Auteur : Marc Thierry

Comment s’engager dans la transition écologique ? Le débat est ouvert et, malheureusement, au vu de la complexité du sujet, les arguments avancés manquent souvent de rigueur. Le problème sera abordé sous l’angle des terres rares, qui semblent indispensables à la réussite de la transition écologique. Certains affirment que le développement des énergies renouvelables sera empêché à cause de la pénurie inéluctable des terres rares[1]. D’autres affirment que les progrès technologiques nous permettront de ne plus faire appel à celles-ci[2]. Qu’en est-il vraiment ?

1. QU’EST-CE QU’UNE TERRE RARE ?[3]

 Paradoxalement, une terre rare n’est pas un élément naturel rare. Il n’existe pas de gisements de terres rares, on les trouve partout sur la Terre mais disséminées, en très faible quantité. Cela signifie qu’il faut extraire une énorme quantité de minerai pour obtenir une petite quantité de terres rares (quelques centaines de grammes dans une tonne de minerai !). Celles-ci ont des propriétés optiques, magnétiques et chimiques très spécifiques et ainsi elles sont largement utilisées dans les pots d’échappement des véhicules automobiles, les batteries ou les disques durs des ordinateurs… Elles permettent d’augmenter considérablement les performances de produits technologiques, grâce à une technique d’aimants permanents appelée NdFeB (pour néodyme-fer-bore). Le néodyme est une terre rare fréquemment utilisée de même que le praséodyme. On admet que les capacités d’un aimant de 100 g contenant du néodyme sont équivalentes à celles d’un aimant de 1 kg sans cet élément.

On distingue dix-sept terres rares,  les  unes  dites  légères  (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium), et les autres lourdes (scandium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutétium, yttrium). On classe souvent les  terres  rares  parmi les éléments dits « critiques » c’est-à-dire presque toujours des métaux très importants au niveau économique et présentant un  risque  de  pénurie  jugé comme élevé :  ces  métaux  sont  considérés  comme  indispensables  ou  du moins très utiles pour mener à bien la transition écologique et accomplir      la révolution numérique. Dans l’éolien, seules certaines technologies – essentiellement dans la filière des éoliennes offshore à génératrice synchrone    à aimants permanents – utilisent des terres rares. Mais, là encore, ces  matériaux ne sont pas indispensables et surtout, certains ne sont pas rares, comme le néodyme.

2. LES RESSOURCES EN TERRES RARES

 La Chine a le quasi-monopole de l’extraction des terres rares. Cela s’explique probablement par le faible coût de la main d’œuvre, des gisements importants et des lois environnementales assez souples. On peut aussi penser que les pays développés ont préféré importer ces éléments plutôt que les extraire sur leur propre sol. En effet, les sites d’exploration, d’extraction et d’exploitation entraînent une pollution importante : les terres rares sont mélangées dans les minerais extraits et il faut donc les séparer pour les utiliser ensuite de manière isolée. Le coût en énergie, en eau et en produits chimiques est alors très élevé. Un gisement révèle entre 1 % et 5 % de terres rares et il faut extraire de grandes quantités de roches pour au final produire une petite quantité de terres rares. Ainsi, le milieu naturel est profondément affecté : destruction de la biodiversité, pollution des eaux, des sols, des nappes phréatiques et risques sanitaires élevés pour les ouvriers. Toutefois, alors qu’en 2010, 80 % de la production mondiale était chinoise, en 2020 elle est seulement de 57 %, nombre de pays (USA, Birmanie…) ayant décidé d’exploiter leurs propres gisements. On estime qu’en 2030, USA, Australie et Europe auraient les capacités de raffiner les minerais pour obtenir des terres rares, pour un coût raisonnable.

