont ils disposaient. Une légende parmi les anciens mineurs des mines de plomb argentifère prétendait que le plomb se transformait lentement en argent et qu’il suffisait d’attendre, Le plus stable n’est d’ailleurs ni l’argent ni l’or mais le fer dont on dispose abondamment.
Les combinaisons d’éléments, les liaisons entre atomes, sont beaucoup moins stables, et quelques milliers de degrés suffisent pour les détruire toutes. Ce sont ces combinaisons qui font toute la variété des minéraux.(Fig.2).La plupart des métaux se trouvent dans la nature sous forme d’oxydes, e sulfures ou de chlorures.
La composition globale des combinaisons ne renseigne pas sur leur structure. Par exemple le gaz carbonique (CO2) et la silice (SiO2), Fig.3),sont l’un un gaz qui ne se condense qu’à -79°, l’autre un solide qui ne fond qu’à 1750°,mais si le premier est formé de petites molécules de trois atomes, Il en résulte évidemment des propriétés très différentes.
Les silicates d’aluminium et de magnésium, constituants essentiels des roches, ont des structures analogues à celle de la silice, dans laquelle s’intercalent les atomes de ces deux métaux. Il en existe une très grande variété qui peut avoir une forme fibreuse comme l’amiante, lamellaire comme le mica ou le talc, ou le plus souvent tridimensionnelle et rigide. Ces structures peuvent être désordonnées, donc amorphes, comme l’opale, l’agate ou le silex .C’est également le cas des matériaux artificiels: Les céramiques: poteries, faïences et porcelaines obtenues par cuisson d’argile ou de kaolin; des ciments, silicates d’aluminium et de calcium, à partir d’argile et de calcaire, et des verres, silicates de sodium et de calcium.
Cependant, la plupart des minéraux sont cristallins. Ils ont une structure ordonnée où les atomes sont rangés régulièrement, ce qui fait que leur surface présente des facettes planes et des angles définis. Il existe sept systèmes cristallins (Fig.4) qui présentent chacun des symétries particulières. Les cristaux naturels ont pu se former à partir de roches fondues ou de solutions minérales chaudes en profondeur ou froides comme pour les concrétions des grottes.
Les pierres précieuses sont soit des minéraux amorphes, soit des cristaux naturels d’aspect esthétique souvent colorés par des traces de métaux: le rubis est de l’alumine cristallisée colorée par du chrome, le saphir par du titane, ’émeraude par du glucinium. La silice est le constituant du cristal de roche(le quartz) et de l’améthyste ;le grenat est un silicate d’aluminium. Le diamant enfin est une variété de carbone cristallisé.
On sait reproduire artificiellement ces cristaux: le rubis et plus récemment l’émeraude ont été synthétisés, le diamant également, ainsi que le silicium utilisé dans les semi-conducteurs.

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Les principaux minerais.

Minerais de plomb: la galène, sulfure de plomb (SPb).
zinc: la blende, sulfure de zinc (SZn);peut accompagner la galène.
fer: la pyrite, sulfure de fer (SFe),”or des fous”; et des oxydes.
cuivre: la chalcosine, sulfure de cuivre (S2Cu);la chalcopyrite, sulfure double de fer et de cuivre (CuFeS2).
aluminium: bauxite, oxyde de fer et d’aluminium, du gisement des Baux de Provence.
On trouve aussi à l’état natif des métaux peu oxydables: le platine, l’or, et quelquefois l’argent, le cuivre, le mercure.

Géologie des minerais .

