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Cours-Techiques de Prospection Chapter · October 2017

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1 author: Riadh Ahmadi National Engineering School of Sfax (ENIS) 71 PUBLICATIONS   338 CITATIONS    SEE PROFILE

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Techniques de prospection

Techniques de prospection Plan du cours INTRODUCTION •

Chapitre I : Lexiques, notions et terminologies

•

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière

•

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection

•

Chapitre IV : Concentration minière et démarche d’évaluation

ETUDE DE CAS

INTRODUCTION La prospection de quoi?:

La prospection: La prospection est l’exploration méthodique d’un lieu dans l’objectif de rechercher des minéraux, des minerais, ou des matières utiles, en utilisant des méthodes de surface.

INTRODUCTION

1) Substances utiles : Roches ou minéraux utilisés en raison des propriétés physiques (couleur, transparence, dureté, etc ...) qu'ils présentent . 2) Substances minières : Terre ou roche d'où l'on tire les métaux, les minéraux, les substances combustibles. L’adjectif « minière » est relatif au mot mine qui signifie le site (de surface ou souterrain) où l’on exploite un gisement de matières minérales ou fossiles.

INTRODUCTION Sable et gravier Gypse et argiles

1) Substances utiles

Pierre de construction Marbre, P.M. & P. de décor

Sol et tout venant

2) Substances minières Métaux Minéraux Pierres précieuses Ressources naturelles fluides

(Fe, Ni, Pb, Zn, Au, …) (BaSO4, CaF2, NaCl…)

(Diamant, Rubis, …) Eau (Substance minière?)

Pétrole Gaz naturel

INTRODUCTION Les mines et l’industrie minière à travers le temps

2,5 M  6000 ans BP

L’âge de la pierre

-5000 à -3000 ans BP

L’âge du bronze

-2 500 à 2000 ans PB

L’âge du fer

Temps Matériaux de construction, ciment/porcelaine/briques/faïence/plâtre, produits de charge, isolants, produits chimiques, abrasifs, engrais, métaux, minerais non métalliques, minerais énergétiques, gemmes et pierres précieuse... (20ème siècle )

Chapitre I : Lexiques, notions et terminologies I.1) Notions fondamentales en prospection minière 1. Le minerai est définit comme étant un agrégat de minéraux naturels dans lequel un

ou plusieurs constituant de valeur peuvent être extrait. Si la substance utile qu’il contient est un métal, on a un minerai métallique ; dans les autres cas, un minerai

non métallique.

2. Stériles ou résidus miniers sont les matériaux restant après l'extraction des minerais des roches exploitées et dont la teneur en minéral exploité est nulle ou très faible, et qui sont dès lors écartés sans être exploités.

3. Un gisement est une concentration minérale exploitable. La notion de gisement repose sur une base économique et politique et elle s’applique aussi bien à des substances minérales (c’est le cas des minerais), qu’au substances organiques

(c’est le cas du charbon ou du pétrole).

Chapitre I : Lexiques, notions et terminologies 4. Notion du Clarke: Le Clarke est la teneur moyenne d'un élément chimique dans la croûte terrestre.

Cette valeur s'exprime en g/t (grammes par tonne) ou en ppm (parties par million) ou encore en % (pourcentage).

Ainsi, toute substance ayant une : Teneur > Clarke  Peut être intéressante

Chapitre I : Lexiques, notions et terminologies Pas exploitable Une anomalie : Concentration minérale > Clarke

Un indice : est une indication de la présence de minéralisation. Il est sans valeur économique.

Probablement exploitable ? Un gîte : Est une concentration de substances naturelles. Un corps minéralisé : Concentration économiquement intéressante, mais dimension non

suffisante (< 1 km) ou non connue.

Certainement Exploitable Un gisement : Concentration + Dimensions : Répondent au conditions d’exploitation économique. Un champ : Assemblage de plusieurs gisements; de dimensions varient de 1 à 10 km.

Un district : Regroupe plusieurs champs ; ses dimensions varient de 10 à 100 km. Une province métallifère : Est une vaste zone (au-delà de 100 km) à concentration élevée en

gîtes et gisements : elle peut prendre la forme d’une ceinture.