Deux minerais contiennent l’essentiel des réserves mondiales : la bastnaésite, qui est un carbonate de terres rares (en Chine, aux USA) et la monazite, qui est un phosphate de terres rares (Afrique du Sud, Australie, Brésil, Chine, USA, Inde, Malaisie, Russie, Sri Lanka, Thaïlande). L’estimation des réserves mondiales est délicate, un chiffre avancé est de 120 millions   de tonnes (Chine 44 millions de tonnes, Brésil et Vietnam, 22 millions de tonnes) alors que la consommation en 2018 fut 1,7 millions de tonnes.

On considère actuellement que la consommation de terres rares augmente de 8 % par an et, dans l’avenir, pour éviter toute pénurie, il faudrait peut- être extraire les terres rares du fond de l’océan avec toutes les conséquences à prévoir : mises en danger des espèces marines (faune et flore) et des populations humaines qui dépendent de la qualité des fonds marins et de plus un coût d’extraction qui explose.

On distingue des gisements primaires, directement associés à des processus internes de la Terre (remontée de magma, par exemple) et les gisements secondaires associés à des processus d’altération des roches en surface (l’érosion, par exemple).

Les ressources sont donc importantes, même en Europe, puisqu’elles permettraient de répondre aux besoins du continent pendant plusieurs décennies. Au niveau mondial, on estime que les ressources actuellement connues permettent de ne pas craindre une pénurie avant plusieurs siècles (neuf siècles si la consommation se stabilise).

3. LES BESOINS EN TERRES RARES[4]

 Les terres rares sont actuellement considérées comme indispensables pour le développement des technologies  modernes,  en  particulier  pour les technologies « vertes » d’où un paradoxe : pour produire de l’énergie renouvelable, il faudrait disposer de terres rares qui sont extraites au prix d’une pollution importante[5] ; de plus le recyclage de ces éléments ne dépasse pas les 1 % (mais les pourcentages recyclés sont en constante augmentation). Trois questions se posent ainsi : 1° Peut-on mieux  recycler les terres rares ? 2° Peut-on imaginer des techniques d’extraction moins polluantes ? 3°

Peut-on ne pas utiliser des terres rares ? En 2020, la production de terres rares était estimée à 200 000 t, la consommation par les industries à 190 000 t.

Voici quelques chiffres : un smartphone contient  en  moyenne  3  g  de  terres rares et donc chaque année on en utilise 6000 t pour la mise sur le marché de 2 milliards de nouveaux appareils. Un smartphone ne contient pas moins de sept terres rares utilisées pour les couleurs des écrans, le mode vibreur, le microphone et le haut-parleur et de plus en plus pour le système « haptique » (le dispositif haptique est un système tactilo-kinesthésique qui peut créer une communication entre l’utilisateur et l’appareil).

Une voiture électrique contient entre 1,2 et 3,5 kg  de  terres  rares mais certains véhicules de la marque Tesla fonctionnent sans terres rares. Une éolienne peut contenir des quantités importantes de terres rares, très variables selon les modèles : on trouve des aimants permanents au niveau de la génératrice, et les capacités peuvent être augmentées en utilisant ceux-ci[6]. Les terres rares sont utilisées pour les alliages d’aluminium (scandium), les piles à combustible (scandium), les batteries nickel-métal-hydrure (lanthane), les pots catalytiques (cérium), les lasers infrarouges (holmium, erbium), les diodes électroluminescentes (cérium), le polissage et la métallurgie (cérium), les phosphores (yttrium, europium, terbium, erbium, gadolinium) et surtout les aimants (praséodyme, néodyme, samarium, gadolinium, dysprosium).

Le coût de production des terres rares est faible, actuellement, car elles sont extraites et transformées dans des pays ne respectant pas les normes environnementales, ni les normes sanitaires pour les ouvriers. Selon les spécialistes, si le prix des terres rares augmentait, on rechercherait activement d’autres technologies beaucoup plus propres.

