Ecologie industrielle de l'aluminium, flux de matières et d'énergie : réalités et enjeux du recyclage

Dans les dernières années du 20ème siècle, l'aluminium a fait l'objet de beaucoup de communications outrancières et divergentes cautionnées par des scientifiques et des organismes faisant autorité. En 1986, la société PECHINEY le décrète perpétuel tel le mouvement « L'aluminium est éternel. Il est recyclable indéfiniment sans que ses propriétés soient altérées », ce qui nous avait alors irrité. Peu de temps après, en 1990, une communication tout aussi outrancière et irritante d'une grande organisation environnementale, le World Wild Fund, décrète que « le recyclage de l'aluminium est la pire menace pour l'environnement. Il doit être abandonné ». C'est ensuite à partir de la fin des années 1990, l'explosion des publications relatives au développement durable, le bien mal nommé. Au développement, synonyme de croissance obligatoire, nous préférons société ou organisation humaine et à durable, mauvaise traduction de l'anglais « sustainable », nous préférons supportable : idéalement, nous aurions souhaité parler de société durable, mais, pour être compris de tous, nous nous sommes limités à parler dorénavant de développement supportable. Pour l'essentiel, ces publications reconnaissent les très graves défauts de la métallurgie extractive de l'aluminium à partir du minerai et aussi les mérites extraordinaires du recyclage de l'aluminium puisqu'il représente moins de 10% de la consommation d'énergie de la métallurgie extractive à partir du minerai (on verra que c'est aussi moins de 10% de la pollution et du capital). C'est précisément sur le recyclage que se fondent les campagnes de promotion de l'emballage boisson, en Suisse en particulier. Cependant, les données concernant le recyclage de l'aluminium publiées par l'industrie de l'aluminium reflètent seulement en partie ces mérites. Dans les années 1970, les taux de croissance de la production recyclée sont devenus plus élevés que ceux de la production électrolytique. Par contre, les taux de recyclage, établis à indicateur identique, sont unanimement tous médiocres comparativement à d'autres matériaux tels le cuivre et le fer. Composante de l'industrie de l'aluminium, le recyclage bénéficie d'une image favorable auprès du grand public, démontrant le succès des campagnes de communication. A l'inverse, à l'intérieur de l'industrie de l'aluminium, c'est une image dévalorisée. Les opinions émises par tous les acteurs, commerçants, techniciens, dirigeants, encore recueillies pendant ce travail, sont les suivantes : métier de chiffonnier, métier misérable, métier peu technique mais très difficile (un recycleur 15 d'aluminium n'a-t-il pas dit que son métier était un métier d'homme alors que celui du recycleur de cuivre était un jeu d'enfant). A notre avis ces opinions appartiennent à un passé révolu qu'elles retraduisent cependant fidèlement car le recyclage est aujourd'hui reconnu comme une contribution majeure au développement supportable de l'aluminium. C'est bien pour cette raison que, en 2000, l'industrie de l'aluminium mondiale a décidé d'abandonner le qualificatif « secondaire » jusque là utilisé pour désigner le métal recyclé. C'est en raison de toutes ces données discordantes et parfois contradictoires qu'a débuté ce travail encouragé par de nombreuses personnalités. Notre engagement a été incontestablement facilité par notre connaissance des savoirs indispensables (métallurgie, économie, statistiques) et surtout notre expérience acquise au cours d'une vie professionnelle menée à l'échelle mondiale dans (recherche et développement, production), pour (recherche, développement, marketing, stratégie) et autour (marketing, stratégie de produits connexes, les ferro-alliages, et concurrents, le fer) de l'industrie de l'aluminium. Notre objectif est de faire la vérité sur le recyclage de l'aluminium, un matériau qui a très largement contribué à faire le 20ème siècle, grâce à une revue critique embrassant tous les aspects de cette activité méconnue ; ainsi il n'y a pas d'histoire du recyclage de l'aluminium alors qu'il est plus que centenaire. Plus qu'une simple compilation, cette revue critique a été conduite comme une enquête scientifique, technique, économique, historique, socio-écologique faisant ressortir les faits principaux ayant marqué l'évolution du recyclage de l'aluminium. Elle conclut