Cours sve3 géoressources. (2)

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Cours sve3 géoressources. (2)

  1. 1.  Un sol est une pellicule daltération recouvrant une roche; il est formédune fraction minérale et de matière organique (humus). Un sol prendnaissance à partir de la roche puis il évolue sous laction des facteurs dumilieu, essentiellement le climat et la végétation. La pédologie est létudedes sols. La pédogénèse est la formation et lévolution des sols. Le sol apparait,sapprofondit et se différencie en strates superposées, les horizonspédologiques, qui forment le profil pédologique. Il atteint finalement un étatdéquilibre avec la végétation et le climat. Classiquement, les principauxhorizons sont les suivants :  Horizon A : horizon de surface à matière organique (débris de végétaux),  Horizon C : roche peu altérée,  Horizons B : horizons intermédiaires apparaissant dans les sols évolués. Les sols peu évolués ont un profil AC, les sols évolués ont un profil ABC.Les horizons B sont formés par laltération de la roche ou par lesmouvements de matière depuis A.
  2. 2. Dynamique de formation d’un sol : La formation d’un sol résulte de l’action combinée sur la roche des agentsatmosphériques (précipitations, température, vent, …), de la couverturevégétale et de l’action des autres organismes vivants (bactéries,champignons, mammifères, fouisseurs, …). Le développement du sol se propage avec le temps en couches superposées appelées horizons formant un profil caractéristique du milieu, dépendant de l’action conjuguée du climat et de laProfil général pédologique d’un sol végétation. Horizon 0 : Litière composée de restes de végétaux et d’animaux morts ;  Horizon A : Horizon organo-minéral, souvent appauvri en M.O. par voie de lessivage (éluviation) ;  Horizon B : Horizon résultant de l’altération de la roche mère, souvent enrichi en éléments fins par illuviation ;  Horizon C : Matériau originel au dépend duquel les horizons A et B se sont formés ;  Horizon R : Roche mère (substratum).
  3. 3. Nomenclature des sols : horizons et profil d’un solLa circulation verticale de l’eau dans un sol, vers le bas (etaussi vers le haut), organise celui-ci en couches horizontalesou horizons.Chaque horizon est caractérisé par sa compositionchimique, organique et minéralogique, et par ses propriétésphysiques (couleur, cohérence, compacité, proportions desable, de silt et d’argile…).Une séquence caractéristique d’horizons qui se développedans des conditions données forme un profil pédologique. On utilise alors des lettres majuscules (A, B…) et dessuffixes minuscules (Ae, Bf…) pour désigner les horizons etles sous-horizons. Les 4 principaux horizons sont, de haut en bas :  l’horizon O (ou L – F – H), composé de M.O. en voie de décomposition,  l’horizon A, composé de M.O. et de minéraux = zone de lessivage des minéraux solubles et de certains produits d’altération (ex. les argiles) et/ou d’accumulation de M.O.,  l’horizon B, composé de M.O. et de minéraux = zone d’accumulation de M.O. et/ou de produits d’altération (argiles, hydroxydes de fer, carbonates…),  l’horizon C = la zone minérale (lithologie) qui assure la transition de la roche- mère aux horizons organo-minéraux, on y reconnaît encore la roche-mère.
  4. 4.  On appelle humus les produitsorganiques de l’activité des microbes : cesont des matières gélatineuses brun foncéà noir. Ces composés colorent l’eau quitraverse le sol quand on arrose une planteen pot ; ils tachent les doigts et les rendentcollants quand on travaille le sol. On dit donc que la transformation de lamatière organique par les microbesprocède par minéralisation (les produitssont du CO2 et des ions NH4+, NO3-…) et parhumification (les produits formantl’humus). Notons que l’humus est lui-même de lamatière organique et qu’il n’échappe pas àl’activité des microbes.
