La France et les métaux : Avertissement des deux Académies ( Sciences et Technologie)

 CF aussi sur ce blog https://vivrelarecherche.blogspot.com/2020/08/les-energies-renouvelables-sont-elles.html

Contexte : L’Académie des sciences et l’Académie des Technologies ont travaillé en commun et publiés un rapport intitulé : «  Stratégie d’utilisation des ressources du sous-sol pour la transition énergétique française Les métaux rares » (2018).

https://www.academie-sciences.fr/pdf/rapport/rc_transition_energie_0718.pdf

L’objectif de ce rapport est de conseiller les pouvoirs publics sur les besoins de la France, sur ses choix possibles, et suggérer des stratégies au cas par cas. « Chaque État doit donc se pencher sur la sécurité de l’approvisionnement en matériaux (matériaux minéraux, métaux de base et métaux plus rares), pour la transition énergétique mais aussi pour satisfaire l’ensemble des secteurs industriels utilisant des technologies de pointe. »

Domaine de l’étude : « Les besoins en matériaux sont évalués pour la production d’électricité renouvelable (éolien à terre et en mer, solaire photovoltaïque et thermodynamique, électrolyse et pile à combustible) ; la production d’hydrogène par électrolyse ainsi que son utilisation dans des piles à combustible ; le stockage d’énergie mobile pour les transports ; le stockage stationnaire d’électricité pour compenser l’intermittence de certaines ENR électriques ;  le stockage long terme d’autres vecteurs d’énergie (méthane, hydrogène, chaleur, air comprimé), et du CO2 dans le sous-sol. »

La méthode utilisée consiste à évaluer les quantités de matériaux nécessaires pour réaliser les objectifs énergétiques, au seul niveau national, des scénarios proposés par le gouvernement à l’horizon 2050 . Ce scénario prévoit 30 GW en électricité éolienne, 20 GW en électricité photovoltaïque et 100 % de véhicules électriques à batteries dès 2040

Faits saillants

1) Forte augmentation des demandes dues au développement des ENR. Le tableau présenté ci-dessous correspond à un parc éolien de 30 GW environ en 2030 (90 % d’éoliennes terrestres ayant 12 % de moteurs à aimants permanents , et 10 % d’éolienne en mer ayant 100 % de moteurs à aimants permanents) et à un parc solaire de 20 GW environ à l’horizon de 2030 .

Forts problèmes à anticiper sur Dysprosium (+660%) , Néodyme (+2400%) , Tellure, Indium (+280%) Cuivre (+220%) , Cobalt (+34900)

Et que l’on compare les ENR au nucléaire :

https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/minerals-used-in-clean-energy-technologies-compared-to-other-power-generation-sources ; https://www.iea.org/reports/the-role-of-critical-minerals-in-clean-energy-transitions ; https://www.sfen.org/rgn/mineraux-transition-energetique-tension/

2) Le cas spécial du Cuivre, métal lié par excellence à la demandé électrique : Aux quantités nécessaires au développement des ENR s’ajoute le cuivre nécessaire aux câblages et aux moteurs des véhicules électriques, soit 3,2 millions de tonnes ou 19,5 milliards d’euros. Au total, et sous les hypothèses précédentes, le montant en matériaux estimés au cours actuel s’élève à 164 milliards d’euros

Ces tensions sur le cuivre ont fait l’objet d’une publication : Copper at the crossroads: Assessment of the interactions between low- carbon energy transition and supply limitations, Resources Conservation and Recycling. 163. 10.1016/j.resconrec.2020.105072.

“La pénétration des technologies à faible émission de carbone dans les secteurs des transports et de l’énergie (véhicules électriques et technologies de production d’énergie à faible émission de carbone) devrait augmenter considérablement la demande de cuivre d’ici 2050. Pour étudier comment les tensions sur les ressources en cuivre peuvent être réduites dans le contexte de la transition énergétique, nous examinons deux facteurs de politique publique : la mobilité durable et les pratiques de recyclage. Les résultats montrent que, dans le scénario le plus rigoureux, la demande cumulative de cuivre primaire entre 2010 et 2050 s’est avérée être de 89,4 % des ressources en cuivre connues en 2010. Ils soulignent également l’importance de la Chine et du Chili dans l’évolution future du marché du cuivre.