sur l'état réel du recyclage, qui se révèle globalement satisfaisant avec ses forces et ses faiblesses, et au-delà du recyclage sur l'adéquation de l'aluminium au développement supportable, adéquation largement insuffisante. C'est pourquoi, elle suggère les thèmes d'études intéressant tous ceux scientifiques, techniciens, historiens, économistes, juristes concernés par une industrie très représentative de notre monde en devenir, un monde où la place de l'aluminium dépendra de son aptitude à satisfaire les critères du développement supportable. ABSTRACT Owing to recycling, the aluminium industry's global energetic and environmental prints are much lower than its ore extractive metallurgy's ones. Likewise, recycling will allow the complete use of the expected avalanche of old scraps, consequently to the dramatic explosion of aluminium consumption since the 50's. The recycling state is characterized by: i) raw materials split in two groups :one, the new scrap, internal and prompt, proportional to semi-finished and finished products quantities, exhibits a fairly good and regular quality. The other, the old scrap, proportional to the finished products arrivïng at their end-of--life, about 22 years later on an average, exhibits a variable quality depending on the collect mode. ii) a poor recycling rate, near by that of steel. The aluminium industry generates too much new internal scrap and doesn't collect all the availa~e old scrap. About 50% of it is not recycled (when steel is recycling about 70% of the old scrap flow). iii) recycling techniques, all based on melting, are well handled in spite of aluminium atiiníty to oxygen and the practical impossibility to purify aluminium from any impurity. Sorting and first collect are critical issues before melting. iv) products and markets of recycled aluminium :New scraps have still been recycled in the production lines from where there are coming (closed loop). Old scraps, mainly those mixed, have been first recycled in different production lines (open loop) :steel deoxidation products followed during the 30's, with the development of the foundry alloys, by foundry pieces of which the main market is the automotive industry. During the 80's, the commercial development of the beverage can in North America has permitted the first old scrap recycling closed loop which is developing. v) an economy with low and erratic margins because the electrolytic aluminium quotation fixes scrap purchasing price and recycled aluminium selling price. vi) an industrial organisation historically based on the scrap group and the loop mode. New scrap is recycled either by the transformation industry itself or by the recycling industry, the remelter, old scrap by the refiner, the other component of the recycling industry. The big companies, the "majors" are often involved in the closed loop recycling and very seldom in the open loop one. To-day, aluminium industry's global energetic and environmental prints are too unbeara~ e and the sustainaЫe development criteria are not fully met. Critical issues for the aluminium industry are to better produce, to better consume and to better recycle in order to become a real sustainaЫe development industry. Specific issues to recycling are a very efficient recycling industry, a "sustainaЫe development" economy, a complete old scrap collect favouring the closed loop. Also, indirectly connected to the recycling, are a very efficient transformation industry generating much less new scrap and a finished products industry delivering only products fulfilling sustainaЫe development criteria.

Radiolarian biochronology and Pacific origin of Jurassic-Cretaceous oceanic terranes in Costa Rica and Puerto Rico

AbstractAs demonstrated during several recent geological conferences, there is still a large debate concerning the origins of the Mesozoic oceanic remnants on the Caribbean Plate. The geodynamic models describing the Mesozoic history of the Caribbean realm can be divided into two main categories based on the origin of the Caribbean Plate: 1) An in situ origin between the Americas; 2) A Pacific origin and an eastward transport relative to the Americas. The study of the ribbon-bedded radiolarite is a key in determining the origins of associated Mesozoic oceanic terranes and may help to achieve a general agreement regarding the basic principles on the evolution of the Caribbean Plate. The