  5. 5. Principaux facteurs contrôlant la pédogénèse :o Altération physique et chimique de la roche mère (en fonction de latempérature, de l’humidité, des organismes, de la M.O., …) ;o Intensité des apports bio-géo-chimiques et de la mobilité de certainessubstances : apports organiques de surface, migrations par entraînement deséléments solubles, vers le bas (lessivage) ou vers le haut (évapo-transpiration) ;o Importance de l’activité biologique et surtout microbienne telle que lanitrification (cycle chimique du nitrate, fixation dans le sol de l’azote gazeuxpar les bactéries) ;o Mécanismes d’entraînement mécanique des particules du sol (processusd’érosion).Principaux types de sols :o Sols bruts : ex. le lithosol ;o Sols peu évolués : ex. ranker ;o Sols évolués : ex. sols bruns forestiers plus ou moins lessivés ; podzol.
  6. 6. Ranker sur éboulis siliceux Lithosol sur granite Quelques types de sols de référenceSol brun Sol alluvial Sol brun
  7. 7.  Outre le climat, la nature de la roche-mère intervient sur les caractères de lafraction minérale. En climat équatorial, les granites altérés donnent de la kaolinite,alors que les roches basiques, plus riches en cations, donnent de préférence dessmectites. La topographie a également un rôle important sur la qualité du drainage.Sur roches calcaires, se forme un type de sol particulier, les Rendzines.Evolution de la pédogénèsesuivant la latitude (zonationclimatique)
  8. 8. Différentes processus de l’évolution des sols au cours du temps : 0 < t < 40°C Facteurs climatiques Facteurs biologiques Facteurs bio-géo- Humidité, humectation / (végétaux, animaux, champignons, chimiques (lithologie, dessiccation, gel-dégel, chaleur microorganismes, …) chimisme, pH, eH, …) Roche mère 2,0 à 2,5 ~1,3 g/cm3 g/cm3 Décompactage
  9. 9. L’arrangement des particules du sol (structure) détermine des vides (porosité) dont l’origine est liée à des mécanismes physiques (fissures) notamment liés à l’évapo-transpiration.Les pores d’origine biologique sont liésà la faune du sol et aux racines desplantes.Le travail du sol (culture) a aussi pourbut de créer une porosité et d’affinerle sol, de l’aérer, de faciliter lagermination et l’enracinement desplantes.
  10. 10. Relations texture /perméabilité dans un sol : La texture d’un sol dépendde la taille des particulesminérales qui le composent. 3 grandes classes departicules :  Sables : 0,05 – 2 mm ;  Limons (silts) : 0,002 – 0,05 mm ;  Argiles : < 0,002 mm En fonction de la texturedes sols, on peut distinguer :  A = sols très perméables ;  B = sols perméables ;  C = sols peu perméables ;  D = sols imperméables.
  11. 11. Principaux processus de dégradation des sols :  Erosion hydrique et éolienne,  Sécheresse + salinisation,  Mauvaises pratiques agraires,  Déforestation, surpâturage, incendies de forêts, …  Aménagements non conformes à l’équilibre des systèmes pédologiques, …
  12. 12. Erosion hydrique :Quelques exemples d’érosion des sols par les écoulements : Splash des gouttes Ruissellement en nappe Ruissellement concentré (rides) Ravinement Erosion latérale des berges fluviales
  13. 13. Impacts indirects induits par l’érosion des sols : Versant Erosion des sols Accroissement de la fourniture ComblementCours d’eau sédimentaire aux cours d’eau des réservoirs Pollution des eaux marines Océan
  14. 14. Localisation des zones majeures d’érosion éolienneet principaux déplacements de poussière à la surface du globe :
  15. 15. Salinisation des sols en zone aride : Salinisation naturelle des sols par :  Précipitations salées dans les zones côtières (6-8 kg/an.ha) ;  Remontée d’eau de nappes salées près de la surface (< 2 m) ;  Remontée d’eau de nappes douces entrainant la dissolution des sels contenus dans les formations lithologiques ;  Présence de sel en surface provenant d’anciennes mers intérieures asséchées depuis plusieurs millions d’années, … Par ailleurs, en régions arides, la faiblesse des précipitations ne favorise aucune forme de lessivage des sols permettant l’évacuation des sels.