La place de la Chine

La Chine ne maîtrise pas seulement l’extraction, elle ne vend pas que    du minerai ou des produits peu transformés, elle est parvenue à dominer la plupart des techniques les plus avancées et elle a réussi à gérer au mieux   les filières, acquérant ainsi une position de quasi-monopole et disposant donc d’un atout puissant. Les terres rares lourdes sont les plus critiques, la Chine produit 98 %  du  terbium,  de  l’holmium,  du  lutécium,  du  thulium et de l’ytterbium. Mais, la demande est inférieure à la production, car la plupart des usages permettent la substitution. Il est plus difficile de trouver une substitution au dysprosium (produit à 99 % par la Chine).

Le recyclage

Le recyclage des terres rares est délicat car les quantités récupérées sont faibles et présentent des impuretés ; ainsi, recycler n’est pas rentable. Il existe maintenant de nouveaux projets : récupération des aimants dans ce qu’on appelle la mine urbaine (déchets électriques et électroniques) pour    la production de nouveaux aimants. Des nouvelles techniques permettent d’espérer un taux de récupération des aimants de 90 % avec une pureté estimée à 88 % : technique hydrométallurgique[7].

Une difficulté est d’anticiper les progrès technologiques : il serait  absurde de recycler des terres rares devenues inutiles, sauf si cela s’avère indispensable pour éviter la pollution. Le recyclage serait considéré comme un frein à l’innovation technologique.

Une seconde difficulté mérite d’être signalée : la question de la responsabilité du recyclage. Un produit vendu devient la  propriété  du  client et ainsi il devient responsable du traitement en fin de vie, d’où la nécessité d’organiser une récupération des produits anciens et de renforcer la communication sur les politiques de recyclage.

Une dernière difficulté peut être relevée : le recyclage des terres rares risque de provoquer des pollutions d’où la mise en œuvre de techniques élaborées et sécurisées, mais alors, au vu des faibles quantités à recycler dans chaque produit, les centres de traitement ne peuvent pas se multiplier et ainsi il faut récupérer puis transporter les déchets parfois sur de longues distances…

Le stockage

Le problème est similaire : quelles terres rares stocker sachant qu’un progrès technique peut rendre certaines inutiles ? Et par voie de conséquence, quelle durée de stockage ? Quelles quantités stocker ? De même, stocker du minerai ne garantit pas qu’une réponse adaptée soit apportée aux industries qui en ont besoin. La rapidité des progrès techniques rend toute prévision bien incertaine.

La substitution

Les industriels essaient de se passer des terres rares. Toutefois, il faut que la substitution soit techniquement possible et qu’elle permette d’obtenir des produits de qualité équivalente. Or, si on utilise des terres rares, c’est pour leurs propriétés spécifiques parfois spectaculaires, d’où peut-être une limite dans les perspectives de substitution. On distingue la substitution partielle : diminution de la teneur en terre rare et la substitution totale : suppression de terres rares, selon les progrès de la technologie. On considère aussi une autre forme de substitution : on modifie le système plutôt que la substance utilisée ; par exemple remplacer la pile à combustible basse température par une pile haute température qui n’a pas besoin de catalyse, ou encore invention d’un moteur électrique avec des aimants en ferrite disposés habilement.

La réduction des besoins

Avec l’actualité, l’idée de sobriété fait son chemin : la décroissance n’est pas encore à l’ordre du jour, d’ailleurs elle serait fermement rejetée par les pays en voie de développement, mais on peut imaginer de consommer mieux, par exemple en condamnant l’obsolescence programmée, en encourageant le recyclage des ordinateurs et smartphones…Toutefois, allonger la durée  de vie de certains produits, c’est aussi limiter les perspectives de progrès technologiques, puisque, souvent ceux-ci impliquent un changement radical de matériel , (par exemple, que deviennent les anciens compteurs électriques remplacés par les fameux compteurs Linky ? Ou les vieilles Livebox avec le passage à la fibre ?).

Les besoins estimés

Les besoins estimés pour 2050 dépendent des scénarios climatiques envisagés. On considère ici deux scénarios : le scénario 1 avec une augmentation de la température moyenne de 4°C et le scénario 2 avec une augmentation de la température moyenne de 2°C[8]. Selon le scénario 1, la consommation serait multipliée par 2,5 et selon le scénario 2 par 10. Les ressources semblent suffisantes à l’horizon 2050 mais des études récentes alertent sur une possible pénurie de certaines terres rares (en particulier celles ayant un numéro atomique impair).