Early Jurassic to early Late Cretaceous Bermeja Complex of Puerto Rico, witch contains serpentinized peridotite, altered basalt, amphibolite, and chert (Mariquita Chert Formation), and the contemporaneous Santa Rosa Accretionary Complex, which crops out in several half-windows along the south shores of the Santa Elena Peninsula in northwestern Costa Rica, are two of these little-known and crucial ophiolitic mélanges. The Manzanillo and Matambú fore-arc Terranes of the Nicoya Peninsula in the northwestern Costa Rica, which contain Late Cretaceous to Early Paleogene radiolarian-bearing siliceous mudstones and cherts associated with arc-derived mafic to intermediate volcaniclastics, bring important information on the history of the western active margin of the Caribbean Plate. A systematic radiolarian study of these three regions is presented herein in three different articles.The radiolarian biochronology of the Mariquita Chert Formation of the Bermeja Complex presented in this work indicate an early Middle Jurassic to early Late Cretaceous (late Bajocian-early Callovian to middle Albian-middle Cenomanian) age for the Mariquita Chert Formation. The illustrated assemblages contain 150 species, of which 3 are new (Pantanellium karinae, Loopus bermejaense, and L. boricus), and belonging to 59 genera. A review of the previous radiolarian published works on this formation and the results of this study suggest that the Bermeja Complex ranges in age from Middle Jurassic to early Late Cretaceous (late Aalenian to middle Cenomanian) and also reveal a possible feature of the complex, which is the youngling of radiolarian cherts from north to south, evoking a polarity of accretion. On the basis of a currently exhaustive inventory of the ribbonbedded radiolaritic facies on the Caribbean Plate, a re-examination of the distribution of Middle Jurassic sediments associated with oceanic crust from the Caribbean realm, and a paleoceanographical argumentation on the water currents, we come to the conclusion that the radiolarite and associated Mesozoic oceanic terranes of the Caribbean Plate are of Pacific origin. The previous argument for a Pacific origin of the Bermeja Complex presented by Montgomery et al. (1994a), based on their radiolarian age and their estimation of the oldest Proto-Caribbean oceanic crust, is nowadays seriously questionable, owing to the recent progresses in radiolarian biostratigraphy and new discoveries on the age of the first oceanic crust spreading between the Americas. Furthermore, we interpret the radiolarian Parvicingulidae-rich assemblages in the low-latitude Caribbean context as potential indicators of upwelling or land nutrients inputs, instead of indicators of paleolatitudes,as firstly stated by Pessagno and Blome (1986). Eventually, a discussion on the origin of the cherts of the Mariquita Formation illustrated by Middle Jurassic to middle Cretaceous geodynamic models of the Pacific and Caribbean realms bring up the possibility that the rocks of the Bermeja Complex are remnants of two different oceans.The Santa Rosa Accretionary Complex contains various oceanic assemblages of alkaline basalt, radiolarite and polymictic breccias. The radiolarian biochronology (19 illustrated assemblages, 232 species belonging to 63 genera) presented in this work indicate an Early Jurassic to early Late Cretaceous (early Pliensbachian to earliest Turonian) age for the sediments associated with oceanic basalts or recovered from blocks in breccias or megabreccias from the Santa Rosa Accretionary Complex. This study brings to light the Early Jurassic age of a sequence of ribbon-bedded radiolarite, which was previously thought to be of Cretaceous age, intruded by alkaline basalts sills. The presence of Early Jurassic large reworked blocks of radiolarite in a polymictic megabreccia, firstly reported by De Wever et al. (1985) is confirmed. Therefore, the alkaline basalt associated with these radiolarites could be of Jurassic age. In the Carrizal tectonic window, Middle Jurassic radiolarian chert blocks and Early Cretaceous brick-red ribbon-bedded radiolarites overlying pillow basalts are interpreted as fragments of a Middle Jurassic oceanic basement accreted to an Early Cretaceous oceanic plate, in an intra-oceanic subduction context. Whereas, knobby radiolarites and black shale at Playa Carrizal are indicative of a shallower middle Cretaceous