De polymetalliske knuder , også kaldet mangan-knuder , er mineralsk konkretion, der hviler på havbunden; de er dannet ved koncentriske cirkler af jern og mangan hydroxider omkring en kerne.
Kernen kan være mikroskopisk og er undertiden forvandlet til manganmalm ved krystallisering . Når det er synligt med det blotte øje, kan det være en lille mikrofossil skal ( radiolar eller foraminifer ), en fosfathajtand, basaltrester eller endda stykker af ældre knuder.
De er nu undersøgt eller efterspurgt for deres rigdom i mangan , cobalt , nikkel og kobber , såsom polymetalsulfider, som findes i områder med vulkansk aktivitet, omkring hydrotermiske ventilationskanaler eller som koboltrige skorpe i Polynesien.
De knuder varierer i størrelse fra små partikler synlige kun til mikroskop (kaldet Micronodules) indtil prøver af mere end 20 centimeter. Imidlertid er størstedelen af knuderne mellem 5 og 10 cm i diameter.
Polymetallisk type C knude - set ovenfra - Nord ækvatoriale Stillehav - Marine Geoscience Laboratory (Ifremer)
Felt af polymetalliske type C-knuder i det nordlige ækvatoriale Stillehav, foto taget fra Nautile ubåden - NODINAUT-kampagne - Ifremer
Type C polymetallisk knude - profilbillede - Nord ækvatoriale Stillehav - Marine Geoscience Laboratory (Ifremer)
Det er ikke ualmindeligt at finde organismer, der er knyttet til den øvre overflade, såsom actinia eller bentisk agglutinerende (encrusting) foraminifera .
Væksten af knuder er et ekstremt langsomt geologisk fænomen i størrelsesordenen en centimeter i flere millioner år. Selvom deres oprindelse langt fra er løst, er fire oprindelser bibeholdt af Enrico Bonatti:
Flere af disse processer kan fungere samtidigt eller følge hinanden under dannelsen af den samme knude.
Knudernes kemiske sammensætning varierer afhængigt af typen af manganmalm og kernens størrelse og egenskaber. Knuderne af største økonomiske interesse indeholder mangan (27-30%), nikkel (1,25-1,5%), kobber (1-1,4%) og cobalt (0,2-0, 25%). De øvrige indholdsstoffer inkluderer jern (6%), silicium (5%) og aluminium (3%) med mindre mængder calcium , natrium , magnesium , kalium , titanium og barium med hydrogen og ilt .
Knuderne findes på sedimentet i bunden af havet, delvis eller helt nedgravet. De varierer meget i overflod, nogle gange berører de hinanden og dækker mere end 70% af sedimentet. Det var John Méro, der lykkedes at omdanne det videnskabelige aspekt af knuderne til en ny minedrift El Dorado. I en artikel på 6 sider i 1960 lykkedes det ham at vise verden, at polymetalliske knuder var af økonomisk interesse, og at havbunden var dækket af dem. Med nogle geokemiske analyser identificerer han områder med højt potentiale i det nordlige Stillehav. I 1965 offentliggjorde han det første kort til fordelingen af knuder og estimerede mængden af knuder til 1,5 billioner på havbunden! I 1981 estimerede AA Archer på sin side den samlede mængde polymetalliske knuder på havbunden til at være mere end 500 milliarder ton. De kan findes i enhver dybde, selv i søer, men de største koncentrationer er fundet i de afgrundige sletter , mellem 4.000 og 6.000 m dybe.
Polymetalliske knuder blev opdaget i 1869 i Karahavet i det arktiske hav nær Sibirien . Under Challenger-ekspeditionen (1872-1876) blev de fundet i de fleste af verdens have. Der er fundet noder af økonomisk interesse i tre områder: det centrale område i den nordlige del af Stillehavet , det peruvianske bassin i det sydøstlige Stillehav og det centrale område i det nordlige Indiske Ocean . Men de findes også i Atlanterhavet på Black Plateau, ud for Carolina og Florida eller i det sydlige Sydafrika på Agulhas Bank ( fr ) . Af disse aflejringer er den mest lovende med hensyn til overflod af knuder og metalkoncentration i Clarion-Clipperton Fracture Zone i det østlige ækvatoriale Stillehav mellem Hawaii og Mellemamerika .