La terre s’est formée par accrétion de poussières et d’astéroïdes suivie de fusion, ce qui a provoqué une décantation. Les éléments les plus lourds comme le fer rassemblés au centre constituent la graine solide et le noyau liquide. Au dessus se trouvent le manteau, puis la croûte, constitués de silicates. Tous les autres éléments, beaucoup moins abondants, sont dispersés dans l’ensemble.(Fig.5 et 6).Cependant, des phénomènes géologiques tels que le volcanisme et l’érosion ont permis à certains éléments de se concentrer en divers endroits. L’eau, souterraine ou en surface, et des éléments comme le chlore et le soufre ont joué un rôle important: si la mer est salée, c’est à la suite du lessivage des roches par le ruissellement. L’existence du kaolin est due à la décomposition du feldspath des granites par l’eau, la formation des grottes et de leurs concrétions à la solubilisation puis au dépôt de calcaire par l’eau chargée de gaz carbonique. On a observé aussi au fond des océans la remontée d’eau très chaude et fortement minéralisée qui forme des dépôts au refroidissement, et des concrétions riches en métaux, les nodules, dispersés à grande profondeur.
La tectonique des plaques, déplacement des continents qui flottent sur le manteau, s’accompagne de la remontée de matériaux provenant des profondeurs et d’enfouissement de matières de surface accompagnées de produits volatiles(eau, carbonates, résidus biologiques)qui peuvent resurgir par le volcanisme.
Tous ces effets se conjuguent pour favoriser localement le dépôt de certains éléments; en particulier dans les failles des roches, lieux de passage des eaux ,et dans les sédiments. La solubilité, la densité des matériaux, peuvent favoriser ces dépôts. C’est ainsi que de nombreux métaux se trouvent concentrés dans des gisements exploitables, mais il faut compléter le travail de la nature, car on trouve rarement des minerais à la fois purs et abondants.
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Traitement des minerais.

Les traitements dépendent beaucoup de la valeur, donc de la rareté, des métaux à extraire. Pour des éléments abondants comme le fer ou l’aluminium, on n’exploite que des gisements très riches, tandis que pour des métaux plus précieux comme le cuivre, l’argent ou l’or, dont les gisements riches sont rares, on exploite surtout des gisements pauvres, plus fréquents. Des éléments peu abondants mais concentrés dans des gisements riches comme le plomb et le zinc, sont plus facilement exploitables que des éléments abondants mais disséminés comme le titane. Pour enrichir les minerais, on utilise selon les cas des procédés physiques ou chimiques qui commencent généralement par un broyage suivi d’un tamisage. minerai et sa gangue; celle-ci, souvent plus légère, est entraînée par un courant d’eau. On utilise aussi le flottage qui repose sur la différence de mouillabilité: mélangé à de l’huile et à un produit mouillant, le minerai dispersé dans l’eau remonte en surface et la gangue tombe au fond. On peut aussi quelquefois dissoudre sélectivement le métal: c’est le cas de l’or, soluble dans le mercure ou dans une solution de cyanure. L’alumine est aussi purifiée par dissolution dans une lessive de soude.

 

Passage du minerai au métal.

Après ces traitements préliminaires, on dispose le plus souvent d’un oxyde ou d’un sulfure enrichis sinon purs. Les sulfures sont transformés en oxydes par grillage à l’air, le soufre s’oxydant en gaz sulfureux. Pour libérer le métal, il faut réduire l’oxyde; les métaux les plus oxydables sont les plus difficiles à libérer. L’agent de réduction le plus utilisé est le charbon qui permet d’obtenir très facilement le plomb, l’argent et le cuivre, assez facilement aussi le fer et le zinc. Pour les métaux difficiles à libérer comme l’aluminium, le magnésium et le sodium, on a le plus souvent recours à l’électrolyse, plus coûteuse et qui exige une matière première plus pure.

 

Quelques exemples.

On a longtemps exploité le plomb argentifère de Poullaouen, ainsi que la blende de Huelgoat. Présent sous forme de sulfure(la galène),il était d’abord grillé pour obtenir l’oxyde dont un traitement au charbon à chaud libérait le métal sous forme de plomb impur renfermant un peu d’argent. Le traitement suivant, la coupellation, consistait à ré oxyder le plomb fondu à l’air, ce qui laissait un résidu d’argent métallique moins oxydable. L’oxyde de plomb récupéré était réduit de nouveau pour obtenir le métal.
La sidérurgie produit le fer à partir de son oxyde en mélange avec du coke dans les hauts-fourneaux. Le fonctionnement est continu, et on soutire à la base la fonte surmontée des scories fondues, le laitier constitué de silicates. La fonte est du fer très impur contenant du carbone, du soufre, du phosphore et du silicium. Ces impuretés sont brûlées dans des convertisseurs dans lesquels on souffle de l’air jusqu’à obtenir un acier de qualité voulue.
L’aluminium est obtenu par électrolyse de l’alumine pure extraite de la bauxite, et mélangée avec un fondant, la cryolithe (fluorure d’aluminium et de sodium).Cette industrie est grosse consommatrice d’électricité.