paleoenvironment. Other younger oceanic remnants documented the rapid approach of the site of sedimentation to a subduction trench during the late Early Cretaceous (AlbianCenomanian), maybe early Late Cretaceous (Turonian).In total, 60 species belonging to 34 genera were present in relatively well-preserved radiolarian faunas from volcaniclastics and associated pelagic and hemipelagic rocks of the Matambú and Manzanillo terranes, ranging in age from Late Cretaceous to Early Paleogene (middle Turonian-Santonian to late Thanetian-Ypresian). This study shows that radiolarians can provide significant biostratigraphic control in the Nicoya Peninsula where very similar lithologies of different ages are present. Two radiolarian samples directly date the Berrugate Formation for the first time (middle Turonian-Santonian and Coniacian-Santonian). These ages allow to determine a volcanic arc activity on the western edge of the future Caribbean Plate at least since the Santonian that could have lasted through the middle Turonian-early Campanian interval by stratigraphic superposition. Moreover on the basis of these radiolarian ages, the Loma Chumico Formation of Albian age, and the Berrugate Formation of middle Turonian-early Maastrichtian age, can now be clearly differentiated. Two samples from the Sabana Grande Formation give a Coniacian-Santonian age and a Coniacian-Campanian age and indicate that there is a stratigraphic gap of ~10 million years between this formation and the underlying Albian Loma Chumico Formation.RésuméComme cela a pu se vérifier à plusieurs reprises lors de conférences géologiques récentes, le débat sur l'origine des terrains océaniques mésozoïques de la Plaque Caraïbes est toujours d'actualité. Les modèles géodynamiques décrivant l'histoire de la région caraïbes peuvent être classés en deux catégories basées sur l'origine de la Plaque Caraïbes : 1) Une origine in situ entre les Amériques ; 2) Une origine Pacifique et un transport vers l'est, par rapport aux Amériques. L'étude des radiolarites rubanées est capitale pour la détermination de l'origine des terrains océaniques allochtones du Mésozoïque et peut être utile pour parvenir à un compromis général concernant les principes basiques de l'évolution de la Plaque Caraïbes. Le complexe de Bermeja à Porto Rico qui est constitué de péridotites serpentinisées, de basaltes altérés, d'amphibolites et de cherts (Formation des Cherts de Mariquita), et le Complexe d'Accrétion de Santa Rosa qui affleure dans plusieurs demi-fenêtres tectoniques au sud de la Péninsule de Santa Elena au nord-ouest du Costa Rica sont deux de ces mélanges ophiolitiques peu décrits et déterminants. Les terrains de fore-arc de Manzanillo et de Matambu dans la Péninsule de Nicoya au nord-ouest du Costa Rica qui sont composés de calcaires siliceux et de cherts riches en radiolaires associés à du matériel volcanique d'arc mafique à intermédiaire, apportent d'importantes informations sur l'histoire de la marge active occidentale de la Plaque Caraïbe. Une étude systématique des radiolaires de ces trois régions est présentée dans ce travail sous forme de trois articles.La biochronologie des radiolaires de la Formation des Cherts de Mariquita du Complexe d'Accrétion de Santa Rosa présentée dans ce travail indique un âge Jurassique Moyen inférieur à Crétacé Supérieur inférieur (Bajocien supérieur-Callovien inférieur à Albien moyen-Cénomanien moyen) pour la Formation des Cherts de Mariquita. Les assemblages illustrés contiennent 150 espèces, parmis lesquelles 3 sont nouvelles (Pantanellium karinae, Loopus bermejaense et L. boricus), et appartenant à 59 genres différents. Une révision des travaux publiés précédemment sur les radiolaires de cette formation, ainsi que les résultats de cette étude suggèrent que le Complexe de Bermeja a un âge allant du Jurassique moyen au Crétacé Supérieur inférieur (Aalénien supérieur à Cénomanien moyen) et révèle aussi une caractéristique éventuelle du complexe qui est le rajeunissement des radiolarites du nord au sud, évoquant une polarité d'accrétion. Sur la base d'un inventaire actuellement exhaustif du facies radiolaritique rubané sur la Plaque Caraïbes, d'un nouvel examen de la distribution globale des sédiments du Jurassique Moyen associés à de la croûte océanique et d'une argumentation paléocéanographique sur les courants, nous arrivons à la conclusion que les radiolarites