Karamö, le prof virtuelLeçon 14 sur 19
Formation et exploitation de la bauxite
Je sais expliquer comment la bauxite se forme par altération tropicale, décrire son exploitation en Guinée et sa transformation en alumine puis en aluminium, et faire les calculs de rendement correspondants.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 3 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir la bauxite et citer ses minéraux
- Expliquer la formation de la bauxite (latéritisation, lessivage de la silice, conditions de climat, de relief et de temps) et décrire un profil latéritique
- Décrire l'exploitation de la bauxite en Guinée (sondages, découverture, abattage, transport, exportation)
- Expliquer la transformation en alumine (procédé Bayer) et en aluminium (électrolyse) et calculer des masses
Avant de commencer : Les leçons « Étude du granite » (altération des feldspaths), « La pédologie » (sols ferrallitiques, cuirasses) et « Formation et exploitation des ressources géologiques » (gisement, teneur, découverture).
1Je découvre
À Sangarédi, dans la préfecture de Boké, Fanta regarde depuis la colline une immense fosse à ciel ouvert. D'énormes pelles chargent des camions d'une roche rouge et ocre, criblée de petits trous et de grains arrondis. Au loin, un train de plusieurs dizaines de wagons s'éloigne vers le port de Kamsar.
Son oncle, qui travaille à la mine, lui explique : « Cette roche, c'est la bauxite. Elle ne vient pas des profondeurs : elle s'est formée ici même, à la surface, pendant des millions d'années, à partir des roches du plateau pourries par la pluie et la chaleur. Ensuite, dans d'autres pays, on en tire l'aluminium des casseroles, des tôles et des canettes. »
Fanta se pose deux questions : comment la pluie peut-elle fabriquer une roche aussi riche en aluminium ? Et pourquoi la Guinée en possède-t-elle autant ?
Comment la bauxite se forme-t-elle, comment l'exploite-t-on en Guinée et comment la transforme-t-on en aluminium ?
2Je comprends
1. Qu'est-ce que la bauxite ?
La bauxite est une roche sédimentaire résiduelle, riche en hydroxydes d'aluminium. C'est le principal minerai d'aluminium du monde. Son nom vient du village des Baux, en France, où elle a été décrite pour la première fois.
Elle est constituée surtout de :
- gibbsite Al(OH)3 (le minéral dominant des bauxites guinéennes) et parfois de boehmite AlO(OH) ;
- oxydes et hydroxydes de fer (hématite, goethite), qui lui donnent sa couleur rouge, ocre ou brune ;
- d'un peu de kaolinite (argile) et de quartz, considérés comme impuretés.
Sa teneur en alumine (Al2O3) est habituellement comprise entre 40 et 60 %. Plus elle contient d'alumine et moins elle contient de silice, plus elle a de valeur.
Aspect : roche rouge, ocre ou blanchâtre, souvent poreuse (vacuolaire), parfois formée de petits grains arrondis (pisolithes), assez légère (masse volumique apparente voisine de 2 t/m³), sans effervescence à l'acide.
2. La formation de la bauxite : la latéritisation
La bauxite naît de l'altération très poussée de roches contenant de l'aluminium (granites, syénites, dolérites, schistes, argiles…) sous un climat tropical humide. Ce processus s'appelle la latéritisation (ou ferrallitisation).
Rappel : l'altération des silicates. L'eau de pluie attaque les feldspaths et les autres silicates. Le sodium, le potassium, le calcium et le magnésium passent en solution et sont emportés. Il se forme d'abord de la kaolinite, argile qui contient encore de la silice.
L'étape décisive : le départ de la silice. Si l'altération continue très longtemps, avec beaucoup d'eau qui traverse le sol, même la silice de la kaolinite finit par être dissoute et emportée : c'est le lessivage (ou désilicification). L'aluminium et le fer, très peu solubles dans ces eaux, restent sur place et se concentrent sous forme d'hydroxydes : la roche devient une bauxite. C'est un enrichissement relatif : on n'ajoute pas d'aluminium, on enlève tout le reste.
Simplifié, on peut écrire : kaolinite + eau → gibbsite + silice dissoute :
Al2Si2O5(OH)4 + 5H2O → 2Al(OH)3 + 2H4SiO4.