Résumé.

Tous les minéraux sont des assemblages variés d’un petit nombre d’éléments: métaux, oxygène, silicium, soufre…Leurs propriétés sont liées à leur structure ,en particulier la cristallinité.
Les minerais sont des minéraux où se trouvent concentrés certains métaux par l’effet de phénomènes géologiques, ce qui permet leur exploitation.
Le traitement des minerais est à la fois physique: concentration, conditionnement, et chimique: obtention d’oxyde purifié et libération du métal.

«L’Afrique, enjeu de rivalités de puissances»

«L’Afrique, enjeu de rivalités de puissances»

par Alain COLLASalain-collas-_2059447

 

« L’Afrique est-elle mal partie ? » En élargissant à l’ensemble du continent africain le propos tenu dès  1962 par René Dumont sur l’Afrique Noire. Certains spécialistes partagent encore ce point de vue sur ces territoires qui ne semblent connaître que sécheresses, famines, épidémies, guerres civiles et autres désolations.
D autres experts pointent toutefois des signes encourageants laissant à penser que certains pays deviendront sous peu des pays dits « émergents »
Quelle est la réalité ?

A) Un continent avec ses spécificités propres

Conférence de Berlin 1884
Conférence de Berlin 1884

L’Afrique est un continent couvrant 6 % de la surface terrestre et 20 % de la surface des terres émergées. Son PIB représente en 2015 moins de 5% du PIB mondial. Son PIB/hab est inférieur au 1/3 du PIB/hab mondial. La part de l’Afrique en 2012 dans le commerce mondial est inférieur à 3%(pétrole, minerais, produits alimentaires : produits principaux exportés).
Au XIXe siècle, la colonisation partage l’ensemble de ce continent entre les métropoles européennes, la France et le Royaume-Uni au premier chef, le Portugal ,l’Allemagne, la Belgique et l’Italie pour quelques miettes
Dans les années 60, la quasi-totalité des 55 Etats accèdent à l’Indépendance en conservant les tracés de 1884 .

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A1 une démographie galopante

afrique_population-zones– L’Afrique compte actuellement 1,1 milliard d’habitants ; ils seront 1,5 milliard en 2030 et 2 milliards en 2050 soit le 1/5 de la population mondiale.
– 63% ont moins de 25 ans : un véritable réservoir de main-d’œuvre
car de plus le taux d’alphabétisation est proche de celui de la Chine de 1980, au moment de son décollage économique ( avec toutefois de fortes disparités régionales)

A2 des ressources abondantes

L’Afrique dispose sur son territoire des capacités à nourrir ces 2 milliards d’habitants sur la base de son alimentation actuelle.
Par ailleurs le sous-sol de l’Afrique recèle des gisements ( pétrole, minerai, terres rares) qui lui permettent d’assurer afrique-ressources-naturelles1 afrique-carte-indice-de-developpement-humainson développement : certains pays ont en outre un IDH(Indice de Développement Humain) susceptible d’assurer un décollage économique.

 

 

 

 

 

A3 des inégalités profondes

Ces ressources abondantes sont malheureusement loin d’être toutes mises en valeur ou sont tout simplement pillées pour les raisons suivantes :
facteurs géographiques
Des sécheresses à répétition depuis 40 ans conduisant à des famines ont bouleversé les sociétés des pays concernés en entraînant des déplacement de populations : des pasteurs migrent pour rechercher des nouveaux pâturages pour leurs bêtes entrant en conflit avec des agriculteurs sédentaires, faisant renaître des rivalités ancestrales et déstabilisant certains pays
La mondialisation qui a soumis le prix des matières premières alimentaires aux variations de cours mondiaux ( hausse des prix entraînant les émeutes de la faim en 2008 au Cameroun et au Sénégal par exemple)
Une urbanisation, récente, massive et chaotique
.des villes champignons telle que Lagos avec un centre «  sur le modèle occidental  » entouré de bidonvilles où le luxe côtoie la misère la plus profonde sont des lieux de tensions (économiques, ethniques, linguistiques et religieuses)