et les unités tectoniques océaniques du Mésozoïque associées de la Plaque Caraïbes sont d'origine pacifique. L'argument antérieur pour une origine pacifique du Complexe de Bermeja présenté par Montgomery et al. (1994a), basé sur leur âge à radiolaire et leur estimation de l'âge de la plus vieille croûte océanique des Proto-Caraïbes, est sérieusement remis en question aujourd'hui, en raison des progrès récents de la biostratigraphie des radiolaires et des nouvelles découvertes concernant l'âge du début de l'océanisation entre les Amériques. En outre, dans le contexte de basses latitudes des Caraïbes, nous interprétons les assemblages à radiolaires riches en Parvicingulidae comme étant des indicateurs potentiels d'apports en nutriments des zones d'uppwelling ou des terres, plutôt que des indicateurs de paléolatitudes, comme exposer pour la première fois par Pessagno et Blome (1986). Finalement, une discussion sur l'origine des cherts de la Formation de Mariquita illustrée par des modèles géodynamiques du Jurassique Moyen au Crétacé moyen des régions pacifique et caraïbes, fait poindre la possibilité que les roches du Complexe de Bermeja proviennent de deux océans différents.Le Complexe d'Accrétion de Santa Rosa contient plusieurs assemblages océaniques différents de basaltes alcalins, radiolarites et brèches polymictes. La biochronologie des radiolaires (19 assemblages illustrés, 232 espèces appartenant à 63 genres) présentée dans ce second travail indique un âge Jurassique Inférieur à Crétacé Supérieur inférieur (Pliensbachien inférieur à Turonien initial) pour les sédiments associés aux basaltes océaniques ou provenant de blocs dans des brèches ou des mégabrèches du Complexe d'Accrétion de Santa Rosa. Cette étude met en évidence l'âge Jurassique Inférieur d'une séquence de radiolarites rubanées entrecoupée de sills de basaltes alcalins, dont l'âge estimé était précédemment le Crétacé.La présence de blocs plurimétriques de radiolarites d'âge Jurassique Inférieur remaniés dans une mégabrèche polymicte, dont la présence avait été signalée par De Wever et al. (1985), est confirmée. Par conséquent, les basaltes alcalins associés à ces radiolarites pourraient aussi être d'âge Jurassique. Dans la fenêtre tectonique de Carrizal, des blocs de radiolarites d'âge Jurassique Moyen et des radiolarites du Crétacé Inférieur recouvrant des basaltes en coussins sont interprétés comme des fragments d'une croûte océanique d'âge Jurassique Moyen accrétés à une plaque océanique d'âge Crétacé Inférieur, dans un contexte de subduction intra-océanique. Alors que dans la même zone, les radiolarites « noueuses » et les argiles noires associées sont interprétées comme des indicateurs d'un milieu peu profond au Crétacé. D'autres fragments océaniques plus jeunes documentent une approche rapide du lieu de sédimentation vers une fosse de subduction pendant le Crétacé Inférieur supérieur (Albien-Cénomanien), peut-être Crétacé Supérieur (Turonien).Au total, 60 espèces appartenant à 34 genres ont été déterminées à partir de faunes à radiolaires relativement bien préservées, extraites de roches volcanoclastiques et pélagiques à hémipélagiques associées, provenant des terrains de Matambu et Manzanillo et ayant des âges compris entre le Crétacé Supérieur et le Paléogène Inférieur (Turonien moyen-Santonien à Thanétien supérieur-Yprésien). Cette étude montre que les radiolaires peuvent fournir un contrôle stratigraphique significatif dans la Péninsule de Nicoya, où des lithologies similaires, mais d'âges différents sont présentes. Deux échantillons à radiolaires permettent de dater la Formation de Berrugate pour la première fois (Turonien moyen-Santonien et Coniacien-Santonien). Ces âges permettent d'établir une activité volcanique d'arc le long de la marge occidentale de la futur Plaque Caraïbes au moins depuis le Santonien et qui pourrait avoir durée jusqu'au Turonien moyen-Campanien inférieur. De plus, sur la base de ces âges à radiolaires, la Formation de Loma Chumico d'âge Albien, et la Formation de Berrugate d'âge Turonien moyen-Maastrichtien inférieur, peuvent maintenant être différenciées. Deux échantillons de la Formation de Sabana Grande donnent des âges Coniacien-Santonien et Coniacien-Campanien et indiquent qu'il existe une lacune stratigraphique d'environ 10 millions d'années entre cette formation et la Formation de Loma Chumico sous-jacente d'âge Albien.

