Année
2025-2026
29 Cu - Cuivre - ESPCI - 2025-2026 - Partie 3
4. Interdépendances
4.1 Comment un élément chimique peut-il dépendre d’un autre ?
Cette section ne requiert pas que vous y ajoutiez des éléments, juste que vous en preniez connaissance et que vous l’utilisiez surtout pour remplir la section 4.2
…extrait tiré de https://greenwashingeconomy.com/mythe-transition-energetique-fressoz/ :
“Dans son livre Sans transition – Une nouvelle histoire de l’énergie (2024), l’historien des techniques et de l’environnement Jean-Baptiste Fressoz montre qu’il n’y jamais eu de transition énergétique par le passé – et qu’une décarbonation de l’économie mondiale dans les décennies à venir relève du miracle. L’historien s’attaque au récit « phasiste » qui découpe l’histoire de l’énergie en différents âges : l’âge du bois aurait prédominé jusqu’aux XVIIIe et XIXe siècles où le charbon aurait pris le relais, lui-même remplacé au XXe siècle par le pétrole. Fressoz déboulonne ce mythe de la transition en décrivant longuement les symbioses matérielles passées et présentes entre les éléments du système-monde technologique. Plus concrètement, l’exploitation de nouvelles sources d’énergies et de nouvelles matières ne pousse pas les anciennes vers l’obsolescence, bien au contraire.”.
…
En acceptant l’invitation de Fressoz à prêter attention aux symbioses matérielles éventuelles, cette section propose que vous intéressiez à expliciter les interdépendances entre l’élément chimique étudié jusqu’à maintenant et d’autres éléments chimiques.
Références section 4.1:
… livre Sans transition – Une nouvelle histoire de l’énergie (2024),
. Jean-Baptiste Fressoz. Pour une histoire des symbioses énergétiques et matérielles. Annales des mines - Série Responsabilité et environnement, 2021, pp.7-11. ⟨hal-03101307⟩
4.2. Quels autres éléments chimiques co-évoluent avec celui étudié ?
Symbioses matérielles éventuelles :
🔹 i) autres éléments localisés dans les mêmes minerais (spécifier si ces autres éléments génèrent plutôt des déchets ou ont des filières d'exploitation à part entière
🔸 ii) autres éléments qui sont nécessaires aux usages les plus importants (autres "éléments matériels" peut s'entendre au sens chimiques "éléments chimiques" , mais aussi plus large : type d'infrastructure, ... )
Quels autres éléments chimiques co-évoluent avec cet élément chimique ?
- Interdépendances -
Cuivre : un métal clé, entre interdépendances chimiques et enjeux mondiaux
Introduction:
Le cuivre est un matériau intéressant par ses propriétés physiques. Il est régulièrement utilisé avec d’autres métaux comme l’or ou l’acier, des polymères plastiques ou d’oxygène pour former des oxydes. Toutefois, à cause de sa convoitise, il soulève également de nombreux enjeux tels que économiques, géopolitiques ou environnementaux.
Le cuivre et ses enjeux:
Après étude, les enjeux majeurs du cuivre sont les suivants :
Économiques
Ressource convoitée (demande mondiale)
Dépendance utilitaire
Énergétiques
Transition énergétique
Production énergivore
Géopolitiques/Conflits
Conflits
Répartition de la ressource
Technologiques
Infrastructures
Matériau conducteur
Écologiques/environnementaux
Pollution eau + sol + atmosphère
Toxique pour la biodiversité (faune et flore)
Co-évolutions selon les étapes du cycle:
EXTRACTION :
Le cuivre est extrait sous forme de minerai en même temps que de nombreux autres matériaux/métaux, notamment
Le molybdène fait partie des éléments étroitement liés au cuivre plus précisément au niveau de l’extraction. En effet, il se trouve principalement sous forme de molybdénite (MoS2) qui est un coproduit du cuivre, c'est-à-dire qu’il se trouve conjointement avec le cuivre dans les mines. Ainsi environ 70% de la production de molybdène mondiale provient des exploitations cuprifères, celle-ci s’élevant à plus de 275 000 tonnes par an, de plus, la teneur en molybdène dans ces mines est assez faible allant de 0,02 à 0,2%.