La véritable difficulté dans l’extraction des terres rares vient de la nécessité d’utiliser de grandes quantités d’eau, or la Chine, premier producteur mondial, est soumise au stress hydrique, tout comme l’Australie.

Toute évaluation ne peut être que très approximative, dépendant des progrès technologiques. Ainsi, il semble que la consommation de gadolinium, produite à 97 % par la Chine avec actuellement environ 1000 t/an pourrait exploser en fonction de nouveaux besoins pour la réfrigération magnétique. La consommation du terbium est de 290 t/an, d’erbium 290 t/an, de l’holmium, du lutétium, du thulium et de l’ytterbium 75 t/an. Pour les terres rares légères, la situation est différente : la consommation de cérium est estimée à 45500 t/an, pour le lanthane à 3000 t/an et le néodyme à 20000 t/ an. Sauf, peut-être, pour le gadolinium[9], les ressources semblent suffisantes pour les 30 ans à venir.

4. TRANSITION ÉCOLOGIQUE ET TERRES RARES

 Les ressources en terres rares sont suffisantes pour assurer leur utilisation dans les décennies à venir, toutefois, au vu des dégradations engendrées  par l’extraction puis la séparation et enfin l’affinage, il est nécessaire de s’interroger sur la poursuite de l’utilisation de ces éléments dans l’avenir. En effet, la pollution accompagnant la mise sur le marché est très importante, et ainsi les pays développés, hypocritement, laissent les pays pauvres ou en voie de développement, ou les pays pressés de rejoindre le groupe des pays dits développés assurer la production (essentiellement la Chine, actuellement), semblant ignorer les conditions déplorables d’exploitation.

Terres rares et pollution

Tout commence par l’extraction de minerais : dans une mine de cuivre, on extrait de 2 kg à 30 kg de cuivre à partir d’une tonne de minerai. Pour     le platine (métal rare) ou le lutécium (terre rare) on obtient au mieux quelques grammes à partir d’une tonne de minerai ! On estime que 10 %   de l’énergie mondiale est utilisée pour la production des métaux. On utilise des machines monstrueuses d’où une consommation importante de diesel ; l’eau est indispensable pour le broyage et la concentration du minerai, enfin d’énormes quantités de déchets et de poussières sont émises. Sur une zone d’extraction, la pollution de l’eau est considérable, et on note aussi une augmentation sensible du taux de radioactivité, avec toutes les conséquences imaginables sur la santé des ouvriers travaillant sur le site. Il existe aussi   des mines artisanales encore plus polluantes, gérées presque sans aucun contrôle. Cette pollution est-elle évitable ? Au moins serait-il possible de la limiter drastiquement avec un surcoût considérable.

En Chine, la technique d’exploitation des terres rares est la « lixiviation en tas » : le principe est simple, rudimentaire même ; le minerai extrait est concassé, réduit à du gravier, puis des tas sont constitués (parfois de plusieurs dizaines de mètres de hauteur) et on les arrose lentement avec un produit chimique acide, qui élimine les substances indésirables qui se déverseront dans les environnements souterrains, créant une pollution catastrophique ; ne resteront en surface que les terres rares. Il existe d’autres techniques d’exploitation (par activité microbienne, par coagulation/floculation) qui, toutefois, présentent aussi des inconvénients : bio entartrage, entartage, coûts très élevés. Il serait aussi possible, tout en maintenant la technique   de lixiviation en tas, de neutraliser le pH de l’écoulement conséquence du drainage du minerai.

Un exemple « vertueux » ?

