Criticité des métaux rares : quels risques pour la transition écologique ?

Florian Fizaine et Clément Bonnet

Florian Fizaine, Maître de conférences en sciences économiques à l'Université de Savoie Mont Blanc
Clément Bonnet, Maître de conférences en sciences économiques à l’Université de Montpellier et au sein du laboratoire ART-Dev

L’enjeu crucial de la décennie à venir est de réduire nos émissions de gaz à effet de serre en mobilisant, d’une part, des énergies décarbonnées et en améliorant, d’autre part, l’efficacité énergétique de nos économies dans le but de « faire autant avec moins ».

La priorité donnée au déploiement des technologies des énergies renouvelables a fait émerger de nouvelles problématiques liées aux matières premières. Si le soleil ou le vent sont certes des énergies primaires renouvelables, les technologies permettant de les transformer en énergie utile à nos sociétés sont dépendantes, entre autres, aux métaux. Cette réalité englobe l’ensemble des technologies de l’énergie bas carbone qui, en comparaison des technologies fossiles, sont plus intensives en métaux(1).

Parmi ces dépendances nouvelles, c’est celle aux métaux rares (large catégorie de métaux incluant les terres rares) qui a fait couler le plus d’encre. Suite à la forte croissance des marchés des énergies renouvelables, des articles académiques ont alerté sur le risque pour la transition énergétique que constitue une rupture d’approvisionnement en terres rares(2) et des institutions se sont saisies de la question(3). Enfin, un ouvrage publié en 2018 par Guillaume Pitron intitulé « La Guerre des métaux rares » a également participer à inscrire cette question dans le débat public – opération renouvelée avec la diffusion en 2021 d’un documentaire adapté de ce même ouvrage.

Les métaux rares sont jugés « critiques » à l’échelle mondiale et pour les filières bas carbone s’ils :

  • sont importants pour le développement de ces filières ;
  • subissent un risque de rupture d’approvisionnement ;
  •  induisent des dommages environnementaux suffisamment importants pour compromettre la pertinence écologique de leur production.

La facture environnementale de la transition est-elle une question ?

La facture environnementale des énergies renouvelables est-elle réellement plus élevée que celle du maintien d’un système énergétique fondé sur les énergies fossiles ? Pour y répondre, il faut tenir compte de l’ensemble des étapes de production de ces technologies et des pollutions qui y sont associées. C’est l’approche suivie par les analyses de cycles de vie qui portent sur le sujet(4) et qui ne laissent pas de place au doute en concluant à un bilan écologique positif pour les énergies renouvelables.

Cela ne signifie pas qu’elles ne polluent pas mais qu’en comparaison des énergies fossiles, elles permettent un système énergétique avec une empreinte écologique moindre. Ainsi, laisser penser que la pollution liée aux terres rares que contient l’aimant permanent d’une éolienne offshore est d’une importance comparable à celle que génère une centrale charbon revient à confondre les ordres de grandeur.

À titre d’illustration, on peut comparer les émissions de gaz à effet de serre imputables à l’énergie éolienne avec celles des énergies fossiles. Un kWh d’électricité d’origine éolienne émet entre 6,4 et 8,5 g de CO2 sur l’ensemble de son cycle de vie. Ce chiffre monte à 530 g de CO2/kWh pour le gaz et 930 g de CO2/kWh pour le charbon.

On pourra opposer à cette comparaison de ne s’intéresser qu’aux émissions de GES qui ne constituent hélas pas la seule menace qui pèse sur les écosystèmes, mais l’empreinte écologique de l’éolien reste également moindre en comparaison des énergies fossiles pour d’autres types de pollutions (écotoxicité, particules, acidification terrestre, etc.). Dans ce contexte, quelle est la contribution des métaux rares à la pollution que génèrent les énergies renouvelables ? Faible en comparaison des autres matières premières utilisées comme les métaux structurels tels que le cuivre ou l’aluminium. En effet, les 150 kg de terres rares (néodyme) utilisés dans l’aimant permanent d’une éolienne offshore ne pèsent qu’environ 0,05 g de CO2/kWh, soit moins d’un pourcent de son empreinte carbone globale.