Son extraction est faite avec du cuivre, on utilise alors la méthode de flottation pour séparer les deux éléments, puis le molybdénite résultant de cette étape est chauffé à 500-600°C afin d’oxyder le sulfure et d’obtenir de l’oxyde de molybdène MoO3. C’est ensuite l’oxyde de molybdène qui est utilisé dans la production industrielle en étant traité de différente manière selon les besoins. Ses propriétés de métal dur et réfractaire, il résiste aux hautes températures et à la corrosion, le rend utile dans le renforcement d’alliages métalliques par son ajout en faible quantité, il est ainsi majoritairement utilisé dans la production d’acier. Il sert également dans une moindre mesure pour la confection des semi-conducteurs, des écrans LCD et tactiles, des anodes pour l’émission de rayons X, et des superalliages pour des pièces aérospatiales. [3] [4]
L’extraction du cuivre est également dépendante des ressources hydriques, ainsi les tensions autour du partage de cette ressource peuvent conduire à des conflits. C’est le cas au Pérou dans le projet Quellaveco, où une opposition locale féroce crée une division entre la filière minière et agricole autour de l’utilisation de l’eau dans la région depuis 2000. Le projet d’extraction du cuivre dans cette zone nécessite une quantité mirifique d’environ 700 L d’eau/s qui doit être prélevée en amont du fleuve Tambo, risquant ainsi une diminution significative du débit du cours d’eau dont pourraient pâtir les agriculteurs de la région. De plus, des problématiques d’expropriation/rachat de terres des populations locales par la transnationale Anglo American, soutenue par le gouvernement central, entrent en ligne de compte dans ce conflit, qui a déjà atteint certains moments critiques avec une prise d’otage et une attaque des locaux de la Direction régionale d’agriculture. [5]
RAFFINAGE :
Minerais du cuivre :
Le cuivre présent dans la nature ne se trouve plus à l’état natif mais sous forme de minerai lié à d'autres éléments chimiques qu’on veut séparer du cuivre. Il est principalement lié au soufre (le cuivre étant un chalcophile), au fer, à l'oxygène, aux carbonates et plus rarement à l’arsenic et à l’antimoine. Les principaux minerais du cuivre sont les suivants .
Chalcopyrite CuFeS2
Bornite Cu5FeS4
Tétraédrite (Cu,Fe)12Sb4S13
Enargite Cu3AsS4
Chalcocite Cu2S
Cuprite Cu2O
Malachite Cu2CO3(OH)2
Azurite Cu3(CO3)2(OH)2
2 techniques de raffinage vont être adoptées en fonction de la composition du minerai.
Les sulfure de cuivre vont subir des oxydations à haute température afin de faire réagir les oxyde de cuivre formés par oxydation avec les sulfures de cuivre restant. C’est la pyrométallurgie .
Les oxydes de cuivre, plus solubles, vont être dissous par un acide puis récupérés par électrolyse avec le cuivre en cathode. C’est l'hydrométallurgie.
Hydrométallurgie: 20% du raffinage du cuivre
Broyage : Le but est de séparer les morceaux de gangue insoluble des sels de cuivre solubles.
Lixiviation: Mise en suspension et agitation du broyat dans un bain d’acide sulfurique à 1 mol.L , dissolution du cuivre en sulfate de cuivre. Si la gangue est calcaire, la dissolution se fait dans l’ammoniaque basique pour ne pas dissoudre la gangue avec le cuivre.
Filtrage et purification : Filtrage de la gangue,ajout de chaux dans le lixiviat pour faire précipiter les ions ferreux. Le lixiviat est donc composé de sulfate de cuivre.
Électrolyse: Avec une anode de plomb et une cathode de cuivre dans le bain de sulfate de cuivre.
Consommation et utilisation des éléments chimiques :
Consommation d’acide sulfurique, ammoniaque, chaux, eau pour le broyage , plomb. Rejet de sulfate, CO2 selon l’énergie utilisée pour l’électrolyse, oxyde de fer.
Pyrometallurgie: 80% du raffinage du cuivre
Broyage : Séparation de la gangue du minerai.
Grillage : Oxydation à haute température, augmentation de la concentration de cuivre. Dégagement de SO2, sulfate de fer.