Chapitre I : Lexiques, notions et terminologies Prospection minière (métaux) Indice  Découverte  Corps minéralisé  Province

Exemple de la prospection pétrolière Indice  Prospect  Gisement  Champ (concession)  Province

Chapitre I : Lexiques, notions et terminologies

Chapitre I : Lexiques, notions et terminologies I.2) Classification des minerais Les minerais économiques sont classés en groupes basés sur leurs domaine d’utilisation industriel et commercial. Il y a plusieurs classifications possibles.  2 classements sont proposés:  a) Classement en fonction des substances énergétiques

 b) Classement adopté par le MCG (Mineral Commodity Group)

I.2) Classification des minerais a) Classification en fonction des substances énergétiques

Minerai Non énergétiques

Énergétiques

Minerais métalliques

Minerais non métalliques

(dont on retire mécaniquement ou chimiquement un métal )

Minerais des métaux fissiles

Combustibles fossiles

(ciment, céramique, verre et chaux…)

Matériaux de carrière

U, Th

Gemmes (joaillerie)

Roches industrielles

Métaux d’alliages Si. Mo. Co…

Métaux rares et précieux Au. Ag. Ti. Zr. Pt. …

Métaux de base Cu, Zn, Fe, Al

Charbon, pétrole, gaz naturel

I.2) Classification des minerais b) Classement adopté par le MCG (Mineral Commodity Group)

1

Métaux précieux : Au, Ag, Pt, Pd Métaux non ferreux : Cu, Pb, Zn, Sn Métaux ferreux et ferro-alliage : Fe, Ni, Mn, Cr, Co, Mo, W, V, Nb Métaux légers : Al, Mg, Ti Métaux nucléaires : U, Zr, Hf, Be, Cs, Rb, Terres rares

2

Hydrocarbures minéraux : Charbon, pétrole, gaz

3

Isolants, réfractaires et abrasifs : Graphite, Amiante, Sillimanite, Vermiculite

4

Gemmes : Minéraux précieux (Diamant, Rubi, Saphir, Emeraude) et semiprécieux (Améthyste, Opale, Quartz…)

5

Matériaux de construction : Agrégat pour BTP (Sable, Gravier, Granulats…), Argiles à briques, Pierres dimension (Pierre marbrière, Marbre, Granite…)

Au-Or, Ag-Argent, Pt-Platine, Pd-Palladium, Cu-Cuivre, Pb-Plomb, Zn-Zinc, Sn-Étain, Fe-Fer, Ni-Nickel, Mn-Manganèse, Cr-Chrome, Co-Cobalt, Mo-Molybdène, W-Tungstène, V-Vanadium, Nb-Niobium, Al-Aluminium, Mg-Magnésium, Ti-Titane, U-Uranium, Zr-Zircon, Hf-Hafnium, Be-Bérylium, Cs-Césium, Rb-Rubidium.

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière

• Règles générales I. La prospection stratégique II. La prospection tactique III. La prospection ponctuelle

• Récapitulatif

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière Règles générales Avant d’entamer une prospection minière : • L’explorateur, ou la compagnie minière, doit d’abord décider quel minerai il veut chercher, où il veut le rechercher et comment faire pour trouver cette mine. • Il est donc implicite que l’explorateur doit posséder de prime abord, la technologie, les moyens financier et le savoir-faire pour démarrer son exploration. • Cela suppose également, que les facteurs de risque socio-économiques et

politiques ont été préalablement considérer.

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière Règles générales L’approche du sujet

L’objectif : la découverte et la

quantification des gisements miniers à valeur économique

L’exploitation

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière Règles générales Lors d’un cycle de prospection minière - La surface concernée diminue; - Les coûts sont de plus en plus élevés;

- Les risques deviennent de plus en plus faibles.

 Une bonne compréhension des éléments d’appréciation par le géologue explorateur, de chaque phase, est nécessaire afin de passer d’une phase à l’autre.