Voici l’évolution de la consommation de cuivre ; qui peut croire que c’est durable !

3) Le poids du véhicule électrique : le programme de véhicules électriques français examiné (2 millions de véhicules par an à partir de 2040 )fait appel à des quantités de lithium et de cobalt très élevées, qui excèdent, en fait et à technologie inchangée, les productions mondiales d’aujourd’hui, et ce pour satisfaire le seul besoin français 

L’analyse économique montre que le flux financier annuel global pour les seuls véhicules électriques à batteries est du même ordre de grandeur que celui des importations actuelles de pétrole pour assurer l’approvisionnement en carburant. Autrement dit, la voiture électrique nous place dans la même dépendance, et pour le même coût, des producteurs de lithium et Cobalt que la voiture thermique vis-à-vis des producteurs de pétrole !

Plus précisément, pour le lithium, 46000 tonnes contre 31000 tonnes extraites annuellement, pour le cobalt, 111000 tonnes contre 110000 extraites annuellement, pour le nickel, 173000 tonnes contre 2.2 millions extraites annuellement, pour l’aluminium, 2200 tonnes contre 59 millions produites annuellement,  le Manganèse 271.000 tonnes contre 18 millions extraites annuellement.

En dehors de la faisabilité technique déjà problématique (pour le lithium, au cours des 30 prochaines années, une croissance moyenne de 8 à 11 % est prévue, avec un taux de croissance maximal de 20 % au cours de la décennie 2020-2030. Etude Leuwen KU, 2002), l’effet sur les prix est tel qu’il risque de rendre la voiture électrique un produit de luxe.

À ces quantités s’ajoutent 3 080 milliers de tonnes de cuivre à raison de 70 kg par véhicule , pour un montant global , au cours actuel du cuivre, de 18 ,5 milliards d’euros .

Il y a là un goulot d’étranglement vraisemblable à court terme aura un impact sur le choix des technologies des voitures à moteur électrique.

Ainsi, si les moteurs électriques utilisent des aimants permanents, la consommation de certaines terres rares (le dysprosium et le néodyme), de samarium, de cobalt et de l’alliage aluminium-cobalt-nickel devient significative et peut peser sur les choix technologiques en fonction des capacités réelles d’approvisionnement. Nos choix technologiques seront contraints

 

4) La conclusion est pourtant assez optimiste…à condition d’ouvrit massivement des mines

 « La transition énergétique telle qu’envisagée nécessitera des quantités de matières premières très importantes pour les seuls besoins français, dont le coût cumulé d’ici 2050 n’est pas très éloigné de celui des importations de pétrole qui seraient nécessaires si cette transition n’avait pas lieu . L’étude des matériaux nécessaires montre que les situations de pénurie de nature à empêcher cette transition sont peu probables.

Des tensions ponctuelles sur les prix, qui pourraient avoir des conséquences négatives pour le commerce extérieur ou l’économie de la France, sont par contre peut-être inévitables . Le sous-sol national contient quant à lui des matériaux qu’il convient d’inventorier pour identifier ceux qui peuvent faire l’objet d’une exploitation satisfaisante au plan économique et au plan de l’environnement et de la santé.

On peut à ce stade considérer que cette transition peut constituer une opportunité de développer la recherch , l’industrie extractive et l’industrie des énergies nouvelles en France .

5) Les ressources en France

La France métropolitaine recèle des ressources potentielles non négligeables pour les métaux suivants dans les zones suivantes :

Li (Massif Central , Massif armoricain , Alpes)

Cu , Pb , Zn et certains métaux associés : Ge , In , (tous les massifs anciens et certaines formations sédimentaires)

Sn , Ta , Nb , Be (Massif Central et Massif armoricain)

Sb (Massif armoricain , Massif Central)

W (Pyrénées , Massif Central)

La Nouvelle Calédonie est évidemment la terre d’élection du nickel , mais le chrome y est aussi assez abondant , tandis que le cobalt est un sous-produit valorisable du nickel (site de Goro) , et pourrait être de plus en plus attractif étant donné la progression continue des cours du cobalt , très important à divers titres dans la transition énergétique .