Indtil anden verdenskrig var udforskningen primært fokuseret på videnskab og mere specifikt på prøvetagning af badymetri og sediment. Efter udgivelsen af Book of Mero i 1965 startede flere lande efterforskningsprogrammer som Japan, Tyskland og Frankrig i det sydlige Stillehav.
Fransk udforskning fandt sted i fire faser:
Fransk arbejde gjorde det muligt at bestemme morfologien for potentielle aflejringer takket være den kombinerede brug af bundfotograferingsenheder (Raie, Epaulard), multibeam-lydgivere og trukket ekkolod nær bunden (SAR), hvilket giver en detaljeret topografi. I skala 1: 20.000 ( 20 m opløsning) og direkte observation ved Nautile dyk .
De består af udvidede nord-syd "minedrift" strande 10 til 20 km lange og 1 til 5 km brede, hvor den gennemsnitlige tæthed af knuder er 14 kg / m 2 . Disse fladbundede områder, der ligger i en gennemsnitlig dybde på 4.800 m, dækker 35% af det samlede areal og er indrammet af asymmetriske bakker, der kulminerer 100 til 300 m over de flade bunde med en stejlere vestlig flanke oversået med klipper af svagt indurerede sedimenter op til 40 m høj.
Efterforskning og udnyttelse af polymetalliske knuder kræver store budgetter med udvikling af nye teknologier samt anmodninger om minetilladelser fra Den Internationale Havbundsmyndighed ( AIFM) . Dette tvang størstedelen af virksomhederne til at danne et konsortium.
Interessen for polymetalliske knuder begyndte i USA i 1962 med det amerikanske firma Newport News Shipbuilding and Dry Dock Company, som blev absorberet af Tenneco og som grundlagde Deep Sea Ventures Inc. , et datterselskab med speciale i efterforskning og udvikling. Polymetallisk teknologi til opsamling af knuder.
I oktober 1974 blev dette selskab operatør af Ocean Mining Associates (OMA) konsortiet bestående af selskaberne Tenneco (USA), US Steel (USA), Union Minière (Belgien) og Japan Mining Co. (bestående af fem japanske virksomheder).
Også i USA, samme år, blev der oprettet et andet minekonsortium , Kennecott (KCON) , med Kennecott Corporation (USA), Noranda Exploration Inc. (Canada), Rio Tinto Zink (Storbritannien), Consolidated Gold Field (Australien). ) og Mitsubishi Corporation (Japan). Det var også i 1974, at AFERNOD- foreningen blev oprettet i Frankrig .
I 1975 blev der oprettet 2 andre konsortier:
I november 1977 gik Lockheed Martin (USA), Amoco (Standart Oil of Indiana) og Billiton (Shell, Holland) sammen om at grundlægge Ocean Minerals Company (OMCO) .
Det var i 1982, at Deep Ocean Research Development (DORD) -konsortiet blev oprettet med 49 japanske virksomheder, hvoraf nogle er involveret i amerikanske konsortier.
Samme år grundlagde Sovjetunionen Yuzmorgeologiya, og Indien udrullede et nationalt program ledet af Department of Ocean Development (DOD) .
Nogle socialistiske lande kom sammen i 1987 i en gruppe kaldet Interoceanmetal Joint Organization (IOM) . Det inkluderer Bulgarien, Cuba, Tjekkoslovakiet, Den Tyske Demokratiske Republik, Polen, Vietnam og Sovjetunionen. Efter opløsningen af Sovjetunionen ændrede sammensætningen af IOM sig ved at miste Vietnam, Tjekkoslovakiet og Østtyskland, men genvinde Den Russiske Føderation, Tjekkoslovakiet og Slovakiet.
Selvom Kina begyndte at udforske polymetalliske knuder meget tidligt, var det først i 1981 at se oprettelsen af China Ocean Mineral Resources Research and Development Association (COMRA) konsortium .