- 1Roche mère riche en aluminium (granite, dolérite, schiste, syénite)
- 2Altération des feldspaths : départ du sodium, du potassium, du calcium ; formation de kaolinite
- 3Lessivage prolongé : la silice de la kaolinite est dissoute et emportée par l'eau
- 4L'aluminium et le fer, peu solubles, restent et se concentrent en hydroxydes
- 5Bauxite (gibbsite + oxydes de fer), souvent coiffée d'une cuirasse
Les conditions nécessaires.
- Un climat chaud et humide, avec de fortes pluies et, de préférence, une alternance de saison des pluies et de saison sèche : la chaleur accélère les réactions, l'eau abondante lessive, la saison sèche favorise la concentration et le durcissement des hydroxydes.
- Un bon drainage : l'eau doit traverser le sol et s'évacuer pour emporter la silice. C'est le cas sur les plateaux et les reliefs tabulaires, bien drainés, et non dans les bas-fonds où l'eau stagne.
- Une roche mère riche en aluminium et pauvre en quartz de préférence.
- Beaucoup de temps : des millions d'années de stabilité, sans que l'érosion ne décape le profil.
La Guinée réunit toutes ces conditions : climat tropical humide aux saisons contrastées, grands plateaux anciens et stables (Guinée maritime, Fouta-Djallon), roches mères favorables (dolérites, schistes, syénites des îles de Loos) et une très longue histoire d'altération. C'est pourquoi elle possède des gisements de bauxite parmi les plus importants du monde.
3. Le profil latéritique
Une coupe dans un plateau bauxitique montre, de haut en bas :
| Niveau | Description |
|---|---|
| Sol et cuirasse | sol mince ; cuirasse ferrugineuse ou bauxitique dure (bowal) |
| Bauxite | roche rouge ou ocre, riche en gibbsite, souvent de quelques mètres à une dizaine de mètres d'épaisseur |
| Argile tachetée | kaolinite tachetée de rouge (fer), encore riche en silice |
| Altérite (saprolite) | roche mère décomposée, qui garde sa structure mais s'effrite |
| Roche mère saine | granite, dolérite, schiste… |
Exemple
Une bauxite contient 50 % d'alumine Al2O3. Calcule la masse d'aluminium contenue dans 1 t de cette bauxite. (Al = 27 g/mol ; O = 16 g/mol.)
Masse molaire de Al2O3 : 2 × 27 + 3 × 16 = 54 + 48 = 102 g/mol.
Part de l'aluminium dans l'alumine : 54 ÷ 102 ≈ 0,529, soit 52,9 %.
Alumine dans 1 t de bauxite : 1 000 × 0,50 = 500 kg.
Aluminium : 500 × 54 ÷ 102 ≈ 264,7 kg.
Il faut donc au minimum 1 000 ÷ 264,7 ≈ 3,8 t de cette bauxite pour obtenir 1 t d'aluminium (en pratique un peu plus, à cause des pertes).
4. L'exploitation de la bauxite en Guinée
La bauxite guinéenne est exploitée depuis des décennies, notamment dans les régions de Boké (Sangarédi et d'autres sites), de Fria et de Kindia. D'autres gisements existent dans le Fouta-Djallon et ailleurs.
- 1Sondages en maille régulière : épaisseur de la bauxite, du stérile, teneur en alumine et en silice
- 2Déboisement et décapage de la découverture (sol, cuirasse stérile), mise en réserve de la terre végétale
- 3Abattage : explosifs ou engins, puis chargement dans des camions
- 4Concassage, parfois séchage pour réduire l'humidité
- 5Transport par train ou par camion jusqu'au port (Kamsar, Conakry…)
- 6Exportation par bateau, ou transformation en alumine
- 7Réhabilitation : remblai, remise de la terre végétale, reboisement
Comme la bauxite forme une couche proche de la surface, l'exploitation se fait à ciel ouvert, par fosses successives. Le rapport entre le volume de stérile à enlever et le volume de minerai (le rapport de découverture) est un critère important de rentabilité.
