Cours SVE3 - géoressources. (2)

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Un sol est une pellicule d'altération recouvrant une roche; il est formé d'une fraction minérale et de matière organique (humus). Un sol prend naissance à partir de la roche puis il évolue sous l'action des facteurs du milieu, essentiellement le climat et la végétation. La pédologie est l'étude des sols. La pédogénèse est la formation et l'évolution des sols. Le sol apparait, s'approfondit et se différencie en strates superposées, les horizons pédologiques, qui forment le profil pédologique. Il atteint finalement un état d'équilibre avec la végétation et le climat. Classiquement, les principaux horizons 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 l'altération de la roche ou par les mouvements de matière depuis A.

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La formation d’un sol résulte de l’action combinée sur la roche des agents atmosphériques (précipitations, température, vent, …), de la couverture végétale et de l’action des autres organismes vivants (bactéries, champignons, mammifères, fouisseurs, …). Le développement du sol se propage avec le temps en couches 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). Dynamique de formation d’un sol : superposées appelées horizons formant un profil caractéristique du milieu, dépendant de l’action conjuguée du climat et de la végétation. Profil général pédologique d’un sol

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Nomenclature des sols : horizons et profil d’un sol La circulation verticale de l’eau dans un sol, vers le bas (et aussi vers le haut), organise celui-ci en couches horizontales ou horizons. Chaque horizon est caractérisé par sa composition chimique, organique et minéralogique, et par ses propriétés physiques (couleur, cohérence, compacité, proportions de sable, de silt et d’argile…). Une séquence caractéristique d’horizons qui se développe dans des conditions données forme un profil pédologique. On utilise alors des lettres majuscules (A, B…) et des suffixes minuscules (Ae, Bf…) pour désigner les horizons et les 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.

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On appelle humus les produits organiques de l’activité des microbes : ce sont des matières gélatineuses brun foncé à noir. Ces composés colorent l’eau qui traverse le sol quand on arrose une plante en pot ; ils tachent les doigts et les rendent collants quand on travaille le sol. On dit donc que la transformation de la matière organique par les microbes procède par minéralisation (les produits sont du CO2 et des ions NH4+, NO3-…) et par humification (les produits formant l’humus). Notons que l’humus est lui-même de la matière organique et qu’il n’échappe pas à l’activité des microbes.

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Principaux facteurs contrôlant la pédogénèse : Altération physique et chimique de la roche mère (en fonction de la température, de l’humidité, des organismes, de la M.O., …) ; Intensité des apports bio-géo-chimiques et de la mobilité de certaines substances : apports organiques de surface, migrations par entraînement des éléments solubles, vers le bas (lessivage) ou vers le haut (évapo-transpiration) ; Importance de l’activité biologique et surtout microbienne telle que la nitrification (cycle chimique du nitrate, fixation dans le sol de l’azote gazeux par les bactéries) ; Mécanismes d’entraînement mécanique des particules du sol (processus d’érosion). Principaux types de sols : Sols bruts : ex. le lithosol ; Sols peu évolués : ex. ranker ; Sols évolués : ex. sols bruns forestiers plus ou moins lessivés ; podzol.

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Lithosol sur granite Ranker sur éboulis siliceux Sol brun Sol alluvial Sol brun Quelques types de sols de référence

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Outre le climat, la nature de la roche-mère intervient sur les caractères de la fraction minérale. En climat équatorial, les granites altérés donnent de la kaolinite, alors que les roches basiques, plus riches en cations, donnent de préférence des smectites. 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 pédogénèse suivant la latitude (zonation climatique)

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Facteurs climatiques Humidité, humectation / dessiccation, gel-dégel, chaleur Facteurs biologiques (végétaux, animaux, champignons, microorganismes, …) Différentes processus de l’évolution des sols au cours du temps : Décompactage 2,0 à 2,5 g/cm3 ~1,3 g/cm3 0 < t < 40°C Roche mère Facteurs bio-géo-chimiques (lithologie, chimisme, pH, eH, …)

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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 liés à la faune du sol et aux racines des plantes. Le travail du sol (culture) a aussi pour but de créer une porosité et d’affiner le sol, de l’aérer, de faciliter la germination et l’enracinement des plantes.