L’importance économique des métaux rares

Évaluer l’importance économique des métaux rares pour les filières bas carbone conduit à un paradoxe. Si les propriétés particulières des métaux rares en font dans certains cas des ressources nécessaires à ces filières, sans perspectives de substitution à court terme, le fait est que les métaux rares sont des coproduits. Leurs productions dépendent donc des autres métaux dont elles sont les coproduits. Par exemple, il n’existe pas de mine d’indium mais des mines de zinc dont on pourra extraire une fine proportion d’indium.

La demande pour les métaux rares est ainsi assujettie aux dynamiques d’offres en place sur d’autres marchés, ce qui se traduit par une forte volatilité des productions et des prix. Ces derniers offrent alors une information relativement pauvre aux acteurs économiques qui décourage la mise en place d’une gestion soutenable de ces ressources.

De ce statut de coproduit découle des caractéristiques bien spécifiques. Parmi celles-ci, la plus inquiétante est la faible proportion de métaux rares étant recyclée. Ces métaux si particuliers souffrent d’usages fortement dissipatifs. Par exemple, dans les produits du numérique, ils sont présents en une quantité trop petite pour justifier le coût du traitement des déchets et leur recyclage à des fins de récupération des métaux rares(5). Concrètement, il demeure moins coûteux d’extraire des métaux rares en tant que coproduits que de les recycler, malgré les différences des deux opérations en termes d’empreintes écologiques.

Le risque de rupture d’approvisionnement

L’organisation actuelle des marchés des terres rares ne permet qu’une couverture limitée contre le risque d’approvisionnement. Tout d’abord, il n’existe pas de bourses organisées pour des contrats à terme qui porteraient sur la fourniture d’une certaine quantité de métaux rares à une date et un prix fixés à l’avance sur le marché de manière publique.

Les contrats à terme sur les métaux rares sont donc conclus de gré-à-gré, faisant ainsi des quantités échangées et des prix de vente des informations privées. Cette organisation génère une forte volatilité des prix sur les marchés au comptant, dits marchés spots, qui se retrouvent exposés à d’importants déséquilibres de court terme entre l’offre et la demande. Par ailleurs, les marchés des métaux rares sont fortement affectés par les dynamiques des marchés de métaux de base en période de faible volatilité ainsi que par celles des marchés financiers en période de forte volatilité, rendant la prédictibilité des prix d’autant plus délicate(6).

Le quasi-monopole de la Chine sur la production des terres rares, qui avoisinait 90% de la production mondiale à la fin de la décennie 2000, participe également à accroitre le risque de rupture d’approvisionnement. Dès 2006, le gouvernement chinois a mis en place des mesures visant à renforcer son contrôle sur l’industrie chinoise des terres rares. Mais ce n’est qu’en 2010 que les importateurs de terres rares réalisent soudainement l’ampleur du pouvoir de marché chinois. La mise en place de quotas d’exports par la Chine, équivalant dans un premier temps à 55% de la demande étrangère, couplée à la levée de taxes sur ces exports et à un embargo sur le Japon entre septembre et novembre contribueront à l’explosion des prix des terres rares, mettant les pays industrialisés face à leur dépendance.