  16. 16. Ressources en sols en Tunisie :
  17. 17. Chapitre IIILes Ressources minérales et énergétiques
  18. 18. Notions de basesur les énergies
  19. 19. L’Energie Lumineuse Eclairage photovoltaïqueElle est obtenue à partir de la chaleur. Plus leniveau d’éclairage est élevé, plus le procédéet la technologie sont complexes et coûteux : Bougie Lampe à pétrole Lampe à butane Lampe électrique …
  20. 20. L’Energie Mécanique Dans les transports, plus la vitesse à obtenir est élevée, plus le procédéet la technologie sont complexes et chers, et plus laconsommation d’énergie est élevée.Les moteurs thermiques : automobiles, mobylettes,motos, cars, bus, trains, avions, bateaux, tracteurs, machinesà vapeur, moteurs à combustioninterne (diesel, à explosion), turbines, …Les moteurs électriques :voitures, tramways, trains,électroménagers, automatisme,industrie, …
  21. 21. L’Energie Informationnelle Elle est actuellement en pleine expansion. Elle est généralement obtenue à partir del’électricité moyennant différentes technologies :Radio TélévisionTélécommunications(Téléphone et Fax) Informatique Réseaux Internet
  22. 22. Mode de production d’énergie Energie Energie thermique mécanique Energie électrique Combustion  Voie thermique Energie solaire (Centrale thermique,(+ Capteur thermique)  Moteur thermique Réacteur nucléaire centrale nucléaire)  Moteur électrique  Voie hydraulique  Eolienne (Centrale hydraulique)  Voie photovoltaïque (Photopiles)
  23. 23. Principaux avantages et inconvénients des différents types de combustibles
  24. 24. Avantages Inconvénients 1 - Réserves limitées, 2 - Pollution atmosphérique (CO2 et CH4 : effet de serre),Combustibles fossiles 1 - Utilisation pratique, 3 - Imbrûlés HC, CO, CH4 génèrent 2 - Rapidité de l’ozone à la surface de la terre et dégagement d’énergie, créent des problèmes 3 - Grande disponibilité, respiratoires, 4 - Technologie de 4 - Le soufre contenu dans les stockage maîtrisée, combustibles est responsable de la 5 - Diversification des corrosion des installations applications, … thermiques et des pluies acides, 5 - Les additifs de l’essence à base de plomb ont des conséquences néfastes sur le système nerveux, …
  25. 25. Avantages Inconvénients 1 – L’exigence de la maîtrise sans faille de technologies de pointe, 1 - Décentralisation : 2 - Les déchets nucléaires posentCombustibles nucléaires les centrales nucléaires encore de sérieux problèmes peuvent être installées d’environnement et de santé partout, publique (contamination indépendamment des dangereuse pour l’homme), gisements et des 3 - Leur utilisation est encore centres limitée à un petit nombre de pays, d’enrichissement, leur généralisation n’est pas pour 2 - Bon rendement : demain et de nombreux progrès l’Uranium naturel technologiques et de sécurité produit une énergie de restent à faire, 116 000 kWh/kg 4 - Luranium est épuisable, 5 – le problème de l’arme nucléaire reste entier, …
  26. 26. Luranium sous la forme sous laquelle il estutilisé comme combustible dans les centralesnucléaires. Deux de ces pastilles permettent deproduire la quantité de courant nécessaire à unménage de quatre personnes pendant un an.
  27. 27. Avantages Inconvénients 1 – Sources inépuisables : Au moins à l’échelle deEnergies Renouvelables la civilisation humaine, Leur utilisation étant encore très le soleil, la géothermie limitée, même si on assiste depuis et les vents sont des quelques années à une explosion sources dénergie de leur marché, une plus grande inépuisables, généralisation de leur emploi exige 2 – Energies propres d’énormes progrès techniques et et disponibles : technologiques et une plus grande Les nouvelles formes acceptation sociétale. d’énergie sont propres à l’emploi et bien réparties à l’échelle de la Planète.