La plus grande partie de la bauxite guinéenne est exportée brute. Une partie a été transformée sur place en alumine, notamment à l'usine de Fria, la première usine d'alumine d'Afrique, mise en service vers 1960. Transformer davantage la bauxite en Guinée rapporterait plus de valeur et d'emplois au pays.
5. De la bauxite à l'aluminium
Étape 1 : de la bauxite à l'alumine (procédé Bayer). La bauxite broyée est attaquée à chaud par une solution de soude (hydroxyde de sodium) : l'aluminium passe en solution, alors que les oxydes de fer et les impuretés restent solides et forment les boues rouges, déchets à stocker avec précaution. Refroidie, la solution laisse précipiter de l'hydroxyde d'aluminium, qu'on calcine (chauffe à haute température) pour obtenir l'alumine Al2O3, poudre blanche.
Étape 2 : de l'alumine à l'aluminium (électrolyse). L'alumine est dissoute dans un bain fondu de cryolithe vers 950 °C, et décomposée par un courant électrique très intense : l'aluminium métallique se dépose au fond de la cuve. Cette étape consomme énormément d'électricité ; c'est pourquoi les usines d'aluminium s'installent là où l'électricité est abondante et bon marché, par exemple près de grands barrages hydroélectriques.
En ordre de grandeur, il faut 4 à 5 t de bauxite pour produire environ 2 t d'alumine, qui donnent 1 t d'aluminium.
- Bauxite
- Alumine Al2O3
- Aluminium Al
- minerai extrait, 40 à 60 % d'alumine
- procédé Bayer (soude, chaleur), déchet : boues rouges
- électrolyse, très forte consommation d'électricité
Méthode
Pour les calculs sur la bauxite :
- Masse d'alumine = masse de bauxite × teneur en Al2O3.
- Masse d'aluminium = masse d'alumine × 54 ÷ 102 (part de Al dans Al2O3).
- Si un rendement est donné, je multiplie par ce rendement.
- Pour un volume de gisement : masse = volume × masse volumique.
- Je convertis les unités (1 t = 1 000 kg) et je vérifie l'ordre de grandeur (environ 4 t de bauxite pour 1 t d'aluminium).
Usages de l'aluminium : léger, bon conducteur, inoxydable en pratique, recyclable à l'infini : tôles de toiture, casseroles, câbles électriques, avions, voitures, emballages.
3Je retiens
Je retiens
La bauxite est une roche sédimentaire résiduelle, principal minerai d'aluminium, formée surtout de gibbsite Al(OH)3 et d'oxydes de fer ; teneur en alumine habituelle : 40 à 60 %.
Elle se forme par latéritisation : altération poussée des roches alumineuses, départ des bases puis de la silice (lessivage), concentration relative de l'aluminium et du fer.
Conditions : climat chaud et humide à saisons contrastées, plateaux bien drainés, roche mère alumineuse, très longue durée.
Profil : cuirasse, bauxite, argile tachetée, altérite, roche mère.
Exploitation à ciel ouvert en Guinée (Boké, Fria, Kindia) : sondages, découverture, abattage, transport, exportation, réhabilitation.
Bauxite → alumine (procédé Bayer, déchet : boues rouges) → aluminium (électrolyse, beaucoup d'électricité) ; environ 4 à 5 t de bauxite pour 1 t d'aluminium.
Part de Al dans Al2O3 : 54 ÷ 102 ≈ 52,9 %.
4Erreurs fréquentes
- Croire que la bauxite vient d'un magma profond : elle se forme en surface, par altération, c'est une roche résiduelle.
- Dire que la pluie « apporte » l'aluminium : l'aluminium était déjà dans la roche mère ; c'est le départ des autres éléments qui le concentre.
- Confondre bauxite, alumine et aluminium : minerai, oxyde (poudre blanche), métal.
- Oublier que l'alumine ne contient que 52,9 % d'aluminium : 1 t d'alumine ne donne pas 1 t d'aluminium.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Définis la bauxite et cite ses principaux minéraux.
b) Pourquoi la bauxite se forme-t-elle surtout sur des plateaux bien drainés ?
c) Qu'appelle-t-on boues rouges ?