Nouadhibou
Nouadhibou

.des poches de modernité créées de toutes pièces pour s’intégrer dans la mondialisation ex : Nouhadibou en Mauritanie bâtie sans plan d’urbanisme est un port tourné vers l’export des matières premières. La divergence de mentalités d’ une ville ,nouvelle frontière avec la modernité ,et l’ancienne capitale administrative Nouakchott peut être source de dislocation du pays.

des facteurs historiques
La conférence de Berlin de 1885 a délimité les zones d’influence des pays européens en Afrique .A quelques exceptions près , l’accès à l’indépendance n’a pas remis en cause ces tracés
Par son commerce des esclaves, l’Afrique avait appauvri son continent et favorisé de ce fait la prise de contrôle par les Occidentaux.

Religions en Afrique
Religions en Afrique

La mise sous tutelle par les Européens a laissé des traces :
-sur le plan culturel ( langue française/ langue anglaise, politique,droit…)
-sur le plan religieux (catholicisme/protestantisme)
Les élites traditionnelles sur lesquelles s ‘étaient appuyées les Britanniques ont retrouvé à l’indépendance la totalité des pouvoirs politiques ;
La France avait quant à elle forgé une nouvelle élite dont une partie s’était intégrée aux rouages de la RF( ministre, présidence d’assemblée nationale ), délaissant l’élite traditionnelle.
A l’indépendance, cette nouvelle élite est restée étroitement liée à l’ex-puissance coloniale.
Jusqu’en 1989, l’Afrique avait fait l’objet d’attention de la part de l’Occident qui craignait de voir tomber dans le giron soviétique les nouveaux états indépendants.
A l’effondrement de l’ours russe en 1991 , l’Occident s’est désintéressé de l’Afrique qui a dû affronter des difficultés économiques , les aides au développement étant réduites ou suspendues à des réformes démocratiques .Cette décennie du chaos a été marquée par des guerres civiles, aboutissement paradoxal des processus démocratiques engagés
En 2001, revirement de l’Occident qui craint de voir se développer des bases terroristes sur le sol africain

B l’Afrique , enjeu de nouvelles puissances

richesses-convoiteesb1 sur un plan économique
Longtemps restée le pré-carré des franco- britanniques, lors de la décolonisation (fin des années 50) , le continent s’ouvre à d’autres puissances :
-les USA dès les années 60 : les Compagnies pétrolières Exxon, Mobil s’intéressent essentiellement au pétrole off-shore du golfe de Guinée et au pétrole soudanais
et plus récemment
-La Chine qui convoite le pétrole africain pour assurer son développement économique et les terres fertiles pour alimenter son peuple.
Depuis 2009, la Chine a dépassé les Etats-Unis pour devenir le plus grand partenaire commercial de l’Afrique. En 2012, le volume du commerce chineafriqueChine-Afrique a atteint environ deux fois celui du commerce Etats-Unis-Afrique.
A 200 milliards USD sont évalués les échanges commerciaux entre Chine et Afrique en 2015 ( avec un objectif de doublement d’ici 2020). La Chine importe du pétrole et des minerais des pays producteurs (Angola, Zambie, Afrique du Sud, etc.) et elle exporte ses textiles, ses téléphones ou ses voitures…
2500 sociétés chinoises implantées en Afrique dans les secteurs des mines du pétrole de l’énergie en des télécoms, de la construction et des infrastructures de transport.
land-grabingLe montant des financements publics chinois s’est élevé à 75 milliards USD en Afrique entre 2000 et 2011. Pékin a séduit de nombreux Etats africains en leur proposant une offre cousue main : les services de ses entreprises et son aide financière. aide liée, qui sert à acheter des biens ou des services chinois. Toutefois, si la Chine n’est pas rebutée par les régimes dictatoriaux , elle n’apporte pas les retombées économiques que pourrait attendre l’Afrique : en effet elle importe ses machines de l’empire du milieu, emploie des salaries chinois payés au tiers du salaire chinois…

-l’Inde
1,3 million d’Indiens sur le continent
en forte progression, le commerce entre l’Inde et le continent totalise un volume d’un peu plus de 60 milliards de dollars en 2015 (+ 42 % depuis 2008).
Avec retombées économiques dans les pays concernés

-le Vietnam

Tous produits et secteurs confondus , les échanges globaux entre le Vietnam et l’Afrique (exportations et importations) auraient totalisé $ 14,5 milliards en 2015, dont $ 3,5 milliards d’exportations vietnamiennes, en hausse de 200% par rapport à 2010.