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière Règles générales Il existe 5 phases de prospection

Étapes à suivre dont le but d'assurer une démarche

systématique et rationnelle de la prospection minière.

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière Règles générales

Phase 1 + 2

Prospection régionale ou stratégique

Phase 3

Prospection détaillée ou tactique

Phase 4 + 5

Prospection ponctuelle

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière I. La Prospection stratégique L’objectif étant d’explorer une surface très large (permit d’exploration) avec un minimum de frais, afin de percevoir le maximum d’anomalies minérales.

Ce stade renferme deux phases :

- La phase 1 : Approche du sujet - La phase 2 : Prospection de reconnaissance

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière I. La Prospection stratégique Coût : faible

La phase 1: Approche du sujet

Risque: très élevé

 Études bibliographiques : •

Cartes topographiques, géologiques, gîtologiques, métallogéniques,

•

Rapports de travaux miniers antérieurs et publications scientifiques;

•

Images satellitaires et/ou aériennes…

Objectif : Sélection des sujets intéressants et classement des surfaces explorées en zones à fort, moyen et bas potentiel ou potentiel nul (zones à rejeter).

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière I. La Prospection stratégique Coût : faible

La phase 1: Approche du sujet

Risque: très élevé

A la fin de la phase n°1, l'investisseur doit vérifier

- S'il y a une demande du minerai à un prix convenable, - Si le climat d'investissement favorable, - La durée et le coût de cet investissement.

Décision  une fois, ces vérifications sont faites, décider soit de rejeter

le projet, soit de continuer.

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière I. La Prospection stratégique Coût : moyen

La phase 2 : Prospection de reconnaissance

Risque: très élevé

La prospection réelle de terrain des zones choisies. En fonction du minerai et nature de terrain recherché en peut utiliser :

- La prospection au marteau

- La prospection géophysique aéroportée et de surface

(Ex: sismique 2D)

- La prospection géochimique à large maille (irrégulière : stratégique)

- La prospection alluvionnaire à large maille (irrégulière : stratégique)

Objectif  Recenser les indices et les anomalies et les classer par ordre de priorité

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière II. La Prospection tactique Coût : élevé

La phase 3 : Exploration détaillée

Risque: élevé

Consiste à l’exploration détaillée d’une surface réduite, sélectionné d’après la phase précédente, par les outils et méthodes adéquats en fonction du minerai.

- La prospection au marteau - La prospection géophysique à haute résolution

(Ex: sismique 3D)

- La prospection géochimique à petite maille équidistante

Ex: maille

- La prospection alluvionnaire à petite maille équidistante

carrée à 50 m

- Tranchées, sondages, carottages et forages sont possibles. Objectif (1)  Converger vers le(s) gîte ou le(s) corps minéralisé

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière II. La Prospection tactique Coût : élevé

La phase 3 : Exploration détaillée

Risque: élevé

A ce stade on fait des levés de cartes géologiques (prosp. au marteau) et cartes de concentrations minérales (prosp. géochimique) avec des études de tectonique, pétrologique, sédimentologique, minéralogiques,… de zones restreintes.

Objectif (2)  Caractériser géologiquement et géométriquement le(s) gîte ou le(s) corps minéralisé

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière III. La Prospection ponctuelle Évaluation détaillée du gîte afin de le classer en gisement ou réserve stratégique. Dans le cas positif (gisement)  on passe à l’étude de faisabilité du projet finale. Coût : très élevé

La phase 4 : Exploration ponctuelle

Risque: moyen

Objectif : Déterminer les paramètre de d’évaluation du gite ou corps minéralisé

(Voir chapitre IV : concentration minière et démarche d’évaluation)

• Teneur et tonnage • Style et géométrie du gisement

• Réserves • Impureté, stériles et polluants

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière III. La Prospection ponctuelle Coût : très élevé

La phase 5 : Étude de faisabilité et production

Risque: faible

Type de gisement / Les réserves  Techniques et dimension de la production

Étude de faisabilité finale par des experts indépendants qui déterminent la fiabilité des informations recueillies dans les phases précédentes, en plus de l’évaluation techniques et économiques du gisement.