La Guyane est bien connue pour son or , mais les roches très anciennes qui constituent le bouclier guyanais contiennent des indices avérés de Nb , Ta , W , Sn , Li , Ni , Co , ainsi que de platinoïdes.

A ceci s’ajoutent les ressources maritimes pour laquelle la France, selon les Académies est bien placée

Les ressources minérales marines , une ressource stratégique pour la France

Depuis les années 1970 , la France a été un des leaders de la recherche océanographique grâce aux synergies entre l’Ifremer , le CNRS et les universités. La France dispose du potentiel tant public (Ifremer , CNRS , Univer¬sité) que privé (Technip , Eramet et Areva-Orano) pour mener à bien les recherches scientifiques et développer les technologies , potentiellement révolutionnaires , pour l’accès à ces ressources minières

Les technologies d’exploitation et leurs coûts sont soit très incertains, soit uniquement connus par segment . Certains des procédés d’extraction sont encore en cours de développement/validation tandis que le stockage, la logistique et les traitements du minerai sont en cours d’étude . Mais c’est certainement sur les impacts environnementaux , leurs conséquences sur le vivant et sur les services rendus à l’humanité que la connaissance est la plus partielle et la plus critique. La France est le seul pays qui ait mené une évaluation scientifique des impacts environnementaux potentiels et de leurs conséquences . Ceux-ci peuvent être, à l’échelle de la ressource , considérables .

(J . Dyment et al, , 2014 . Les impacts environnementaux de l’exploitation des ressources minérales marines profondes . Expertise scientifique collectiv , Synthèse du rapport , CNRS – Ifremer)

6) Les recommandations

1) Faire analyser par le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) les possibilités d’accès à certaines ressources minérales rares : lithium , dysprosium , néodyme , samarium , cobalt ,  tungstène, zinc, tantale, niobium, germanium, gallium, indium,  tellure .

2) Faire approfondir par le BRGM , en association avec le CNRS et les Universités, l’étude de la présence éventuelle de ces matériaux dans le sous-sol français au-delà de 500 mètres de profondeur (Massif Central et Massif armoricain , Pyrénées en Ariège , Nouvelle-Calédonie , Guyane).

Développer une stratégie de connaissance des ressources minérales sous-marines dans la zone économique exclusive française et dans les eaux internationales

3) Soutenir la transition énergétique par les technologies appropriées. Donner mission à l’Alliance Ancre (Alliance nationale de coordination de la recherche pour l'énergie) et aux entités qui la composent pour la recherche sur l’énergie de développer la réflexion sur les technologies les plus économes en certains matériaux pouvant potentiellement devenir rares .

4) Développer l’industrie du recyclage sur tous les matériaux , en particulier ceux dont la demande est croissante et très supérieure à la production fraîche. Construire une chaîne de valeurs qui justifie économiquement le recyclage des matériaux

 NB : sur le sujet, on peut aussi regarder deux rapports de l’Ademe :Le photovoltaïque : choix technologiques, enjeux matières et opportunités industrielles, Ademe 2020, https://vivrelarecherche.blogspot.com/2021/06/le-photovoltaique-choix-technologiques.html

qui identifie six matières à risque  : le silicium métal, l’argent, le cadmium, le tellure, le plomb et le cuivre

Les réseaux électriques choix technologiques, enjeux matières et opportunités industrielles, https://vivrelarecherche.blogspot.com/2021/01/les-reseaux-electriques-choix.html

Problèmes massifs sur le cuivre et l’aluminium  !

Terres rares _ l’hégémonie chinoise ?