Også Sydkorea gik i gang med efterforskning i 1983. Som med Indien udviklede det i 1995 et forskningsprogram overvåget af den koreanske sammenslutning af dybhavsmineraludvikling (KADOM) med omkring 30 private virksomheder og regeringsorganisationer som Korea Institute of Geologi, minedrift og materiale (KORDI) .
Siden 2011 har 5 lande tilsluttet sig udforskningen af polymetalliske knuder med private virksomheder:
Frankrig forelagde FAIF i 2015 en anmodning om at forlænge sin efterforskningskontrakt med 5 år indtil juni 2021. Dets program, hvis det accepteres, bliver nødt til at finde potentielle forekomster i området med den franske minelicens ved hjælp af geostatistiske teknikker og derefter AUV'er til sandhed ved hjælp af fotos.
Den økonomiske værdi af knuder er blevet demonstreret af mange økonomer, de er blevet en potentiel ressource, der skal udnyttes; aflejringerne er kun i to dimensioner (og ikke i 3D som på land). Knuderne er arrangeret i et enkelt lag på overfladen af sedimenterne.
Men bunden er ikke flad. Vi må derfor tage højde for topografien med dens skråninger, forhindringer såsom skrænter. Der er også vejrbegrænsninger, da aflejringerne er placeret i cykloniske zoner. Det skal huskes, at minesteder ligger tusindvis af kilometer fra behandlingsområder. Derudover er havvandet ætsende på opsamlingsmaskinerne, som skal gennemgå et tryk på 500 bar.
Så denne udnyttelse er ikke så let som vi kunne forestille os. Tre indsamlingskanaler er blevet undersøgt af visse lande som Frankrig, Japan og USA.
Den første samling af knuder blev udført af japanerne. Kommandør Masuda opfandt i 1966 et mekanisk system ved hjælp af et kabel udstyret med skovle, der dannede en sløjfe bagved bunden. Kablet kom ned fra forsiden af skibet og op fra agterenden. Talrige tests blev udført mellem 1967 og 1970 med en test nord for Tahiti i en dybde på 3.600 m . Efter at have patenteret systemet gik Masuda sammen med John Méro, som ville henvende sig til nye virksomheder for at finansiere projektet. I 1972 dannede 30 virksomheder fra 6 forskellige lande International CLB Syndicate (Continuous Bucket Line) og assisterede i en pickuppilot syd for Hawaii i en dybde på 4.700 m .
Testen blev udført på Chiyoda Maru 2 (tidligere 72 m hvalfangstfartøj ). Sløjfen var 8400 m lang med 250 spring fastspændt på kablet. Det var ikke en succes, fordi de to tråde i sløjfen blev sammenfiltret og forårsagede store knuder på kablet ...
Frankrig, der deltog i de forskellige test, førte CNEXO og Société Le-Nickel til at indlede en undersøgelse af brugen af dette system, men med 2 skibe, der bevægede sig med 1,5 knob ( 2,8 km / t ), hvilket gjorde det muligt at øge sløjfen med adskille trådene, fremstillet af syntetiske fibre med høj mekanisk modstand og nul tilsyneladende masse i vand, med en spand hver 30. m . Et patent blev indgivet i 1975. Systemet, kaldet " noria ", indeholdt en sløjfe med en længde på 13 km . I 1976 blev der anmodet om en anmodning om et budget på 8 millioner dollars fra de 15 partnere i International CLB Syndicate til at udføre en test til søs i løbet af 2 måneder. Kun 3 inklusive AFERNOD svarede positivt. De andre virksomheder foretrak at henvende sig til det hydrauliske system. CLB er et simpelt, mekanisk system, men meget vanskeligt at betjene afhængigt af topografien og variationen i knudedækning. Knudegendannelsesgraden skal have været dårlig. Den blev derfor opgivet uden en søprøve.
