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Introduction
L'or (Au, numéro atomique 79) est l'un des métaux les plus précieux et les plus convoités de l'histoire humaine. Inaltérable, brillant et rare, il constitue depuis des millénaires une réserve de valeur, un symbole de richesse et une matière première indispensable à de nombreuses industries. Aujourd'hui, l'exploitation aurifère est une industrie mondiale générant des centaines de milliards de dollars par an. Les principaux pays producteurs sont la Chine, l'Australie, la Russie, les États-Unis, le Canada et l'Afrique du Sud. Cet exposé décrit le parcours complet de l'or, depuis sa présence dans la roche minéralisée jusqu'à l'obtention d'un lingot d'or pur, en passant par toutes les étapes d'extraction, de traitement métallurgique et d'affinage.
I. Les Gisements Aurifères
1.1. Formes naturelles de l’or
L'or se présente dans la nature sous deux grandes formes :
- L'or natif : présent sous forme métallique pure ou en alliage naturel avec l'argent (électrum). Il peut former des pépites, des filons ou des grains visibles à l'œil nu.
- L'or invisible ou submicroscopique : finement disséminé dans des sulfures comme la pyrite (FeS ) ou l'arsénopyrite (FeAsS), non détectable sans analyse chimique.₂
1.2. Types de gisements
a) Gisements primaires (filoniens) L'or est associé à des veines de quartz hydrothermales formées par des fluides chauds qui ont cristallisé en profondeur. Ces gisements sont souvent riches mais nécessitent une exploitation souterraine. b) Gisements d’or de type Carlin (disséminé) L'or est présent en concentrations microscopiques dans des roches sédimentaires, principalement des calcaires et des schistes. Ces gisements à faible teneur mais à très grand volume sont traités par lixiviation au cyanure. c) Gisements alluviaux et éluvionnaires L'or, libéré par l'érosion des roches mères, se concentre dans les sédiments de rivières (placers alluviaux) ou sur place (éluvions). L'orpaillage traditionnel exploite ces gisements par lavage et gravité. Teneur en or et rentabilité Un gisement est exploitable à partir de 1 gramme d'or par tonne de roche (1 g/t) pour les grandes mines à ciel ouvert. Les mines souterraines peuvent être rentables à partir de 3 à 8 g/t. Certains gisements riches dépassent 20 g/t.
III. Extraction Minière
3.1. Mines à ciel ouvert
C'est la méthode la plus courante pour les gisements peu profonds et de grande extension latérale. Elle consiste à creuser une fosse en gradins ("open pit"). Les étapes sont :
- Décapage et stockage de la terre végétale et des stériles (roches non minéralisées)
- Forage de trous de mine selon un maillage précis
- Chargement des trous avec des explosifs (ANFO, émulsions) et tir contrôlé
- Chargement et transport du minerai par camions géants (jusqu'à 360 tonnes) vers le concasseur Les fosses peuvent atteindre plusieurs kilomètres de diamètre et plus d'un kilomètre de profondeur (ex : Superpit en Australie, Bingham Canyon aux États-Unis).
3.2. Mines souterraines
Utilisées pour les gisements profonds ou à haute teneur. Les méthodes principales sont :
- Open stoping : excavation de grandes cavités avec soutènement minimal (roches compétentes)
- Cut and fill : excavation par tranches horizontales successives avec remblayage
- Méthode des chantiers en traçage (longwall mining) pour les filons minces
- Block caving : méthode de masse pour les très grands gisements à faible teneur
4.3. Orpaillage artisanal
Dans de nombreux pays en développement, des millions d'artisans mineurs (orpailleurs) exploitent de petits gisements alluviaux avec des équipements simples : bacs, sluices, tables à secousses. Cette activité, souvent informelle, représente environ 20 % de la production mondiale d'or.
IV. Concassage et Broyage
4.1. Objectif de la comminution
La roche extraite contient l'or finement disséminé dans sa matrice minérale. Pour libérer les particules d'or et les rendre accessibles aux réactifs chimiques, il faut réduire la taille des grains jusqu'à ce que l'or soit "libéré" de sa gangue.
4.2. Concassage primaire et secondaire
- Concasseur à mâchoires (jaw crusher) : réduit les blocs de roche (30-100 cm) à 10- cm
- Concasseur giratoire : traitement en continu de grandes capacités
- Concasseur à cône (cone crusher) : réduction secondaire jusqu'à 1-2 cm
4.3. Broyage
- Broyeur semi-autogène (SAG) : gros cylindre rotatif utilisant la roche elle-même et des boulets d'acier pour broyer, jusqu'à 200-300 μm
- Broyeur à boulets (ball mill) : réduit davantage le minerai jusqu'à 50-100 μm
- Broyeur vertical à rouleaux ou broyeur IsaMill : utilisé pour les minerais réfractaires, jusqu'à 10-20 μm Principe de libération L'objectif est d'atteindre la taille à partir de laquelle plus de 80 % des particules d'or sont complètement séparées (libérées) de leur minéral hôte. Cette taille, déterminée par analyse au microscope électronique, conditionne tout le processus de traitement.