Fusion pour matte : fondre le composé sulfuré, sulfurer tout le cuivre, dégager la scorie oxydé à l’aide de silice( oxyde de fer,silice)
Conversion : Oxydation à 1200°c , 1ere étape d’élimination de la scorie ferreuse, 2eme étape de réaction entre l'oxyde de cuivre formée par oxydation et le sulfure de cuivre pas encore oxydé pour faire du cuivre pur et du SO2.
Affinage : Électrolyse avec une utilisation du cuivre comme anode pour éliminer les impuretés , pureté atteinte de 99,5%.
Consommation et utilisation des éléments chimiques : Consommation de silice et d’oxygène, rejet de scorie d’oxyde de fer et silice, dioxyde de soufre, CO2 selon la source d’énergie .
Consommation et déchets les plus importants quelque soit le type de raffinage :
La ressource la plus importante pour le raffinage reste l’eau nécessaire au deux procédés avec l’étape de broyage , le CO2 gaz à effet de serre peut être rejeté selon l'énergie utilisée pour l’électrolyse et le chauffage. Le dioxyde de soufre, aérosol et polluant, peut être recyclé en acide sulfurique ou relâché dans l’atmosphère.
UTILISATION :
Dans la filière agricole, le cuivre est utilisé pour ses propriétés fongicides : en associant du soufre et de l'oxygène, du sulfate de cuivre (CuSO4) est formé ; en y ajoutant de l’eau et de la chaux, on obtient la fameuse bouillie bordelaise. Il permet ainsi de traiter les maladies provenant de champignons comme le Mildiou dans les exploitations viticoles. Si la teneur naturelle du sol en cuivre varie de 3 à 100 mg/kg, on retrouve des concentrations s'élevant jusqu'à 500 mg/kg après usage de ce produit. Cependant, une concentration trop importante en cuivre se révèle toxique pour la macro- et micro-faune du sol (exemple : les vers de terre), mais aussi pour les animaux aquatiques par ruissellement jusqu’aux cours d’eau. Enfin, ce produit impact aussi les végétaux en freinant leur développement. En effet, certaines plantes forment une symbiose avec des champignons qui facilitent leur apports en minéraux ; en utilisant de la bouillie bordelaise, les champignons meurent et la symbiose mycorhizienne est rompue. C’est pour ces raisons que l’Union Européenne souhaite limiter son utilisation à 4 kg/ha/an, contre 6 kg/ha/an actuellement. Cependant, cette limitation est jugée trop drastique par la majeure partie des viticulteurs, notamment par ceux de la filière biologique, qui n’ont pas d’autres alternatives efficaces. Ils rappellent ainsi que l’utilisation de la bouillie bordelaise reste globalement bien moins néfaste pour l’environnement que le glyphosate ou le metham-sodium. L’enjeu est donc de trouver un équilibre entre limitation de l’utilisation du cuivre dans l’agriculture et préservation de la filière biologique.
Interdépendance cuivre-énergies :
Le cuivre et les différentes énergies sont directement liés sur plusieurs plans, mêlant ainsi enjeux énergétiques, écologiques et géopolitiques. Premièrement, il faut environ 60 MJ/kg pour la production du métal vierge, mais on note une différence significative dans la consommation énergétique entre l’extraction dans les mines à ciel ouvert et les mines souterraines, la consommation étant de 5 à 10 kW/tonne dans le premier cas contre 20 à 50 kW/tonne dans le second cas. Cet écart notable s’explique simplement par la différence d’accessibilité du minerai dans les deux cas de figure. Il est aussi à noter que les activités d’extraction du cuivre peuvent prendre une place importante dans la consommation énergétique au niveau national, comme au Chili où sa part s’élève à 9% de la consommation totale du pays.
Également, la part des différentes énergies utilisées dans toute la chaîne de production de l’élément est difficile à estimer au niveau mondial, cependant on parvient à sortir des estimations selon les 2 cas de raffinage :
Selon le cas de l’hydrométallurgie utilisant une électricité bas carbone, on estime un besoin en électricité de 45 à 55 %, en pétrole de 20 à 30 %, en charbon de 5 à 10 %, en gaz de 3 à 8 % et d’autres énergies de 0 à 5 %.