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Relations texture / perméabilité dans un sol : La texture d’un sol dépend de la taille des particules minérales qui le composent. 3 grandes classes de particules : Sables : 0,05 – 2 mm ; Limons (silts) : 0,002 – 0,05 mm ; Argiles : < 0,002 mm En fonction de la texture des sols, on peut distinguer : A = sols très perméables ; B = sols perméables ; C = sols peu perméables ; D = sols imperméables.

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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, …

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Ruissellement en nappe Ruissellement concentré (rides) Ravinement Erosion latérale des berges fluviales Quelques exemples d’érosion des sols par les écoulements : Erosion hydrique :

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Impacts indirects induits par l’érosion des sols : Erosion des sols Accroissement de la fourniture sédimentaire aux cours d’eau Comblement des réservoirs Pollution des eaux marines Versant Cours d’eau Océan

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Localisation des zones majeures d’érosion éolienne et principaux déplacements de poussière à la surface du globe :

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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.

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Ressources en sols en Tunisie :

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Chapitre III Les Ressources minérales et énergétiques

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Notions de base sur les énergies

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L’Energie Lumineuse Eclairage photovoltaïque Elle est obtenue à partir de la chaleur. Plus le niveau d’éclairage est élevé, plus le procédé et la technologie sont complexes et coûteux : Bougie Lampe à pétrole Lampe à butane Lampe électrique …

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L’Energie Mécanique Dans les transports, plus la vitesse à obtenir est élevée, plus le procédé et la technologie sont complexes et chers, et plus la consommation d’énergie est élevée. Les moteurs thermiques : automobiles, mobylettes, motos, cars, bus, trains, avions, bateaux, tracteurs, machines à vapeur, moteurs à combustion interne (diesel, à explosion), turbines, … Les moteurs électriques : voitures, tramways, trains, électroménagers, automatisme, industrie, …

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L’Energie Informationnelle Elle est actuellement en pleine expansion. Elle est généralement obtenue à partir de l’électricité moyennant différentes technologies : Radio Télévision Télécommunications (Téléphone et Fax) Informatique Réseaux Internet

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Energie thermique Energie électrique Energie mécanique Mode de production d’énergie Voie thermique (Centrale thermique, centrale nucléaire) Voie hydraulique (Centrale hydraulique) Voie photovoltaïque (Photopiles) Moteur thermique Moteur électrique Eolienne Combustion Energie solaire (+ Capteur thermique) Réacteur nucléaire

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Principaux avantages et inconvénients des différents types de combustibles

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L'uranium sous la forme sous laquelle il est utilisé comme combustible dans les centrales nucléaires. Deux de ces pastilles permettent de produire la quantité de courant nécessaire à un ménage de quatre personnes pendant un an.

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Caractérisation de l’énergie Les choix énergétiques sont toujours fondés sur deux aspects quantifiables : Le rendement théorique de production d’énergie, Les coûts réels de production. Quel que soit le processus de production de l’énergie, l’efficacité énergétique dépend du Rendement Théorique de Production d’Energie (R) qui est exprimé par le rapport : R = Energie produite / Energie utilisée

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Les énergies fossiles : une parenthèse dans l’histoire de l’humanité?

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Quels besoins d’énergie pour demain ?

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Réserves mondiales d’énergie

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44 Ressources énergétiques non renouvelables: les hydrocarbures J-M R. D-BTP 2006

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Appareil de forage qu'utilisait la CGC pour chercher du pétrole et du gaz dans les Prairies, à Victoria, en Alberta, en 1898. Cet appareil rudimentaire n'a pas permis d'atteindre plus de 552 m de profondeur. Vue d'installations et d'équipements pétroliers à Prudhoe Bay dans la National Petroleum Reserve of Alaska (Source : NPRA). L’exploration et l’exploitation des ressources pétrolières est avant tout l’histoire d’un extraordinaire progrès scientifique, technique et technologique de l’Humanité.