Objectif : Convaincre les investisseurs et/ou les créanciers de mettre le gisement

en production.

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière

stratégique

Prospection

Récapitulatif

Prospection

ponctuelle

Prospection

tactique

La phase 1: Approche du sujet

Coût : faible Risque: très élevé

La phase 2 : Prospection de reconnaissance

Coût : moyen Risque: très élevé

La phase 3 : Exploration détaillée

Coût : élevé Risque: élevé

La phase 4 : Exploration ponctuelle

Coût : très élevé Risque: moyen

La phase 5 : Étude de faisabilité et production

Coût : très élevé Risque: faible

Chapitre II : Les étapes de la prospection minière Récapitulatif La phase 1: Approche du sujet Positif

Négatif

Abandon du projet

La phase 2 : Pros. de reconnaissance Positif

Négatif

Abandon du projet

La phase 3 : Exploration détaillée Positif

Négatif

Abandon du projet

La phase 4 : Exploration ponctuelle Positif

Négatif

Abandon du projet

La phase 5 : Faisabilité et production Réalisation du projet

Positif

Négatif

Abandon du projet

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection INTRODUCTION Est-ce que les méthodes appliquées pour la recherche minière sont les même ?

Non ! Par exemple : un programme d'exploration de diamant est très différent d'un programme d'exploration des pierres de construction, parce que la valeur du minerai, la minéralisation et les techniques de prospection sont différentes.

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.1) Sciences et disciplines de base Il s’agit principalement de procédures logiques qui impliquent plusieurs disciplines géologiques. Celles-ci changent en fonction de la substance explorée.

1) Géologie de terrain : {Pétrographie, Stratigraphie}, Levé de logs, Cartographie, Géologie structurale (coupes géologiques et cartes str.), …

2) Géophysique : Dans toutes ces formes et outils. 3) Télédétection et SIG : Générale et spécifiques.

Géologie de terrain :

Prospection au marteau

Géologie de terrain :

Prospection au marteau

Géologie de terrain :

Prospection au marteau

Géologie de terrain :

Prospection au marteau

Géologie de terrain : Prospection au marteau

Log lithost.  Indices et anomalies % du minerai

• Failles et fractures • Réseau hydrographiques

• Discordances et discontinuité sédimentaires

Géologie de terrain : Basique pour la prospection stratégique

Carte géologique

Carte structurale

Coupes géologiques

Détaillé et/ou adapté pour la prospection tactique et ponctuelle

Log lithost.

Outils géophysiques: 1) Sismique réflexion (Exploration profonde) 2) Sismique réfraction (Exploration de surface) 3) Gravimétrie (Anomalie gravimétrique, Bouguer) 4) Magnétométrie & Paléomagnétisme (Champ magnétique terrestre …) 5) Méthodes électriques (Résistivité, SEV, Tomographie …) 6) Radiométrie (Scintillomètres GR, Spectromètre) 7) Diagraphie …

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.1) Sciences et discipline de base La prospection géophysique aéroportée Cette méthode est appliquée en zones forestières à fort recouvrement et aux régions difficilement accessibles.  Détermination des régions anomales par :

- Magnétométrie - Gravimétrie

- Radiométrie

SIG et télédétection: 1) Classification et organisation des informations disponibles en base de donné. (SIG) 2) Acquisition et traitement de nouvelles images et scènes satellitaires et/ou aéroportés. (Télédétection) 3) Superposition et interprétation des donnés  cartes, diagrammes, courbes, … (SIG + Télédétection)

Le SIG est un outils qui facilite le travail et permet l’organisation et l’interprétation de plusieurs types de donnés (cartes de tout genre, images sat., donnés d’analyse et de mesure, donnés géophysiques, …).

SIG et télédétection:

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.1) Sciences et discipline de base Il s’agit principalement de procédures logiques qui impliquent plusieurs disciplines géologiques. Celles-ci changent en fonction de la substance explorée.