Selon le cas avec la pyrométallurgie dominante, l’utilisation de l’électricité est de 30 à 35 %, du pétrole de 30 à 40 %, du charbon de 15 à 20 %, du gaz de 5 à 10 % et d’autres énergies de 0 à 5 %,
On constate donc que l’hydrométallurgie permet une utilisation significativement plus importante d’électricité et une part plus faible d’énergies fossiles. [7]
Deuxièmement, au niveau de son utilisation, le cuivre se retrouve davantage dans l’exploitation des énergies renouvelables que fossiles : pour le photovoltaïque solaire il faut plus de 10 tonnes/MW de cuivre, pour l’éolien onshore environ 5 t/MW et pour l’hydro au fil de l’eau autour de 4 t/MW, contre entre 1 et 2 t/MW pour les énergies fossiles (charbon, pétrole et gaz). Son importance pour les énergies renouvelables se retrouve aussi dans son utilisation plus importante dans les véhicules hybrides/électriques en raison de ses propriétés de conduction électrique. On estime ainsi pour chaque type de véhicule de taille moyenne, qu’il en faut environ 120 kg/véhicule pour l’électrique, 60 kg/véhicule pour l’hybride non rechargeable et 70 kg/véhicule pour l’hybride rechargeable, contre seulement 25 kg/véhicule à moteur à combustion.
Cela fait donc du métal un élément clé dans la transition énergétique attirant donc les convoitises au niveau géopolitique.
Utilisation [8] :
Le cuivre est utilisé dans de nombreuses applications grâce à ses propriétés physiques. Quand on pense au cuivre, on pense à la conduction électrique et thermique. En effet, cet élément fait le deuxième corps simple ayant la meilleure conduction électrique derrière l’argent qui lui est bien plus onéreux. Il est associé à des gaines métalliques et des polymères plastiques isolants. Sa propriété thermique est utilisée dans des échangeurs de chaleur associé à d’autres métaux pour favoriser les échanges thermiques comme par exemple dans les radiateurs. On retrouve également beaucoup de cuivre dans nos appareils électroniques comme nos téléphones dans les câbles, les circuits électriques, les conducteurs et les batteries. En effet, 15 % de nos téléphones sont composés de cuivre.
Il peut être employé à des fins décoratives dans des pièces de monnaies, parfois composées à 75% de Cu et d’environ 25% de Ni, pour les médailles bronze, à base de Cu et Sn. Il peut également être utilisé dans la bijouterie avec l’or car il apporte de la masse et ne change pas trop la couleur ou les propriétés à des prix bien moins chers que l’or.
Moins connues, le cuivre possède aussi des propriétés antifongiques et bactéricides. Celles-ci sont utilisées notamment dans le cadre de la médecine pour des médicaments à base de cuivre. Le cuivre peut également être utilisé dans la tuyauterie ou les canalisations pour limiter le développement de bactéries comme Legionella pneumophila.
Par ailleurs, le cuivre est résistant à la corrosion. Au contact de l’oxygène, le cuivre s’oxyde et forme une couche isolante qui protège, de manière passive, la corrosion du métal. On le retrouve ainsi sur des structures ornementales comme la Statue de la Liberté (inaugurée en 1886), ou bien sur les toitures telles que la Tour du Cuivre de Paris.
Par sa configuration électronique, le cuivre est aussi très utilisé en tant que catalyseur avec les halogénures de cuivre (I) ou (II) ou en tant que réactifs de réactions chimiques. Ces réactions chimiques sont très importantes car elles permettent d’économiser de l’énergie et des atomes.