La levée de taxes et des quotas en 2015 a marqué une nouvelle étape dans la reprise en main par Pékin de l’industrie des terres rares. Le scandale du Fanya Metal Exchange illustre en effet l’opacité de cette industrie. Cette plateforme d’échanges située à Kumming dans le sud de la Chine lancée en 2011 a active jusqu’en 2015 se vantait d’être la plus grande plateforme dédiée au trading des terres rares. Elle promettait des retours sur investissements généreux aux épargnants chinois jusqu’à être mise en examen pour défaut de paiement d’intérêts à 220 000 épargnants et un total de 6,2 milliards d’euros. La plateforme fonctionnait selon une chaîne de Ponzi et l’affaire a déclenché des vagues de protestations dans le pays pointant notamment le manque de régulation de la part du pouvoir central et les affaires de corruption qui entouraient ce montage financier. Il est en effet difficile pour Pékin de connaitre avec précision la quantité de terres rares produites et stockées sur son territoire. La production de contrebande est importante, elle représentait à minima 30% de la production nationale en 2017(7). Pékin a depuis lutté contre cette production de contrebande, mis en place des taxes sur les productions régionales et restructuré l’industrie en six opérateurs publics, avant d’annoncer une nouvelle restructuration avec uniquement deux firmes géantes et publiques qui géreront la production de matières premières.

Cette reprise en main par Pékin de l’industrie n’a pas vocation à calmer les tensions commerciales autour des terres rares mais bien à assurer que la mainmise sur les terres rares bénéficie aux industries chinoises. En effet, dès 2012 un Livre Blanc du Conseil d’État pointe la forte diminution des réserves de terres rares lourdes dans la province de Jiangxi, premier producteur de ces métaux au monde. La réussite de la stratégie « Made in China 2025 », mise en place en 2015 et qui vise à développer les capacités de production du pays dans les industries des nouvelles technologies (bas-carbone, robotique, IA, nouveaux matériaux), est donc conditionnée à un approvisionnement suffisant. La reprise en main de l’industrie des terres rares par Pékin marque la volonté de favoriser la demande intérieure(8).

Conclusion

À l’échelle globale, la disponibilité géologique des métaux rares tend à indiquer qu’ils ne seront pas critiques pour les technologies des énergies renouvelables. Leur déploiement à grande échelle est d’avantage compromis par la compétition géoéconomique des pays autour du leadership sur ces technologies ainsi que la prise de conscience tardive du poids de la Chine dans cette industrie.

Plusieurs options sont envisageables pour réduire ce risque de criticité. Elles doivent privilégier une approche systémique qui inscrit la transition énergétique dans le projet plus global de la transition écologique. Ainsi, il faut viser à renforcer la souveraineté technologique de l’Europe et à la mettre au service du développement de technologies les moins polluantes possibles. Par exemple, les éoliennes peuvent se passer d’aimants permanents et donc de terres rares. Cette filière des générateurs à électro-aimants doit être soutenue via des pénalités imposées aux générateurs à aimants permanents qui reflèteront le coût écologique des terres rares.

De même, dans un contexte de raréfaction des ressources minérales, des règlementations doivent être mises en place pour imposer aux concepteurs de technologies nouvelles d’intégrer dès la phase de développement l’enjeu du recyclage en vue d’en diminuer le coût. Enfin, la transformation du secteur électrique doit être guidée par l’objectif de réduction des pollutions associées à la génération d’électricité. Ainsi la question de la réduction de notre consommation d’énergie doit être posée avant de déployer des nouvelles capacités de production en vue d’éviter l’empilement des capacités énergétiques auquel nous assistons aujourd’hui.

Sources / Notes
  1. Kleijn et al., 2011 ; Vidal et al., 2017.
  2. Baldi et al., 2014 ; Stengen, 2015.
  3. World Bank, 2017 ; UE-JRC, 2011.
  4. Hertwich et al., 2015 ; Gibon et al., 2017.
  5. Fizaine, 2020.
  6. Reboredo et Ugolini, 2020.
  7. Mineralinfo, 2017.
  8. Seaman, 2019.

Baldi, L., Peri, M., & Vandone, D. (2014). Clean energy industries and rare earth materials: Economic and financial issues. Energy Policy, 66, 53-61Fizaine, F., 2013. Byproduct production of minor metals: threat or opportunity for the development of clean technologies? The PV sector as an illustration, Resources Policy, 38, 3, 373-383.