Une usine de terres rares dites lourdes serait localisée en 2025 au Texas, avec un investissement de 120 millions de dollars : la société australienne Lynas serait chargée de la mise en œuvre. Les terres rares seraient importées d’Australie et traitées ainsi sur le sol américain[10]. La mine Mt Weld en Australie occidentale est considérée comme l’un des gisements en terres rares les plus importants et d’ailleurs la société Lynas Rare Earths a décidé d’investir 500 millions de dollars pour augmenter les capacités de la mine et de l’usine de concentration associée. Lynas Rare Earths est reconnue comme producteur de terres rares respectueux de l’environnement et de la santé des travailleurs (elle est soumise à des contrôles externes et indépendants). Toutefois Greenpeace estimait en 2014 que les informations transmises par Lynas Rare Earths n’étaient pas suffisamment fiables[11].

Quels besoins pour la transition écologique ?

Les ressources semblent suffisantes pour les prochaines décennies, avec toutefois une extraction et une transformation très polluantes. La question est donc de savoir s’il est possible d’imaginer la transition écologique en limitant l’utilisation des terres rares. La réponse est, bien sûr, difficile : tout dépend des progrès technologiques. Certains sont optimistes : la science a toujours su résoudre les problèmes auxquels est confrontée l’humanité. Certains sont pessimistes : par exemple, la question du stockage de l’électricité n’est pas encore correctement résolue. Surtout, tout progrès engendre de nouveaux problèmes, de nouvelles pollutions…[12].

Un autre problème se pose : des pays pauvres ou en voie de développement possèdent des ressources importantes de minerais, ce qui constitue une source espérée de richesse, un peu comme le  pétrole  au  xxe siècle. Les pays développés cherchent à acquérir leur indépendance pour ce qui est  des besoins en terres rares, soit en exploitant eux-mêmes des mines sur leur territoire, soit en recherchant des procédés de substitution, le risque étant que les pays en voie de développement extraient du minerai en quantité trop importante (surproduction).

L’avenir est difficile à prévoir : on peut penser que la consommation en terres rares diminuera progressivement, grâce aux progrès technologiques et au recyclage, il faudrait donc limiter l’extraction des minerais, source d’une très importante pollution, ou encore inventer de nouvelles techniques d’extraction moins polluantes.

CONCLUSION

 Ainsi, pour ce qui concerne les terres rares, l’avenir n’est pas aussi sombre que certains l’affirment. La question est complexe, les réponses ne sont pas simples car plusieurs données doivent être prises en compte : les ressources, les besoins, les progrès technologiques, les coûts… Il faut aussi noter que les informations communiquées dans les divers articles ou dossiers peuvent être très variables et même contradictoires, preuve s’il en est que les connaissances sur le sujet restent partielles.

Je remercie chaleureusement les membres du Groupe « Transition Écologique et Rationalité » de l’Union rationaliste pour leurs remarques et commentaires ; je remercie tout particulièrement Catherine Jeandel, directrice de recherche au CNRS, océanographe, spécialiste des terres  rares,  ainsi  que Daniel Lincot, directeur de recherche émérite au CNRS, spécialiste de l’énergie photovoltaïque, pour leur relecture et leurs commentaires précieux.