Références section 4.2:
WEB-GOU-2023 – Un site pour accompagner les usagers vers le très haut débit | info.gouv.fr
WEB-GOU-2025 – Ce qui change en octobre 2025 | info.gouv.fr
WEB-GOU-2025 – Contraception : tout savoir sur les dispositifs et leur remboursement | info.gouv.fr
WEB-GOU-2023 – Des câbles innovants pour les véhicules électriques | info.gouv.fr
WEB-GOU-2024 – Compte rendu du Conseil des ministres du 24 avril 2024 | info.gouv.fr
WEB-GOU-2023 – Un sous-marin autonome français cartographie les grands fonds | info.gouv.fr
WEB-GOU-2022 – Plan de résilience économique et sociale : Ouverture d’un appel à manifestation d’intérêt pour sécuriser l'approvisionnement de la France en intrants critiques | info.gouv.fr
WEB-GOU-2022 – L’État veut sécuriser l’approvisionnement en métaux stratégiques | info.gouv.fr
WEB-GIE-2023 – Keynote remarks by IPCC Chair Jim Skea – MENA Climate Week — IPCC
RAP-ADE-2022 – Prospectives - Transitions 2050 - Rapport
RAP-MEA-2004 – Les limites à la croissance - Le rapport Meadows - (the 30-years update)
4.3 Synthèse "Interdépendances"
Synthèse
À ce jour, le cuivre est un élément chimique au cœur de nombreux défis. En effet, il possède des propriétés physiques intéressantes telles que sa conductivité électrique et thermique. Il est également résistant à la corrosion contrairement à ce que l'on pense. De plus, il est régulièrement utilisé avec d’autres métaux comme l’or ou l’acier pour des aspects esthétiques, des polymères plastiques isolants, ou l’oxygène pour former des oxydes. Ainsi, ce métal est très convoité pour ses multiples propriétés et son coût pour l'instant très bas, soulevant de nombreux enjeux, notamment économiques, géopolitiques, énergétiques, sanitaires ou encore environnementaux avec, par exemple, les déchets générés par sa production.
5. Au-delà des savoirs académiques, de la parole institutionnelle et d’autres voix hautes
5.1. Qu'est-ce qui fait autorité ?
Cette section ne requiert pas que vous y ajoutiez des élément s, juste que vous en preniez connaissance et que vous l’utilisiez pour remplir la section 5.2
Qu’est ce qui fait autorité ? La Science est-il un régime de vérité parmi d’autres? …
Quelle est la place des institutions dans la création de la légitimité d’une parole portée ? Certaines voix plutôt que autres (ex. prévision de Shell IFPEN, LPO, association du quartier, état, Green peace, post de réseau social, diocèse, installation artistique, pièce dans un musée) n’ont pas le même poids , ni méthodes ni fiabilité.
Le concept de “voix haute et voix basses” de cultural studies latin americains peut aussi être intéressant dans ce contexte
Références section 5.1:
“ Qu’est-ce qu’un régime de vérité?” Olivier Guerrier… https://journals.openedition.org/framespa/10067
María Grace Salamanca González “Esthétique du care pour l’Antropocène” Editions deux-cent-cinq (01/05/2023), EAN : 9782919380671, 119 pages
5.2. Imaginaires liés à l'élément chimique
ref littéraire, artistique et culture populaire liés à l'élément étudié
Imaginaires liés à l'élément chimique
Le cuivre commence à entrer dans les imaginaires dans la Grèce Antique où le cuivre symbolisait Aphrodite, puis Vénus dans la mythologie romaine[1]. De plus, le métal tient son nom de l’île de Chypre[2] nous explique Gustave Rousseau où des navires remplis de cuivre trempaient dans son port. C’est également le début de l’alchimie où le solide cuprique prend une importance toute particulière. En effet, il était utilisé, aux début de l’alchimie par des faussaires[1] désireux de tromper l'œil acéré des orfèvres, puis le cuivre devient un métal de transition pouvant se muter en or[1] comme le relate le traité d'alchimie de Julius Ruska.
Ensuite le cuivre s’est considérablement démocratisé, et tout le monde l’utilisait[3] notament grâce à sa durabilité[4]: pour faire des toits comme nous pouvons encore le voir sur les monuments historiques comme sur la tour de cuivre de Paris, pour faire des statues, nous pensons à la statue de la liberté, pour l’éclairage public[5], les lampadaires étaient composés de cuivre… Ce métal en tant qu’outil a permis à l’homme de devenir maître de sa connaissance[6] et de s’affranchir du contrôle théocratique comme l'explique Boris Poplavsky en reprenant la philosophie de Spinoza. De plus, les propriétés du cuivre en ont fait un matériau de choix, sa couleur rouge réfléchissante a inspiré Victor Hugo[7] ou encore Goethe[8], ses propriétés sonores, louées par Boris Poplavsky[6] ont contribué à nommer une famille musicale, les Cuivres; et sa lente oxydation est telle l'éclosion de la pensée d'Arthur Rimbaud[9].
Plus récemment, le cuivre est vu comme une technologie ancienne[10] qui peut être toxique[8], ainsi en parle Goethe dans Les Affinités électives mais elle donne espoir pour ce qui est du recyclage des métaux[10] comme le souligne la BD de Philippe Bihioux et Vincent Perriot.