-l’Allemagne en investissant dans le secteur automobile à l’intention d’une nouvelle classe moyenne supérieure en cours d’émergence
-le Brésil dans les ex-colonies portugaises

-la France
ses intérêts ne sont pas négligeables puisqu’ils représentent 17% de ses exportations (28 milliards d’euros en 2011 et 26 milliards pour les importations).
Toutefois , la France semble dépassée sur le plan économique et son influence s’appuie sur ses interventions militaires comme à l’heure actuelle au Mali et en Centre Afrique,
B2 sur le plan politique
Les puissances émergentes essaient de créer des zones d’influence en vue d’orienter les votes dans des organisations type ONU.

C) conséquences actuelles et à long terme sur le continent africain

  • afrisue-et-petrolepétrole et conflits
    Sur le long terme, la raréfaction du pétrole et en voie de conséquence la remontée des prix rendront rentables des gisements inexploités à l’heure actuelle : la lutte pour le contrôle de ces gisements va mener à la déstabilisation politique de certains états : conflits à venir.
  •  émigration – drogue
    La forte croissance démographique, si elle n’est pas accompagnée d’une croissance économique équivalente va mettre sur les routes de l’exode des millions de jeunes africains.
    Par ailleurs la drogue en provenance de l’Amérique latine transite par l’Afrique pour arriver en Europe, flux-migratoiresempruntant au passage les mêmes circuits que ceux de l’émigration et alimentant le commerce des armes sur ces lieux (Touareg en révolte contre l’état central, djihadistes de tout poil)
    les conflits religieux
    L’avancée de l’islam dans sa version la plus radicale sur des territoires christianisés et occidentalisés s’appuie sur la misère et le manque de perspectives des peuples africains. (politique ambiguë de l’Algérie qui conforte sur sa bande saharienne certains groupes terroristes pour bénéficier de fonds américains de lutte contre le terrorisme… )

Des incertitudes pèsent donc sur l’avenir de l’Afrique

popdensitesafriquea)Des pays à fort potentiel de développement tels que le Nigeria, l’Ethiopie, le Maroc pourraient devenir des pays émergents mais ils ne sont pas à l’abri d’instabilités politiques qui pourraient réduire à néant tout espoir de développement
b)l‘Afrique a fourni un effort important de scolarisation et de formation : cette classe moyenne supérieure restera-t-elle dans les pays occidentaux où elle a été formée ou reviendra elle en Afrique : le développement futur peut s’évaporer par manque de capital humain
c)alimentation de la population africaine
L’Afrique a le potentiel pour nourrir ses 2 milliards d’habitants à condition que :
.les cultures végétales traditionnelles ( manioc, blé) restent les produits de base
.les excédents occidentaux ne viennent pas détruire par des prix cassés les productions locales
.la maîtrise de l’eau soit optimisée ( puits, barrages adaptés…)

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afrique-conflitsL’Afrique pourra-t-elle un jour prendre véritablement en main sa propre destinée  ? Rien n’est moins sûr? (le potentiel existe au Nigéria, au Maroc ou en Ethiopie notamment, l’ Afrique du Sud étant un cas à part). Mais la multiplication des intervenants économiques d’origine étrangère en compétition dans l’accaparement des ressources naturelles risque d’ exacerber  la déstabilisation politique sur le continent.
Les pays abondamment dotés en ressources naturelles voient leurs institutions sapées par les comportements de recherche de rentes et le clientélisme(malédiction de la rente!), or le capital institutionnel s’avère déterminant dans la trajectoire de croissance à long terme et de décollage économique.

Par ailleurs, la quarantaine d’interventions militaires françaises sur le continent depuis 1960 n’est pas également un signe encourageant. Les budgets alloués à ces interventions(qui s’avèrent incapables d’aboutir à des solutions politiques durables) ne seraient-ils pas plus utiles dans des projets d’aides au développement (de l’agriculture notamment)? Car seul le développement économique est à même de vaincre la misère , terreau des rébellions et du terrorisme;

 

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Réf CYJ16oct1

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caravanes en Afrique
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