1. Guillaume Pitron, La guerre des métaux La face cachée de la transition énergétique, Paris, Éditions Les liens qui libèrent, 2018. Ce texte a prêté le flanc à des critiques et discussions parfois passionnées.
2. Pour approfondir ce délicat problème, consulter le dossier « Métaux et terres rares : la face cachée de la transition énergétique », sur le site Techniques de l’ingénieur (https:// www.techniques-ingenieur.fr).
3. Voir Dolf Gielen and Martina Lyons, International Renewable Energy Agency, Critical Material for the Energy Transition : Rare Earth Elements, Technical Paper 2/2022 (https:// irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Technical-Papers/IRENA_Rare_Earth_ Elements_2022.pdf).
   Voir aussi la fiche Wikipédia « Terre rare » qui est très complète et mise à jour régulièrement (https://fr.wikipedia.org/wiki/Terre_rare).
4. Voir dossier très complet du Bureau des Recherches Géologiques et Minières (BRGM) : Ressources minérales. Les terres rares, BRGM, dossier « Enjeux des Géosciences », juillet 2022 (https://www.brgm.fr/fr/actualite/dossier-thematique/ressources-minerales-terres- rares).
5. Les terres rares ne sont pas indispensables pour produire de l’énergie renouvelable, elles sont un « plus » permettant d’obtenir des rendements plus élevés. Le photovoltaïque n’utilise pas de terres rares. De plus, on peut noter que nombre de productions industrielles engendrent une pollution importante. (Commentaire de Daniel Lincot).
6. Consulter l’article de Jacques Haïssinski « La place des éoliennes dans la production d’énergie électrique en France », Les Cahiers Rationalistes, n° 666-667,  mai-août 2020 : « Toutefois le recours à ces métaux n’est pas strictement indispensable car le champ magnétique fourni par des aimants permanents peut aussi être généré par des enroulements supplémentaires de conducteur électrique » (p. 62).
7. Voir « Procédé de recyclage de métaux des terres rares individuels à partir de déchets électroniques de poudre fluorescente », 2019 (https://patentscope.wipo.int/search/fr/ detail.jsf?docId=WO2019201582).
8. Aucune estimation fiable n’est possible au-delà de (Catherine Jeandel)
9. Gadolinium : utilisé en médecine (radio) sous forme complexée pour ses propriétés réfringentes dans les tissus mous. (Catherine Jeandel)
10. Etienne Goetz, « Le Pentagone sécurise le raffinage de terres rares sur le sol américain », Les Echos, 15 juin 2022 (https://www.lesecfr/finance-marches/marches- financiers/le-pentagone-securise-le-raffinage-de-terres-rares-sur-le-sol-americain- 1413489#:~:text=Gestion%20d’actifs-,Le%20Pentagone%20s%C3%A9curise%20 le%20raffinage%20de%20terres%20rares%20sur%20le,premi%C3%A8re%20en%20 dehors%20de%20Chine). On peut ainsi lire que « la demande mondiale de matériaux de terres rares et d’aimants NdFeB continue de s’accélérer. La demande d’aimants NdFeB devrait passer de 130 000 tonnes d’aimants NdFeB consommés en 2020 à 265 000 tonnes en 2030, grâce à la croissance des véhicules électriques et de l’énergie éolienne ». Mais, selon d’autres sources, des substitutions sont possibles !
11. Consulter le rapport de Greenpeace Southeast Asia : « Report   A  Radioative Ruse : Environmental threats posed by the Lynas Rare Earth Element processing facility in Malaysia », 20 juin 2014 (https://www.greenpeace.org/malaysia/publication/1083/a- radioactive-ruse-report-on-lynas-malaysia/).

12. Consulter également le rapport de 2019. Cf. Michael K. Cohen, « Greenpeace Working to Close Rare Earth Processing Facility in in Malaysia : the World’s Only Major REE Processing  Facility  in  Competition  with  China»,  Journal  of  Political  Risk,  vol.  7,     n° 10, October 2019 (https://www.jpolrisk.com/greenpeace-working-to-close-rare- earth-processing-facility-in-malaysia-the-worlds-only-major-ree-processing-facility- in-competition-with-china/). On comprend ainsi combien il est difficile d’évaluer les déclarations des grandes sociétés sur leur engagement dans la transition écologique.
    Sur le plan de la transition énergétique, composante de la transition écologique, il est important de souligner que les terres rares ne sont pas indispensables au développement à grande échelle de l’utilisation de l’énergie solaire en électricité. Pour l’éolien des solutions se font jour permettant de réduire leur utilisation dans les aimants pour les prochaines générations de turbines. Pour le photovoltaïque, il n’y a pas d’utilisation de terres rares. Ainsi au niveau de la production d’électricité renouvelable, les terres rares ne posent pas de problème de (Commentaire de Daniel Lincot)

Lire également : Terres rares : quels enjeux pour la France et l’Europe ?  http://www.vie-publique.fr/parole-dexpert/289457-terres-rares-quels-enjeux-pour-la-france-et-leurope