Énergies renouvelables : l’Ademe fait le point sur les besoins de terres rares

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Production de pale d'éolienne

Les consommateurs de terres rares « peuvent craindre davantage la dépendance à la Chine en situation de quasi-monopole » qu’une pénurie physique des ressources, indique l’Ademe. Ici, la production d’une pale d’éolienne. (©Nordex)

Au sein des filières renouvelables, la consommation de terres rares « réside essentiellement dans l’utilisation d’aimants permanents pour l’éolien en mer », rappelle l’Ademe dans une fiche technique(1).

Aimants permanents et terres rares

Pour rappel, les « terres rares » désignent un ensemble d’une quinzaine éléments métalliques aux propriétés chimiques très voisines (groupe des lanthanides, auquel s’ajoutent l’yttrium et le scandium pour certains auteurs). Ces métaux ne sont pas rares(2). Ils sont toutefois considérés comme « critiques pour l'Europe mais pas pour la Chine » qui dispose actuellement d’un quasi-monopole sur leur extraction et leur transformation (86% de la production mondiale en 2017(3)).

Parmi les filières renouvelables, « certains segments du marché de l’éolien » consomment des terres rares, à savoir les unités de production équipées de générateurs synchrones à aimants permanents. Apparus dans les années 2000, ces derniers visent à « améliorer les rendements de conversion, réduire le poids et les besoins de maintenance, et allonger la durée de vie des systèmes ». Les aimants permanents contiennent deux types de terres rares : du néodyme (à hauteur de 29% à 32% par kg)(4) et du dysprosium (3% à 6% par kg)(5).

Environ 3% des éoliennes terrestres en France seulement seraient équipées d’aimants permanents. L’Ademe estime que les éoliennes du parc français en service à fin 2018 contiendraient « environ 70 tonnes de néodyme et 13 tonnes de dysprosium »(6).

Dans l’éolien offshore, les aimants permanents sont beaucoup plus développés, compte tenu de la nécessité « de réduire les coûts des opérations de maintenance, mais également de réduire la masse et l’encombrement des nacelles, permettant ainsi de diminuer le dimensionnement global du mât et des fondations ». Pour rappel, les premiers parcs éoliens en mer(7) devraient entrer en service en France(8) dans les prochaines années. D'ici à 2030, l'installation de 10 GW de capacités éoliennes offshore dans l’hexagone(9) pourrait porter le besoin annuel de terres rares à 173 tonnes de néodyme et 33 tonnes de dysprosium. Ce qui correspondrait à « moins de 1% de la demande annuelle en néodyme et un peu moins de 4% de la demande annuelle en dysprosium ».

Au niveau mondial, le développement de l’éolien en mer d’ici à 2030 pourrait compter pour « moins de 6% de la production annuelle en néodyme et plus de 30% de la production annuelle en dysprosium » selon les hypothèses retenues par l’Ademe(10).

Solaire photovoltaïque et stockage par batteries

Selon l’Ademe, « une éventuelle tension forte sur les terres rares ne semble pas devoir compromettre le développement de l’éolien », notamment en raison de l’existence de technologies alternatives (génératrices asynchrones ou génératrices synchrones sans aimant permanent), y compris pour l’éolien en mer (MHI Vestas développe notamment des technologies utilisant moins d’aimants permanents)(11).

De nombreux facteurs influenceront l’utilisation des terres rares dans le secteur éolien au cours des prochaines décennies : « évolution des technologies d’aimants permanents, niveau d’utilisation de ces aimants, remplacement par de nouvelles technologies, concurrence d’usage au niveau mondial, évolution de l’approvisionnement à horizon 20 à 30 ans », etc.

« Aucune autre technologie de conversion des énergies renouvelables n’utilise les terres rares de manière significative » selon l’Ademe. L'Agence précise notamment que les technologies solaires photovoltaïques actuelles ne sont pas concernées par les besoins de terres rares (les technologies à couches mines, encore largement minoritaires, utilisent en revanche « des métaux qui peuvent être critiques, comme le tellure, le cadmium, l’indium »).

En ce qui concerne le stockage, l’Ademe indique que « les terres rares n’entrent pas, ou qu’en très faibles quantités (éventuellement comme additif) » dans la composition de la plupart des batteries (à l’exception des batteries nickel-hydrure métallique(12) dont l’utilisation « restera très marginale » selon l’Agence). L’Ademe souligne ainsi que « l’utilisation de métaux critiques ou stratégiques (tels le cobalt dans les batteries lithium-ion) apparaît nettement plus problématique que celle des terres rares » pour le stockage d’électricité.

Sources / Notes
  1. Terres rares, énergies renouvelables et stockage d’énergie, Ademe, novembre 2019.
  2. En 2017, les réserves étaient « estimées à 120 millions de tonnes tous oxydes de terres rares confondus ». Plusieurs publications estiment toutefois ces ressources à plus de 350 millions de tonnes, précise l’Ademe. Les terres rares sont donc « à distinguer des matériaux et métaux critiques ».
  3. Les autres pays producteurs sont principalement l’Australie (dont les minerais sont traités en Malaisie et en Chine) et les États-Unis.
  4. Source : Pavel et al. 2017.
  5. Le dysprosium est beaucoup plus rare que le néodyme et il est « fondamental car c’est lui qui garantit aux aimants permanents de bonnes performances électromagnétiques lorsque les températures sont élevées ».
  6. L’Ademe évalue à 213 tonnes la masse d’aimants permanents dans les éoliennes en France à fin 2018.
  7. D’ici à 2023, les premières mises en service comprennent « les 4 parcs attribués lors du 1er appel d’offres (Courseulles, Fécamp, Saint Nazaire, Saint Brieuc), les 2 parcs attribués lors du 2e appel d’offres (Dieppe Le Tréport, Yeu et Noirmoutier), les quatre fermes pilotes éoliennes flottantes et le parc de Dunkerque attribué en 2019 ».
  8. Ces parcs pourraient nécessiter 738 tonnes de néodyme et 138 tonnes de dysprosium selon l’Ademe (avec pour hypothèse que « tout le parc français utilise une technologie à aimants permanents à attaque directe ».
  9. Utilisant une technologie à aimants à attaque directe.
  10. À savoir un parc éolien offshore de 120 GW de puissance cumulée (23 GW installés à fin 2018) présentant les caractéristiques suivantes : 80% de part de marché à 650 t/GW d’aimants permanents et 20% de part de marché à environ 150 t/GW d’aimants permanents. « Ceci aboutit à un besoin annuel en aimants permanents de 4 462 t/an se déclinant en 1 428 t/an en néodyme et 268 t/an en dysprosium » selon l’Ademe.
  11. Dans l’éolien terrestre « les constructeurs ont anticipé la problématique suite à la flambée des prix du dysprosium en 2011, en proposant des technologies plutôt classiques même sur les machines les plus puissantes » et l’Ademe considère que l’utilisation des aimants permanents n’est « donc pas un sujet critique ». Bien qu’en forte croissance, le marché de l’éolien offshore « devrait rester minoritaire dans les années et décennies à venir (moins de 20 % du marché global de l’éolien à l’horizon 2030) », souligne par ailleurs l’Ademe.
  12. Batteries utilisées dans les véhicules hybrides et dans les équipements électroportatifs.