  28. 28. Combustibles fossiles Nouvelles énergies Développement de nouveaux La préservation des procédés industriels plus ressources énergétiques accessibles permettant la fossiles et la réduction desExigences et orientations généralisation des énergies émissions polluantes exigent renouvelables (en particulier, la rationalisation drastique dans les pays en de la consommation de ces développement) permettant combustibles par voie de : 1 – d’un meilleur Contrôle et 1 – d’optimiser les procédés d’une optimisation des de consommation procédés et des installations (minimisation du gaspillage de combustion, et amélioration des 2 – de réduction de la rendements de conversion), consommation et de 2 – de favoriser une combustions les plus production énergétique la complètes possibles. plus propre possible.
  29. 29. Caractérisation de l’énergieLes choix énergétiques sont toujours fondés sur deux aspectsquantifiables : Le rendement théorique de production d’énergie, Les coûts réels de production.Quel que soit le processus de production de l’énergie, l’efficacitéénergétique dépend du Rendement Théorique de Productiond’Energie (R) qui est exprimé par le rapport : R = Energie produite / Energie utilisée
  30. 30. Les énergies fossiles : une parenthèse dans l’histoire de l’humanité?
  31. 31. Quels besoins d’énergie pour demain ?
  32. 32. Réserves mondiales d’énergie
  33. 33. Ressources énergétiques non renouvelables: les hydrocarburesJ-M R. D-BTP 2006 44
  34. 34. Appareil de forage quutilisait la CGC pour chercher du pétrole et du gaz dans les Prairies, à Victoria, en Alberta, en 1898. Cet appareil rudimentaire na pas permis datteindre plus de 552 m de profondeur.L’exploration et l’exploitation des ressources pétrolières est avant toutl’histoire d’un extraordinaire progrès scientifique, technique ettechnologique de l’Humanité.Vue dinstallations etdéquipements pétroliers àPrudhoe Bay dans la NationalPetroleum Reserve of Alaska(Source : NPRA).
  35. 35. Unités particulières d’usage dans le domaine du pétrole : 1 gal (US) 3,785 litres (gallon américain) 1 gal (UK) 4,546 litres (gallon impérial) 1 baril 42 gallons US 1 baril 159 litres 1 tep 11 620 kWh (tonne équivalent ( 10 000 th ) pétrole) 1 Btu 0,293 Wh (British thermal unit)
  36. 36. Pétrole : de la genèse deshydrocarbures à la raffinerie, … un très long (et lent) chemin.
  37. 37. Classification des gisements d’hydrocarburesOn distingue différents gisements d’hydrocarbures : Gisements de gaz : hydrocarbures très légers contenant plus de 90 %de méthane (CH4). Gisements de pétroles légers : le brut est visqueux et se rapprochedu gazole, c’est le cas, par exemple, des gisements sahariens. Gisements de pétroles équilibrés : le brut contient à la fois deshydrocarbures légers et lourds, c’est le cas, par exemple, des gisementsdu Moyen-Orient. Gisements de pétroles lourds : le brut ne contient que deshydrocarbures lourds et ne coule pratiquement pas à la températureambiante, c’est le cas, par exemple, des gisements d’Amérique du sud. Gisements de bitume : le brut ne coule pas à la températureambiante.
  38. 38. Propriétés des produits extraits du pétrole brut
  39. 39. Produits extraits du pétrole brut en fonction de son origine
  40. 40.  Le pétrole brut est extrait directement des puits dexploitation, où ilsubit, souvent sur place, une série de traitements : dessablage,décantation de leau, et éventuellement de séparation de la phasegazeuse à pression et température ambiantes. Le pétrole est quantifié en barils ou en m3. On distingue trois grandes références commerciales de pétrole brutau niveau mondial :o Le Brent, pour une région géographique qui comprend lEurope, laMéditerranée et lAfrique,o le WTI (West Texas Intermediate), pour la région Amérique,o le Dubaï Light, pour lAsie. Le bitume est un liquide hydrocarboné visqueux ou solide, solubledans les solvants organiques. Il est en grande partie non volatile etramollit quand il est chauffé, d’où ses très bonnes propriétésd’adhésivité et d’étanchéité. Le bitume est obtenu soit par raffinage du pétrole, mais peut aussiêtre trouvé à l’état de dépôt naturel ou comme composant naturel del’asphalte, où il se trouve associé à une fraction minérale.