En to-båds version indeholdt en 10 km løkke implementeret af to skibe, der bevægede sig med 1,5 knob ( 2,8 km / t ). Denne sløjfe var lavet af syntetiske fibre med høj mekanisk modstand og med nul tilsyneladende masse i vand. Det understøttede skovle hver 30. m . Disse uddybede bunden under sløjfens rotation over en afstand på 100 m med en hastighed på 1 til 2 m / s . Dette meget enkle system havde den ulempe, at det ikke var i stand til at kontrollere skovlens bane i bunden for at foretage sammenhængende passeringer. Frekvensen af knoglenes genopretning var derfor sandsynligvis dårlig. To-båd-systemet kunne ikke testes på grund af manglende finansiering, og undersøgelsen blev definitivt opgivet i 1978.
Princippet for dette hydrauliske system er en samling af knuder ved hjælp af en enhed, kaldet en kollektor, der bevæger sig på bunden. Malmen hæves gennem et stift rør, der er forbundet med en overfladestøtte, som kan være en platform, en pram eller en båd.
3 forskellige systemer blev undersøgt:
Hydrauliksystem (hydraulisk lift) : Hydrauliske pumper placeres på forskellige niveauer af røret, hvilket skaber en opadgående strøm af vand, der fører knuderne mod overfladen.
Hydrauliksystem med luftindsprøjtning (luftløft) : Trykluft indsprøjtes på forskellige niveauer af røret, hvilket igen skaber en opsving.
Pulp-system : ved kollektoren, er knuder knuses, blandes med sedimentet og hele pumpes anvendelse af 4 stempel pumper monteret hele hovedrøret.
I 1970'erne begyndte flere amerikanske virksomheder at studere hydrauliske systemer:
De ufattelige resultater viser den teknologiske vanskelighed ved at samle knuder samt omkostningerne for de forskellige konsortier. Ud over teknologien skal undersøgelser af miljøet i dybhavet begynde.
Efter afslutningen af undersøgelsen af CLB-kabelsystemet foretrak Frankrig at begynde at studere et nyt indsamlingssystem. AFERNOD, en organisation med fokus på efterforskning og ikke indsamlingsteknik, oprettede i 1984 en "gruppe til udvikling af de nødvendige midler til udnyttelse af polymetalliske knuder" (GEMONOD) - Den Franske Republiks Tidende den 8. februar 1984 . Baseret i Toulon skal Public Interest Group (GIP) med Ifremer (50%), CEA (35%) og dets datterselskab Technicatome (15%) undersøge de forskellige sektorer for udnyttelse af knuder. Det første undersøgte system var ubådsværftet med autonome pendulkørsler . Selvkørende pendulkørsler skulle frigøres fra en semi-nedsænkelig platform; de faldt ned på bunden af tyngdekraften. Derefter uddybede hun knuderne for at komme op en gang fuld til overfladen.
I 1977 fandt de første forsøg med den autonome gratis sampler sted (PLA-1) for at teste arkimedisk bevægelse . Men teknologien endnu ikke er udviklet på niveau med undervands video , det elektriske system (batterier ikke holder opladning, for tung) ... I 1985 GEMONOD og PREUSSAG (tysk mineselskab) gået sammen om at studere airliftpumpen systemet ligesom de andre konsortier: franskmændene, der studerer opsamlingsmaskinen, tyskerne, indsamlingssystemet og sammen, den hydrauliske lift. Dette samarbejde gjorde det muligt at designe et opsamlingssystem med en selvkørende maskine forbundet med en slange til hovedrøret. I 1988 blev GEMONOD opløst, og i 1990 var udnyttelsen af knuder ikke længere på dagsordenen ...
I 2013 fortsatte 2 lande (Tyskland, Sydkorea) med at undersøge knudeopsamlingssystemer. Andre grupper af virksomheder har foretrukket at gå i gang med undersøgelsen af udnyttelsen af polymetalsulfider , hvis aflejringer er på lavere dybde og af større minedriftinteresse.
Med stigningen i metalpriserne vises interessen for denne udnyttelse med jævne mellemrum. Nogle dele af afgrundssletterne var genstand for projekter og udnyttelsestest i 2008, hvilket bekymrer havbiologiske eksperter, der frygter meget negative virkninger for det skrøbelige liv, der har udviklet sig på disse dybder.