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Unités particulières d’usage dans le domaine du pétrole :

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Pétrole : de la genèse des hydrocarbures à la raffinerie, … un très long (et lent) chemin.

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Classification des gisements d’hydrocarbures On 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 rapproche du gazole, c’est le cas, par exemple, des gisements sahariens. Gisements de pétroles équilibrés : le brut contient à la fois des hydrocarbures légers et lourds, c’est le cas, par exemple, des gisements du Moyen-Orient. Gisements de pétroles lourds : le brut ne contient que des hydrocarbures lourds et ne coule pratiquement pas à la température ambiante, c’est le cas, par exemple, des gisements d’Amérique du sud. Gisements de bitume : le brut ne coule pas à la température ambiante.

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Propriétés des produits extraits du pétrole brut

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Produits extraits du pétrole brut en fonction de son origine

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Le pétrole brut est extrait directement des puits d'exploitation, où il subit, souvent sur place, une série de traitements : dessablage, décantation de l'eau, et éventuellement de séparation de la phase gazeuse à pression et température ambiantes. Le pétrole est quantifié en barils ou en m3. On distingue trois grandes références commerciales de pétrole brut au niveau mondial : Le Brent, pour une région géographique qui comprend l'Europe, la Méditerranée et l'Afrique, le WTI (West Texas Intermediate), pour la région Amérique, le Dubaï Light, pour l'Asie. Le bitume est un liquide hydrocarboné visqueux ou solide, soluble dans les solvants organiques. Il est en grande partie non volatile et ramollit quand il est chauffé, d’où ses très bonnes propriétés d’adhésivité et d’étanchéité. Le bitume est obtenu soit par raffinage du pétrole, mais peut aussi être trouvé à l’état de dépôt naturel ou comme composant naturel de l’asphalte, où il se trouve associé à une fraction minérale.

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Différents types d’hydrocarbures :

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Classification des pétroles bruts Suivant leur origine, les pétroles bruts, de composition très variable, peuvent être classés en 5 groupes : Les paraffiniques : ils donnent des carburants riches et des lubrifiants de haute qualité. Les naphténiques : ils donnent des huiles lubrifiantes de faible viscosité mais naturellement détergentes. Les aromatiques : plus rares mais conférant un indice de performance élevé pour le kérosène (carburant aviation). Les oléfiniques : ils donnent des combustibles lourds et des lubrifiants. Les mixtes : ce sont des bruts provenant essentiellement du Moyen-Orient et constitués par un mélange des 4 types précédents.

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57 Classification des produits finis Les 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…

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C’est l’opération fondamentale qui, par un procédé basé sur les points d’ébullition des divers produits, permet de séparer de grands groupes d’hydrocarbures que l’on appelle « coupes » ou « fractions». Cette opération peut être réalisée à la pression atmosphérique ou sous vide. Distillation (raffinage) des pétroles :

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Energies renouvelables : les biocarburants On appelle biocarburants, les carburants produits à partir de matières végétales ou animales non fossiles (biomasse). L’histoire des biocarburants a souvent été ponctuée par les crises énergétiques telles que des chocs pétroliers ou des pénuries de carburants fossiles. Les gazogènes qui produisent un gaz énergétiquement pauvre se sont ainsi développés par exemple durant la dernière Guerre mondiale et la plupart des productions actuelles en Europe, aux États-Unis et au Brésil ont eu comme origine les crises pétrolières de 1973, 1979 et d’autres crises géopolitiques. Mais les biocarburants peuvent aussi être valorisés, dans des situations où les lieux de production ou de distribution des produits pétroliers sont éloignés des lieux de consommation, conjuguées à l’existence de ressources locales à valoriser. Dans ces cas, ils ont une fonction purement énergétique de carburant de substitution. Les biocarburants sont des énergies renouvelables et, contrairement aux énergies fossiles, ne contribuent pas à aggraver certains impacts environnementaux globaux, comme, par exemple, l’effet de serre.

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Principales caractéristiques des biocarburants et comparaison avec celles de l’essence et du gazole

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