Fizaine, F., 2015. Les métaux rares. Opportunité ou menace ? Enjeux et perspectives associés à la transition énergétique., F. Fizaine, Edition Technip, Collection Géopolitique, septembre 2015, 192p.

 Fizaine, F., 2020. The economics of recycling rate: New insights from waste electrical and electronic equipment, Resources Policy, 67.

Fizaine, F., Court, V., 2015. Renewable electricity producing technologies and metal depletion: a sensitivity analysis using the EROI, Ecological Economics, 110, 106-118

Gibon, T., Arvesen, A., Hertwich, E. G. 2017. Life cycle assessment demonstrates environmental cobenefits and trade-offs of low-carbon electricity supply options, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 1283-1290.

Hertwich, E.G., Gibon, T., Bouman, E.A., Arvesen, A., Suh, S., Heath, G.A., Bergesen, J.D., Ramirez, A., Vega, M.I., Shi, L., 2015. Integrated life-cycle assessment of electricity-supply scenarios confirms global environmental benefit of low-carbon technologies. Proc Natl Acad Sci USA 112, 6277.

Kleijn, R., Van der Voet, E., Kramer, G. J., Van Oers, L., Van der Giesen, C., (2011). Metal requirements of low-carbon power generation, Energy, 36, 9, 5640-5648.

Reboredo, J. C., & Ugolini, A. (2020). Price spillovers between rare earth stocks and financial markets. Resources Policy, 66, 101647.

Seaman, J., 2019. Rare earths and China: A review of changing criticality in the New Economy. Notes de l’Ifri, Ifri, January 2019.

Stegen, K. S. (2015). Heavy rare earths, permanent magnets, and renewable energies: An imminent crisis. Energy Policy, 79, 1-8.

Vidal, O., Rostom, F., François, F., Giraud, G., 2017. Global trends in metal consumption and supply: the raw material-energy nexus, Elements, 13, 319-324

Commentaire

Serge Rochain

Quand toute la tuyauterie du circuit d'eau de tous les logements du monde était réalisés en cuivre avant les plastiques alimentaires, vous vous inquiétiez de la disponibilité du cuivre ?

Claude MANDIL

Tout le monde savait qu'en cas de pénurie, on pouvait remplacer le cuivre par de l'acier (c'est le cas chez moi). Donc comparaison n'est pas raison.

Serge Rochain

Un exemple d'inquiétude injustifiée n'est pas une comparaison.
De toutes les façons on ne s'inquiétait pas parce que l'on savait pouvoir remplacer le cuivre par de l'acier, mais parce qu'il n'y avait alors aucune raison d'inquiéter le peuple avec l'éventuelle pénurie de cuivre puisqu'il ne servait pas à faire des appareils susceptibles de faire de l'ombre au nucléaire.
le cuivre dont on aura besoin pour faire 10 ou 15 mille éoliennes supplémentaire représente sans doute déjà une masse bien moins importante que celle qui a déjà servi a faire les chaudrons à confitures, les tuyauteries, et bobiné les millions de moteurs qui sont dans des millions de lave lige, lave vaisselle, aspirateurs, perçeuse électrique, réfrigérateurs, congélateurs..... pour ne citer que ce qui me vient à l'esprit et si là vous poiuvez les remplacer par de l'acier vous pourrez le faire pour les bobinages de alternateurs d'éoliennes.
Vous ne vous en tirerez pas avec une pirouette.

Hervé

15000 éoliennes c'est peanuts. ç'est suffisant pour la déco des montagnes mais ne change pas grand chose à la problématique énergétique.

Rien que pour la France, c'est plus de 100000 machines pour l’électricité , entre 500000 et 100000 (*) pour "remplacer" aussi la totalité des fossiles, plus tous les matériaux nécessaires pour les brancher, en encore davantage pour le backup quand on saura comment faire (si on trouve un jour...)