Ved deres sammensætning, mangan derudover, ligner knuderne de nikkelbærende lateritter, der udnyttes på land. Forskellige behandlingsmetoder er blevet undersøgt, nogle gange op til scenen for laboratoriet pilot med kontinuerlig strømning.
Udgifterne til den franske koncern fra 1971 til 1994 udgjorde i 2018 konstant svarende til € 185,5 mio. 2018, inklusive € 78 mio. 2018 (42%) til efterforskning, € 82,5 mio. 2018 (44,5%) til indsamlingsstudier og € 18,5 mio. 2018 ( 10%) til undersøgelser af metallurgisk behandling.
I 1977 meddelte OMI, at de havde brugt 50 millioner dollars i 1977 (203 millioner dollars i 2018 , dvs. 185 millioner euro i 2018 ) på forskning i indsamlingssystemet og metallurgisk behandling.
I 1985 oplyste OMA, at det havde brugt 166,4 M $ 1985 , dvs. svarende til 335 M € 2018 ), hvoraf 17% (57 M € 2018 ) til efterforskning, 49% (164 M € 2018 ) på indsamling, 13% (€ 43,5 mio. 2018 ) i metallurgisk behandling, 3% (€ 10 mio. 2018 ) i økonomiske studier, 18% (€ 60,5 mio. 2018 ) i administrationsomkostninger.
I 1994, da havretskonventionen og forfatningen for Rådet for Den Internationale Havbundsmyndighed trådte i kraft, meddelte medlemslandene de udgifter, de eller deres statsborgere havde haft. I søgen efter mineraler fra den dybe havbund, at have ret til status som pionerinvestorer.
Land | M $ | € m |
---|---|---|
Tyskland | 435,4 | 640,3 |
Forenede Stater | 390,9 | 574,9 |
Japan | 381.1 | 560,5 |
Rusland | 343.3 | 504,9 |
Kina | 196.1 | 288.4 |
Indien | 191.1 | 281,0 |
Frankrig | 149.1 | 219,3 |
Holland | 108,9 | 160,2 |
UK | 95,5 | 140.4 |
Korea | 83.8 | 123,2 |
Belgien | 65.5 | 96.3 |
Canada | 64.6 | 95,0 |
Polen | 63.3 | 93.1 |
Total | 2.568,6 | 3.777,5 |
Forskellen mellem det opdaterede beløb for Frankrig og det ovenfor anførte kommer fra forskellene i de monetære erosionskoefficienter mellem Frankrig og De Forenede Stater i perioden 1994-2018 med overgangen fra franc til euro.
Hvis vi sammenfatter de beløb, der er angivet af de lande, hvis statsborgere var en del af de amerikanske konsortier (Tyskland, De Forenede Stater, Japan, Holland, Det Forenede Kongerige, Belgien, Canada), når vi i alt 1.160,8 millioner dollars. 1994 , dvs. sige 290,1 M $ 1994 i gennemsnit pr. konsortium, tal ganske sandsynligt, selvom man ved, at OMCO utvivlsomt brugte mere end OMA, selv mere end OMI og alt mere end KCON.
Hvis konsortierne og Frankrig stoppede deres aktiviteter i begyndelsen af 1990'erne, fortsatte de nye, Indien, Korea, Kina, Polen deres, men størrelsen af deres udgifter forblev fortrolige.
Mens efterforskning ikke udgør for meget af et problem for miljøet, er indsamlingssystemer på den anden side ikke-ubetydelige forureningskilder, der bør betragtes som undersøgt og reduceret.
Under hensyntagen til et hydraulisk system har vi fire dele (NB: der vil også helt sikkert være en indvirkning på niveauet for landrensningsanlægget):
Flere punkter skal derfor kontrolleres:
Da risikoen ikke er ubetydelig, har Den Internationale Havbundsmyndighed forpligtet alle entreprenører til at undersøge miljøpåvirkningen på deres minelicens. En workshop fandt sted i Manoa, (Hawaii) i oktober 2007 om muligheden for at klassificere bestemte områder rig på polymetalliske knuder og skorpedannelse som havbeskyttede områder.