Un minerai est une roche dont on peut extraire un métal ou un minéral avec profit. La définition est autant économique que géologique : la même roche est un minerai ou un simple caillou selon le cours du métal, la profondeur du gisement et le coût du transport. Le classement le plus utile reste celui de la chimie du minéral porteur, car c'est elle qui commande le procédé de traitement.
Le métal y est lié à l'oxygène. C'est la famille du fer, avec l'hématite et la magnétite, de l'aluminium avec la bauxite, de l'étain avec la cassitérite, du titane avec le rutile et l'ilménite, de l'uranium avec l'uraninite. Les oxydes se traitent par réduction, au haut fourneau pour le fer, par électrolyse pour l'aluminium, ce qui explique la consommation électrique considérable de cette dernière filière. Beaucoup d'oxydes sont denses et chimiquement stables, si bien qu'ils se concentrent naturellement dans les alluvions : c'est le principe des placers, exploités par simple gravité.
Le métal y est lié au soufre. Cette famille fournit l'essentiel du cuivre avec la chalcopyrite, du plomb avec la galène, du zinc avec la sphalérite, du molybdène avec la molybdénite. Le traitement passe par la flottation, qui sépare les grains sulfurés du reste de la roche, puis par le grillage, qui brûle le soufre. Ce soufre est la principale difficulté environnementale de la filière : récupéré, il devient de l'acide sulfurique vendable ; abandonné dans les résidus au contact de l'eau et de l'air, il produit un drainage minier acide qui peut contaminer un bassin versant pendant des siècles.
Les carbonates, sidérite pour le fer, malachite pour le cuivre, smithsonite pour le zinc, sont souvent des minéraux d'altération formés au sommet d'un gisement sulfuré. Ils se dissolvent facilement en milieu acide, ce qui rend la lixiviation possible et parfois très économique. Les silicates, eux, sont les minéraux les plus abondants de l'écorce terrestre mais les plus difficiles à traiter, car le réseau silicaté retient fermement le métal : le spodumène pour le lithium, le béryl pour le béryllium et la garniérite pour le nickel imposent des étapes de calcination ou d'attaque acide coûteuses en énergie.
Sous chaque famille se cache le même arbitrage. La teneur de coupure est la concentration au-dessous de laquelle l'extraction coûte plus qu'elle ne rapporte. Elle vaut quelques dixièmes de pour cent pour le cuivre porphyrique, un à 5 grammes par tonne pour l'or souterrain, mais 30 à 60 % pour le fer, dont le prix à la tonne est 1 000 fois plus bas. Elle se déplace avec les cours : une hausse durable transforme des ressources en réserves sans qu'un seul gramme de métal ait été découvert, et une baisse ferme des mines qui n'ont rien perdu de leur contenu.
Depuis les années deux mille dix, une seconde grille de lecture s'est superposée à la chimie : celle du risque d'approvisionnement. L'Union européenne tient une liste de matières premières critiques, révisée tous les 3 ans, où figurent les terres rares, le lithium, le cobalt, le graphite, le gallium, le germanium et une trentaine d'autres. Le critère n'est plus la rareté géologique, souvent faible, mais la concentration de la production et du raffinage dans un petit nombre de pays, et la difficulté à substituer le métal dans ses usages.
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