1) Géologie de terrain : {Pétrographie, Stratigraphie}, Levé de logs, Cartographie, Géologie structurale (coupes géologiques et cartes str.), …

2) Géophysique : Dans toutes ces formes et outils. 3) Télédétection et SIG : Générale et spécifiques.  En fonction de la substance explorée on peut avoir recours à la: 4) Minéralogie : Science qui étudie les minéraux. 5) Gîtologie : Science qui étudie les processus physico-chimiques d’accumulation minérale à caractère économique.

6) Métallogénie : Science qui décrit les gîtes minéraux et leur mécanisme de formation. Elle fournit à l’explorateur minier des guides de prospection.

7) Gemmologie : Science qui étudie les processus de formations de gemmes et pierre précieuses (proche de la Cristallographie).

8) Hydrologie-Hydrogéologie, Géologie pétrolière-Géochimie organique, …

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.2) Techniques de prospection III.2.1) La prospection géochimique Méthode applicable aux gisements faiblement enfouis ou affleurant Analyser les divers éléments chimiques de :

- Roche en place - Sédiments transportés - Le sol - Eau

Il est possible, ou même recommander, d’utiliser la batée pour l’analyse des sédiments et sols si le minerai explorer est un métal dense.

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.2) Techniques de prospection III.2.1) La prospection géochimique La dispersion En surface, une concentration anormale se manifeste comme une auréole de dispersion 1. Dispersion primaire: Transformation de l’encaissant lors de la mise en place de la minéralisation. 2. Dispersion secondaire: Transformation de la minéralisation à la surface.  Détecter une minéralisation sous sol : Teneur élevée dans un sol témoigne de la proximité du dépôt originel

La méthode géochimique est peu applicable aux gisements aveugles

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.2) Techniques de prospection III.2.1) La prospection géochimique La dispersion

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.2) Techniques de prospection III.2.1) La prospection géochimique La dispersion

Auréole de dispersion chimique primaire

Corps minéralisé

Faille

Dispersion mécanique secondaire

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection La dispersion

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection Altération des minéralisations

Sulfure de fer

Oxydation Hydratation

Composés amorphes

Hématite

(Limonite) Goethite

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection Altération des minéralisations Les sulfures ferrifères (pyrite, arsénopyrite, chalcopyrite)

oxydation et/ou hydroxylation

l’ilménite, magnétite, hématite, goethite (plus ou moins riches en métaux de base)

Quelle est la forme des structures minérales rencontrées dans les faciès altérés?

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.2) Techniques de prospection III.2.1) La prospection géochimique

Les réactifs de terrain •

Les réactifs permettent une détermination qualitative d’une substance.

•

C’est une réaction visible, sur une cassure propre et fraîche.

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection Les réactifs de terrain Réactifs

Zinc

Gertrude

Solutions 1) Une solution ferricyanure de potassium (K3Fe(CN)6) à 3%. 2) Une solution d’acide oxalique à 3% dans lequel on dissous 0,5% de diéthylaniline

Colorations Une coloration rouge sang apparaît au bout de quelques secondes à quelques minutes.

(NB: cette solution est sensible à la lumière).

Plomb

Jérome

1) Une solution d’acide acétique à 5% (ou acide chlorhydrique à 10%). 2) Une solution d'iodure de potassium à 5%.

Cuivre

1) 40 g de molybdate d'ammonium, 20 g de pyrophosphate d'ammonium dans 10 cl d'eau distillée. Réactif de 2) Ajouter la solution contenant 170 g de sulfures bioxyde de titane et 10 cl d'acide chlorhydrique concentré pour obtenir un liquide ayant la viscosité d'une peinture.

Une coloration jaune apparaît en présence plomb.

vif de

Une coloration bleue apparaît immédiatement. Les autres sulfures donnent des colorations bleu tardive après plusieurs secondes (pyrite, galène, blende).