(*)Remplacement de la conso totale actuelle du pays soit environ 2500Twh/an

Rochain

Je n'ai jamais dit qu'il suffirait de 15 000 éoliennes supplémentaires pour suffire aux besoins en électricité. C'est l'ensemble des renouvelables qu'il gaut develloper avec des facteurs multiplicateurs dépendant de la source, par 3 pour l'éolien et 8 pour le solaire direct.... Par exemple. Et rien ne va manque car on a déjà extrait bien p'us de la Terre que l'on sait recycler... Nous sommes entré dans l'été du recyclage

Freudon Sake

L'éolienne n'émet pas beaucoup de co2, mais le probème n'est pas là...

Transport d'électricité + consommation des voitures électriques en lithium, cuivre, cobalt, aluminium, etc.

L'extraction, le transport et la transformation de tous ces minerais, va émettre au moins autant de co2 !

L'Arnaque est totale !

Mainteant, imaginez, 40 millions de véhicules autonomes... Connectés en permanence, combien de milliards de calculs en temps réel, combien de data center, combien d'électricité et de semi-conducteurs consommés ?

Sur une voiture thermique, il y a plus de mille puces, combien sur un véhicule connecté ?

Freudon Sake

J'attends des smartphones et des PC garanties 5 ans et dont les pièces soient toutes interchangeables !

J'attends le fret sur trains et péniches électriques, desservant les gares et ports les plus proches !

J'attends des camions électriques avec volants d'inertie !

Pour les particuliers, j'attends des véhicules au méthane et à l'isobutène/méthanol/éthanol !

L'on peut produire du méthane/méthanol/éthanol avec le co2 des usines !

J'attends des haies et des arbres dans les villes, partout où c'est possible, pour produire de la biomasse récupérable à chaque coupe !

Et aussi, dans les champs, pour délimiter les parcelles agricoles, le long des voies ferrées, en haut des talus d'autoroutes, le long des canaux et en haut des montagnes pelées (dans l'Himalaya, des espèces poussent jusqu'à 3500 m d'altitude).

Je veux, 30% de télétravailleurs, des serres, semi-enterrées et du solaire thermique pour les bâtiments !

Les escrocs, eux, veulent consommer toujours plus d'électricité, nucléaire et éolien, même combat !

La guerre en Ukraine et l'explosion des prix du baril et du gaz, les arrangent fortement, n'oublions pas quand même que les carburants sont taxés à 80% et que ce sont les taxes qui fabriquent l'inflation !

Donc, l'argent magique de la crise du covid, où le covid était le prétexte, va voir ses taux augmenter, puisque maintenant, le prétexte, c'est l'inflation !

Ha oui, j'allais oublier... Achtung bicyclette à mazout !

Covid is back ! Normal ! Élections, are finished !

Mais bon, heureusement qu'il y a les experts, comme ceux qui ont vu venir Poutine !

Serge Rochain

vous avez un gros probleme avec la technologie.... la voiture électrique n'est pas plus connectée que la voiture thermique vous mélangez les genres.
Une thermique c'est un gaz d'hydrocarbure comprimé dans une chambre qui explose en repoussant un piston lequel fait trouner une roue !
Une électrique c'est un courant qui parcours un enroulement conducteur en créant un champs magnétique qui attire d'un coté une piece mobile en rotation et la repousse de l'autre, laquelle piece en rotation entraine la rotation d'une roue !
Pour le reste c'est pareil dans les deux cas.

Laurent Caraes

Le calcul des émissions de CO2 par le photovoltaïque et l'éolien intègre-t-il les émissions de CO2 des centrales électriques à gaz, au charbon ou au nucléaire nécessaire pour pallier à la "non-pilotabilité" de ces deux renouvelables et à la "non-stockabilité" de l'électricité ?