Enfin, le cuivre c’est aussi ses alliages. Les couleurs du laiton et du cuivre font penser aux couleurs de la nuit pour Victor Hugo[7] et le Bronze qui a donné son nom à un âge de l’humanité, l’Âge de Bronze, où ce dernier était un symbole de pouvoir et de richesses[11][12].
Références section 5.2 :
[1] OUV-RUS-1931 – Quelques problèmes de littérature alchimiste
[2] OUV-ROU-1855 – Le Cuivre
[3] OUV-LEV-1978 – La clé à molette
[4] OUV-VIA-1952 – Y’avait une lampe de cuivre
[5] OUV-RIM-1874 – Ce sont des villes !
[6] OUV-POP-1932 – Journal d’Apollon Bezobrazov
[7] OUV-HUG-1831 – Nuit
[8] OUV-GOE-1809 – Les Affinités électives
[9] LET-RIM-1871 – Lettre à Paul Demeny, 15 Mai 1871
[10] OUV-BIH-2024 – Ressources un défi pour l’humanité
[11] OUV-SCA-2021 – The Oxford Handbook of Sport and Spectacle in the Ancient World
[12] OUV-SWA-1999 – The Ancient Olympic Games
5.3 Quoi d'autre ?
Quoi d'autre ? ouverture à input en dehors de l'académie
Le gouvernement français parle du cuivre comme d’une ressource stratégique portant l’espoir d’une transition écologique pour son utilisation dans les batteries ou dans les moteurs électriques. Ainsi, il souhaite éviter les dépendances, notamment vis-à-vis de la Russie après le début de la guerre en Ukraine et projette de récupérer le cuivre des sous-sols français et des littoraux.
Pour les organismes de climatologie, le cuivre est le grand absent des plans d’actions proposés.
Le GIEC ne le mentionne qu’une fois pour le décrire comme un matériau nécessaire et stratégique, et l’ADEME mentionne le cuivre dans ses tableaux sans même proposer d’analyse. Il est étonnant que les difficultés croissantes de disponibilités du cuivre ne soient pas évoquées.
Les ressources de cuivre sont analysées par le rapport Meadows, troisième version produite en 2004.. Le rapport quantifie les réserves mondiales et la hausse de la consommation à venir. Il préconise d’utiliser la fibre optique à la place des réseaux cuivre car une fine fibre de verre peut éviter l’utilisation de centaines de fils de cuivre. Le rapport estime qu’il reste 740 ans pour utiliser du cuivre selon les ressources identifiées en 1999 et en estimant une augmentation de la demande de 2 % par rapport à la moyenne des besoins des années 1975 à 1999. Le rapport prouve que la teneur moyenne en cuivre des minerais diminue au fil des ans. Il explique qu’avec l’augmentation des coûts engendrée par la diminution en teneur, les coûts arriveront à une valeur limite telle que les pays ne pourront plus se permettre de le consommer.
Le rapport Meadows est une des seules voix hautes qui parlent des limites en ressources.
Références section 5.3:
WEB-GOU-2023 – Un site pour accompagner les usagers vers le très haut débit | info.gouv.fr
WEB-GOU-2025 – Ce qui change en octobre 2025 | info.gouv.fr
WEB-GOU-2025 – Contraception : tout savoir sur les dispositifs et leur remboursement | info.gouv.fr
WEB-GOU-2023 – Des câbles innovants pour les véhicules électriques | info.gouv.fr
WEB-GOU-2024 – Compte rendu du Conseil des ministres du 24 avril 2024 | info.gouv.fr
WEB-GOU-2023 – Un sous-marin autonome français cartographie les grands fonds | info.gouv.fr
WEB-GOU-2022 – Plan de résilience économique et sociale : Ouverture d’un appel à manifestation d’intérêt pour sécuriser l'approvisionnement de la France en intrants critiques | info.gouv.fr
WEB-GOU-2022 – L’État veut sécuriser l’approvisionnement en métaux stratégiques | info.gouv.fr
WEB-GIE-2023 – Keynote remarks by IPCC Chair Jim Skea – MENA Climate Week — IPCC
RAP-ADE-2022 – Prospectives - Transitions 2050 - Rapport
RAP-MEA-2004 – Les limites à la croissance - Le rapport Meadows - (the 30-years update)