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.2) Techniques de prospection III.2.1) La prospection géochimique Les réactifs de terrain Solutions mélangées

Colorations

Antimoine

1) Solution A : 1 volume HCl concentré, 3 volumes H2SO4 concentré, 2 volumes H2O Cette réaction repose sur la précipitation d'un sel double coloré en rouge orangé. distillée. On applique la solution A, puis après 2) Solution B : 10 g d'iodure de potassium, 2 g une minute la solution B. d'acide ascorbique, 40 g de chlorure de cesium dissous dans 10 cl d'eau distillée.

Phosphate

1) Solution A : Acide nitrique dilué à 50%.

(NB: As et Bi peuvent interférer en donnant une coloration moins accentuée.)

Nettoyer la roche avec la solution A. Asperger avec la solution B. Si la roche 2) Solution B : 12,5 g de molybdate contient du phosphate une coloration d'ammonium en poudre dans 100 cl d'eau. jaune vif apparaît.

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.2) Techniques de prospection III.2.2) La prospection alluvionnaire a) Prospection à la batée

Cette méthode est utilisée dans des zones à grande surface où le réseau hydrographique est actif. L’objectif est de concentrer les éléments de densité supérieurs à celles des sédiments stériles par centrifugation manuelle en utilisant la batée (gig ou pan).

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection III.2) Techniques de prospection III.2.2) La prospection alluvionnaire Cette technique s’applique à l’exploration des métaux lourds : 1)

Or (orpaillage) a.

Argent

b.

Mercure

c.

Minerai de Plomb

Il s’agit d’un moyen efficace pour découvrir des paillettes et des pépites en milieu aurifère, mais cela ne sera pas un outil de production ou commercial à grande échelle. La batée peut-être transporter partout (prospection au marteau). Le chercheur d’or se rendant parfois dans des zones reculées, préfèrera d’abord utiliser la batée avant d’amener les grandes

pièces d’évaluation ou de production  calcul ou estimation de la concentration en or ct/m3.

Généralement, si les premiers essais à la batée sont positifs : découvert de plusieurs échantillons de grandes valeurs, on amènera un équipement de production plus important pour travailler le sol et ainsi produire plus d’or.

Chapitre III : Outils et méthodes de prospection

Quelques exemples de boxworks

Chalcopyrite

(CuFeS2)

Blende

(ZnS)

Bornite

(Cu5FeS4 )

Tétraédrite

Molybdénite

Galène

Cu6Cu4(Fe,Zn)2 (Sb,A4)S13

(Mo,Fe)S2

(PbS)

Chapitre IV : Etude de cas Exercice 1

Dans une province géologique, de forme carré, en identifie deux zone :

(1) des plaines côtières bien drainées à l’Ouest et (2) affleurements à reliefs élevés à l’Est. Les reliefs sont principalement constitués de matériel endogène et métamorphique affecté d’un réseau dense de fractures et failles cartographiques. Ils sont couverts par

une végétation assez dense et sont entourés, en périphérie, par des roches sédimentaires détritiques qui s’étendent vers les plaines côtières en formant d’épaisses séries à faciès continental. 1) Choisir 4 substances minières explorables dans cette région (2 dans chaque zone). Les

substances doivent être compatibles avec les spécificités géologiques de cette région. (Justifier brièvement).

2) Etablir une stratégie de prospection d’une seule substance en indiquant les phases nécessaires et les outils et méthodes utilisés dans chaque phase. (Pas besoin de trop de détails, mais les méthodes et techniques utilisés, la démarche d’application, mots techniques sont demandés).

Chapitre IV : Etude de cas Exercice 2

Dans une province géologique, décrite par la carte géologique ci-jointe, une société

minière se propose d’étudier l’exploitabilité de deux substances minières :

1) Pétrole 2) L’Or

Question : Établir une stratégie détaillée pour chaque minerai, en expliquant les outils et méthodes utilisées pour la prospection de chaque substance et en indiquant sur la carte les lieux de

l’échantillonnage, points de mesures et analyses possibles.

Chapitre IV : Etude de cas Exercice 2

Question : Établir une stratégie détaillée pour chaque minerai, en expliquant les outils et méthodes utilisées pour la prospection de chaque substance et en indiquant sur la carte les lieux de l’échantillonnage, points de mesures et analyses possibles.

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