Serge Rochain

D'une part l'électricité est stockable puisqu'il existe différentres formes d'énergie stockables et que par ailleurs on sait transformer n'importe quelle forme d'énergie dans n'importe quelle autre, l'électricité ne faisant pas exception.
Par ailleurs, les réacteurs nucléaires ne sont pilotables que si on ne leur demande pas trop souvent de le faire sinon, ils tombent en carafe comme la moitié du parc aujourd'hui, ce qui fait que l'on ne peut pas compter sur eux. Du moins, pas autant que ce que l'on peut compter d'une part sur la complémentarité des renouvelables et le foisonnement d'autre part qui permettrait si on avait pas oublié de les mettre, à une éolienne au large de Narbonne lorsqu'une autre au large de Calais est en zone de vent calme.

laurent Caraes

Merci pour ce complément d'information. Mais pourriez-vous me dire si dans le calcul des émissions de CO2 pour l'éolien et le Pv on intègre les émissions des centrales électriques fonctionnant aux énergies fossiles ou autres qui viennent en complément de l'électricité fourni par le renouvelable éolien ou Pv ?

Serge Rochain

Le bilan carbone de chaque source d'énergie est calculé pour chacune d'elles c'est la proportion de chacune d'elles dans le mix qui détermine le bilan carbone du mix électrique lui-même.
Il n'est pas plus justifié d'imputé le CO2 du fossile utilisé en complément des renouvelables insufisants à ces derniers qu'il ne le serait de l'imputer au nucléaire quand il est insufisant.
Par exemple le nucléaire particulierement defaillant depuis plusieurs mois (et probablement pour plusieurs années, hélas) se retrouverait chargé du CO2 des fossiles de remplacement. Jugez plutôt :
La pointe de consommation aujourd'hui est prévue à 13 h avec 53600 MW et le nucléaire ne peut pas fournir plus de 29600 MW, le reste sera fourni par le solaire d'abord car le ciel est bien dégagé, un peu par l'éolien, un peu plus par l'hydraulique malgrès la sécheresse (nous vidons les barrages) et par un peu plus de 3 GW d'un gaz rare et cher, et enfin par de l'importation venu d'Angleterre, d'Allemagne, et d'Espagne mais nous exportons vers la Suisse et l'italie (tout cela à l'heure présente). Il reste que nous importons plus que nous n'esportons avec une solde à l'heure présente (8h52) de 4831 MW dont le contenu carbone est difficilement calculable en raison des mix différents de ces trois pays qui nous fournissent. Mais même si nous nous contentons d'imputer le CO2 des 3 GW de gaz que nous brulons, pourquoi voudiez vous l'imputer plus à l'éolien qu'au nucléaire tous deux défaillants ?

Serge Rochain

Cet article ne démontre aucunement le risque de pénurie de métaux nécessaire à la transition écologique, mais l'estime comme étant possible, ce qui peut être fait de la même façon à propos de n'importe quoi mais qui n'est jamais fait, et n'a jamais été fait dans le passé lorsque l'automobile à pétrole a remplacé les chalèche à cheval par exemple, pas plus que lorsque les trains à vapeur ont été convertis à l'électrification, ni même à aucun autre moment à propos de quoi que ce soit.
Par ailleurs quand on prend à témoin Jérome Pitron et son bouquin, lesqiuel n'avait que l'objectif de faire le buzz, on ne se montre pas très sérieux dans ses références..
S'il y a quelque chose de vraiment nouveau avec les outils de la transition énergétique c'est surtout qu'à l'ère de l'exploitation des fossiles et du nucléaire, on transformait en chaleur ce que l'on avait volé à la Terre, alors que les outils de la transition énergétique et leurs métaux que l'on emprunte à la Terre leur gardent leur intégrité, et un bout de cuivre, de zinc ou de fer resteront toujours un bout de cuivre, de zinc et de fer que l'on peut réutiliser, recycler, et in fine retourner à la Terre en fin d'usage.
On rentre aussi bien dans lere du renouvelable que dans celui du recyclage car les deux portes sont cote à cote, c'est ça la véritable révolution, pas les ergotages et la recherche des poils aux oeufs à laquelle se livrent ces auteurs qui n'ont rien compris au problème qu'ils prétendent soulever.

Ajouter un commentaire

Sur le même sujet