  41. 41. Différents types d’hydrocarbures : Alcanes Méthane, éthane, PARAFFINIQUES Simple liaison entre les carbones. propane, butane Cn H2n+2 Saturés en chaîne ouverte droite pentane… Alcanes isomères Iso-propane, iso-ISO-PARAFFINIQUES butane… Cn H2n+2 Saturés en chaîne ouverte ramifiée Cyclanes Cyclopropane, cyclobutane, Cn H2n Saturés en chaîne fermée CYCLIQUES ou Cyclènes : Chaîne fermée avec des NAPHTENIQUES double liaisons entre les carbones Cyclynes : Chaîne fermée avec des triple liaisons entre les carbones Cycle insaturé à six atomes de AROMATIQUES Benzène carbone OLEFINES ou Alcènes Éthylène, ETHYLENIQUES propène, butène Cn H2n Double liaison entre les carbones ALCYNES ou Alcynes Acétylène ou ACETYLENIQUES éthyne Cn H2n-2 Triple liaison entre les carbones
  42. 42. Classification des pétroles brutsSuivant leur origine, les pétroles bruts, de composition très variable,peuvent être classés en 5 groupes : Les paraffiniques : ils donnent des carburants riches et deslubrifiants de haute qualité. Les naphténiques : ils donnent des huiles lubrifiantes de faibleviscosité mais naturellement détergentes. Les aromatiques : plus rares mais conférant un indice deperformance élevé pour le kérosène (carburant aviation). Les oléfiniques : ils donnent des combustibles lourds et deslubrifiants. Les mixtes : ce sont des bruts provenant essentiellement du Moyen-Orient et constitués par un mélange des 4 types précédents.
  43. 43. Classification des produits finisLes produits finis sont classés en : Produits très légers : gaz de pétrole (propane, butane…) ; Produits légers ou distillats : essence, gazole, fioul domestique, … Produits lourds ou résidus lourds : fioul lourd, bitume… 57
  44. 44. Distillation (raffinage) despétroles :C’est l’opération fondamentale qui,par un procédé basé sur les pointsd’ébullition des divers produits,permet de séparer de grandsgroupes d’hydrocarbures que l’onappelle « coupes » ou « fractions».Cette opération peut être réaliséeà la pression atmosphérique ousous vide.
  45. 45. Energies renouvelables : les biocarburantsOn appelle biocarburants, les carburants produits à partir de matièresvégétales ou animales non fossiles (biomasse).L’histoire des biocarburants a souvent été ponctuée par les crisesénergétiques telles que des chocs pétroliers ou des pénuries de carburantsfossiles. Les gazogènes qui produisent un gaz énergétiquement pauvre sesont ainsi développés par exemple durant la dernière Guerre mondiale et laplupart des productions actuelles en Europe, aux États-Unis et au Brésil onteu comme origine les crises pétrolières de 1973, 1979 et d’autres crisesgéopolitiques. Mais les biocarburants peuvent aussi être valorisés, dans dessituations où les lieux de production ou de distribution des produitspétroliers sont éloignés des lieux de consommation, conjuguées à l’existencede ressources locales à valoriser. Dans ces cas, ils ont une fonction purementénergétique de carburant de substitution.Les biocarburants sont des énergies renouvelables et, contrairement auxénergies fossiles, ne contribuent pas à aggraver certains impactsenvironnementaux globaux, comme, par exemple, l’effet de serre.
  46. 46. Principales caractéristiques des biocarburantset comparaison avec celles de l’essence et du gazole

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