Récupération de l’or sur charbon actif Le charbon actif chargé en or est élué (stripping) avec une solution chaude (80-110°C) de NaOH et NaCN. La solution riche en or est ensuite soumise à une électrolyse (électrodéposition) pour récupérer l'or sous forme de boue cathodique. Sécurité et environnement Le cyanure est hautement toxique pour les organismes aquatiques. Les mines modernes sont soumises à des normes strictes (Code international de gestion du cyanure - ICMC). Les effluents sont traités par oxydation (INCO SO /air, peroxyde d'hydrogène) avant rejet. Les bassins de ₂ résidus sont confinés par des digues imperméables.
5.4. Traitement des minerais réfractaires
Lorsque l'or est encapsulé dans des sulfures (arsénopyrite, pyrite), la cyanuration directe est inefficace. Un prétraitement est nécessaire pour "ouvrir" la matrice sulfurée :
- Grillage (roasting) : oxydation thermique à 500-700°C, décompose les sulfures en oxydes. Simple mais produit du SO ₂et des arséniques.
- Oxydation sous pression (POX - Pressure Oxidation) : oxydation en autoclave à 200- 225°C sous pression d'oxygène. Très efficace, peu d'émissions atmosphériques.
- Oxydation bactérienne (BIOX®) : des bactéries acidophiles (Acidithiobacillus ferrooxidans) oxydent biologiquement les sulfures à température ambiante. Procédé écologique mais lent.
- Oxydation chimique en milieu alcalin (Ultra Fine Grinding + lixiviation directe) : broyage ultrafin combiné à la cyanuration.
VI. Fusion et Affinage
6.1. La doré : premier métal
La boue cathodique issue de l'électrodéposition contient environ 70-90 % d'or, avec des impuretés (argent, cuivre, zinc, plomb). Elle est séchée et fondue dans un four à induction ou à arc électrique pour produire le lingot de doré (ou barre de doré), un alliage or-argent-impuretés. Ce lingot est l'unité commerciale transportée des mines aux raffineries. Il est pesé, échantillonné et certifié avant expédition.
6.2. Affinage : obtention de l’or pur
a) Procédé Miller (chloration) Développé en 1867, c'est le procédé le plus rapide. Du chlore gazeux est insufflé dans l'or fondu à ~1100°C. Les impuretés (argent, cuivre, zinc...) réagissent préférentiellement avec le chlore pour former des chlorures qui montent en surface sous forme de laitier. L'or atteint une pureté de 99,5 à 99,7 %. b) Procédé Wohlwill (électrolyse) Développé en 1874, ce procédé permet d'atteindre une pureté de 99,99 % (or 4N ou "quatre neufs"). Le lingot de doré affiné par Miller constitue l'anode d'une cellule électrolytique dont l'électrolyte est une solution d'acide tetrachloroaurique (HAuCl ). L'or pur se dépose sur une₄ cathode de titane sous forme de cristaux jaunes. Critère Procédé Miller Procédé Wohlwill Pureté obtenue 99,5 – 99,7 % 99,99 % et plus Durée du traitement Quelques heures 24 – 48 heures Coût Modéré Élevé Capacité Grandes quantités Quantités limitées Usage Or commercial Or de haute pureté c) Autres procédés
- Cupellation : méthode historique utilisant le plomb comme collecteur des impuretés, encore utilisée pour l'analyse de teneurs (essai au feu).
- Hydrométallurgie douce : dissolution sélective en milieu aqua regia (acide nitrique + acide chlorhydrique) puis précipitation.
VII. Bilan Environnemental et Innovations
7.1. Impacts environnementaux
- Destruction physique du paysage (fosses, haldes de stériles)
- Consommation d'eau considérable (3 à 5 m³ par tonne de minerai)
- Risque de contamination des eaux par les métaux lourds, acide de drainage minier
- Émissions de CO ₂liées à l'énergie consommée (explosifs, transport, traitement)
- Risque de rupture de digue de résidus (ex : catastrophe de Brumadinho, 2019)
7.2. Innovations et tendances
- Lixiviation alternative au cyanure : solutions de thiosulfate, de thioure, d'halogènes (moins toxiques)
- Électrolyse à rendement amélioré et circuits fermés pour minimiser les pertes de réactifs
- Intelligence artificielle pour optimiser le broyage et la récupération métallurgique
- Hydrogène vert et énergies renouvelables pour réduire l'empreinte carbone des mines
- Or de récupération (urban mining) : recyclage des circuits électroniques, bijoux usagés, déchets industriels.
Conclusion
L'extraction et le traitement de l'or est un processus complexe, multidisciplinaire et technologiquement avancé. De la prospection géologique au lingot certifié, chaque étape mobilise des compétences en géologie, mécanique, chimie, électrochimie et environnement. La chaîne de valeur complète peut se résumer ainsi : Gisement → Extraction → Concassage/Broyage → Concentration → Lixiviation → Électrodéposition → Fusion → Affinage → Lingot Face aux défis environnementaux croissants et à la raréfaction des gisements facilement exploitables, l'industrie aurifère doit impérativement évoluer vers des pratiques plus durables, moins consommatrices en eau et en énergie, et réduisant au maximum les risques de pollution. Le recyclage de l'or existant et le développement de procédés hydrométallurgiques alternatifs constituent des pistes prometteuses pour l'avenir de cette filière millénaire.