The biogenic origin of needle fibre calcite

Needle fibre calcite is one of the most ubiquitous habits of calcite in vadose environments (caves deposits, soil pores, etc.). Its origin, either through inorganic, indirect or direct biological processes, has long been debated. In this study, investigations at 11 sites in Europe, Africa and Central America support arguments for its biogenic origin. The wide range of needle morphologies is the result of a gradual evolution of the simplest type, a rod. This rod is the elementary brick which, by aggregation and welding, builds more complex needles. The absence of cross-welded needles implies that they are welded in a mould, or under a longitudinal and unidirectional constraint, before being released inside the soil pores. The difference between the lengthening of the needles and the c axis can be explained by the existence of needles observed under a scanning electron microscope in organic sleeves, which can act as a mould during rod growth. Complex morphologies with epitaxial outgrowths on straight rods cannot have grown entirely inside organic microtubes; they must result from soil diagenesis after the release of straight rods in a soil-free medium. Whisker crystals are interpreted as the result of growth and coalescence of euhedral crystals on a rod. Rhomb chains are considered to be the consequence of successive epitaxial growth steps on a needle during variations in growth conditions. Isotopic signatures for needle fibre calcite vary from -16.63[per mille] to +1.10[per mille] and from -8.63[per mille] to -2.25[per mille] for Delta13C and Delta18O, respectively. The absence of high Delta18O values for needle fibre calcite precludes a purely physicochemical origin (evaporative) for this particular habit of calcite. As epitaxial growth cannot precipitate in the same conditions as initial needles, needle fibre calcite stable isotopic signatures should be used with caution as a proxy for palaeoenvironmental reconstructions. In addition, it is suggested that the term needle fibre calcite should be kept for the original biogenic form. The other habit should be referred to as epitaxial forms of needle fibre calcite.

Early Jurassic to Early late Cretaceous radiolarians from the Santa Rosa accretionary complex (Northwestern Costa Rica)

In the circum-Pacific ophiolitic belts, when no other biogenic constituents are found, radiolarians have the potential to provide significant biostratigraph- ic information. The Santa Rosa Accretionary Complex, which crops out in several half-windows (Carrizal, Sitio Santa Rosa, Bahia Nancite, Playa Naranjo) along the south shores of the Santa Elena Peninsula in northwestern Costa Rica, is one of these little-known ophiolitic mélanges. It contains various oceanic assemblages of alkaline basalt, radiolarite and polymictic breccias. The radiolarian biochronology presented in this work is mainly based by correlation on the biozonations of Carter et al. (2010), Baumgartner et al. (1995b), and O'Dogherty (1994) and indicate an Early Jurassic to early Late Cretaceous (early Pliensbachian to earliest Turonian) age for the sediments associated with oceanic basalts or recovered from blocks in breccias or megabreccias. The 19 illus- trated assemblages from the Carrizal tectonic window and Sitio Santa Rosa contain in total 162 species belonging to 65 genera. The nomenclature of tecton- ic units is the one presented by (Baumgartner and Denyer, 2006). This study brings to light the Early Jurassic age of a succession of radiolarite, which was previously thought to be of Cretaceous age, intruded by alkaline basalts sills (Unit 3). The presence of Early Jurassic large reworked blocks in a polymictic megabreccia, firstly reported by De Wever et al. (1985) is confirmed (Unit 4). Therefore, the alkaline basalt associated with the radiolarites of these two units (and maybe also Units 5 and 8) could be of Jurassic age. In the Carrizal tectonic window, Middle to early Late Jurassic radiolarian chert blocks associ- ated with massive tholeitic basalts and Early Cretaceous brick-red ribbon cherts overlying pillow basalts are interpreted as fragments of a Middle Jurassic oceanic basement accreted to an Early Cretaceous oceanic Plate, in an intra-oceanic subduction context. Whereas, the knobby radiolarites and black shales of Playa Carrizal are indicative of a shallower middle Cretaceous paleoenvironment. Other remnants of this oceanic basin are found in Units 2, 6, and 7, which documented the rapid approach of the depocentre to a subduction trench during the late Early Cretaceous (Albian-Cenomanian), to possibly early Late Cretaceous (Turonian).