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a) La bauxite est une roche sédimentaire résiduelle riche en hydroxydes d'aluminium, principal minerai d'aluminium. Minéraux : gibbsite Al(OH)3 (et boehmite), oxydes et hydroxydes de fer (hématite, goethite), un peu de kaolinite et de quartz.
b) Sur un plateau, l'eau de pluie traverse le sol et s'écoule facilement : elle peut emporter la silice et les bases dissoutes. Dans un bas-fond mal drainé, l'eau stagne, se charge en silice et le lessivage ne se fait pas.
c) Ce sont les résidus solides du procédé Bayer : oxydes de fer et impuretés de la bauxite, qui ne se dissolvent pas dans la soude. Ils sont très alcalins et doivent être stockés avec précaution.
2Exercice 2
Remets dans l'ordre les niveaux d'un profil latéritique, de la surface vers la profondeur : roche mère saine, bauxite, altérite, cuirasse, argile tachetée.
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Cuirasse, bauxite, argile tachetée, altérite, roche mère saine.
3Exercice 3
Une bauxite contient 45 % d'alumine.
a) Calcule la masse d'alumine contenue dans 2 000 t de bauxite.
b) Calcule la masse d'aluminium qu'on pourrait en tirer (arrondie à la tonne), avec 54 ÷ 102 pour la part d'aluminium.
c) Le rendement global des usines est de 95 %. Quelle masse d'aluminium obtient-on réellement ?
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a) 2 000 × 0,45 = 900 t d'alumine.
b) 900 × 54 ÷ 102 ≈ 476,47, soit environ 476 t d'aluminium.
c) 476,47 × 0,95 ≈ 452,6, soit environ 453 t d'aluminium.
4Exercice 4
Un bloc de gisement mesure 200 m × 150 m. La bauxite a 6 m d'épaisseur sous 2 m de stérile. La masse volumique de la bauxite est de 2 t/m³.
a) Calcule le volume de stérile et le volume de bauxite, puis le rapport de découverture.
b) Calcule la masse de bauxite.
c) Un train de minerai transporte 6 000 t. Combien de trains faut-il pour évacuer ce bloc ?
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a) Surface : 200 × 150 = 30 000 m². Stérile : 30 000 × 2 = 60 000 m³. Bauxite : 30 000 × 6 = 180 000 m³. Rapport de découverture : 60 000 ÷ 180 000 ≈ 0,33 (1 m³ de stérile pour 3 m³ de bauxite).
b) 180 000 × 2 = 360 000 t de bauxite.
c) 360 000 ÷ 6 000 = 60 trains.
5Exercice 5
(Type composition) « La Guinée possède d'immenses réserves de bauxite, mais elle exporte surtout la roche brute. »
a) Explique pourquoi le climat et les paysages de la Guinée ont favorisé la formation de bauxite.
b) Décris les deux étapes de transformation de la bauxite en aluminium.
c) Donne deux avantages et une difficulté d'une transformation de la bauxite en Guinée même.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) La Guinée a un climat tropical chaud et humide, avec de fortes pluies et une saison sèche marquée : l'altération des roches y est intense et le lessivage important. Ses grands plateaux anciens et stables (Guinée maritime, Fouta-Djallon) sont bien drainés, ce qui permet à l'eau d'emporter la silice, et ils ont été épargnés par l'érosion pendant des millions d'années. Les roches mères (dolérites, schistes, syénites) sont riches en aluminium. L'aluminium et le fer se sont donc concentrés sur place : c'est la bauxite.
b) D'abord, le procédé Bayer : la bauxite est attaquée à chaud par la soude ; l'aluminium passe en solution, les impuretés forment les boues rouges ; on fait précipiter l'hydroxyde d'aluminium, qu'on calcine pour obtenir l'alumine. Ensuite, l'électrolyse : l'alumine dissoute dans la cryolithe fondue est décomposée par le courant électrique, et l'aluminium métallique se dépose.
c) Avantages : davantage de valeur ajoutée et de revenus pour le pays ; création d'emplois qualifiés et d'industries. Difficulté : l'électrolyse exige énormément d'électricité (il faudrait de grands barrages), et le procédé Bayer produit des boues rouges à gérer sans polluer.
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6Je vérifie
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