Le coup du chalutier chinois

Le  17 septembre  2010, un chalutier chinois était arraisonné par la marine japonaise dans une zone maritime contestée, autour des îles Senkaku, et son capitaine arrêté. La tension monta, en rétorsion les chinois arrêtèrent quatre japonais accusés d’espionnage. Le 24 septembre, les Japonais libéraient le capitaine chinois sans conditions, malgré une opinion publique exaspérée. C’est que, dès l’incident connu, le ministère chinois du commerce avait réuni les entreprises chinoises possédant une licence d’exportation de terres rares vers le Japon, et les avaient discrètement, en toute illégalité selon les règles de l’OMC, sommé d’interrompre leurs livraisons, effectivement suspendues le 21 septembre. Il n’a pas fallu ensuite longtemps pour que les industriels japonais somment leur gouvernement de céder. C’est alors que le monde réalisa que la Chine avait conquis un quasi-monopole (95%) de l’approvisionnement mondial en terres rares.

Ce n’aurait pourtant pas dû être une surprisse, car c’était là le résultat d’une politique de long terme publiquement annoncée en 1992 par Deng Xiaoping : «  Le Moyen Orient a le pétrole, la Chine a les terres rares ». Cette politique patiente a été extraordinairement efficace :un quasi-monopole de l’approvisionnement des industries du monde entier en terres rares. Autre succès :en 1998, 90% de la production des aimants puissants nécessitant des terres rares se faisait aux USA, Europe et Japon, dix ans plus tard, le marché est quasi-entièrement entre les mains des Chinois, soit directement, soit indirectement par des partenariats notamment avec des firmes japonaises.

Pour une politique industrielle des terres rares

Les terres rares (néodyme, lanthane, cérium, praséodyme, scandium, yttrium..) jouent un rôle fondamental dans l’électronique et la chimie comme catalyseurs, aimants, luminophores etc. Historiquement, la France a joué un rôle pionnier dans les techniques d’extraction et de purification des terres rares avec Rhône Poulenc, qui fut un leader mondial (50% du marché), puis Rhodia. Le moins qu’on puisse dire, c’est que cette position n’a pas été vraiment protégée : les réorganisations successives de Rhône Poulenc et de Rhodia, ont entraîné une concentration des efforts et de l’attention sur des stratégies très court-termistes et boursières, cependant que l’Etat français se désintéressait de l’industrie et de toute politique industrielle. Il faut dire que les Etats-Unis, la Corée, le Japon, l’Australie, très dépendant des terres rares, ont été encore davantage pris au dépourvu que la France par la stratégie à long terme de domination de la Chine. Celle-ci a avancé en progressant techniquement et par une politique de bas prix qui a entraîné partout dans le monde la fermeture de mines concurrentes devenues non rentables et par ailleurs souvent en butte aux critiques écologiques.

Jusqu’au coup de tonnerre du chalutier japonais, qui a réveillé tout le monde. Rhodia (Rhodia Rare Earth Systems, appartenant maintenant au groupe franco-belge Solvay- pourquoi a-t-on laissé filer ce fleuron français) ne s’en est pas trop mal sorti grâce à des accords privilégiés de long terme et des joint venture avec des sociétés chinoises. La réduction abrupte des quotas d’exportation chinois de terres rares en 2010  (le coup du chalutier) l’a tout de même contraint a réservé ses livraisons à des clients stratégiques  ( par exemple, l’automobile, dont les pots catalytiques exigent du cérium) et à négliger les autres, mais il a pu en partie adoucir les conséquences du coup de force chinois en augmentant avec ses partenaires chinois la transformation sur place des terres rares en produits intermédiaires non soumis aux quotas – au prix donc de transferts de technologie renforçant à terme l’industrie chinoise.

La contre attaque

 Face à une dépendance chinoise menaçant des industries stratégiques, les USA (Molycorp) rachètent des mines américaines et les remets en exploitation et des mines européennes (Sillamae, Estonie) ; le Japon conclut des accords avec des partenaires vietnamiens et indiens pour développer de nouvelles mines et monte une industrie de retraitement qui devrait permettre de récupérer 10% de ses besoins. L’Europe, comme d’habitude, réagit de façon dispersée, et sans souci de protéger ses ressources propres, notamment dans les pays nordiques.  L’Allemagne, très fortement impactée à travers notamment Siemens, grand consommateur de terres rares, a comme d’habitude agi seule et dans le sens de ses seuls intérêts et a  incité ses entreprises à se regrouper en consortium (rien moins que BASF, Bayer, Wacker, BMW, Daimler, Thyssen, Bosh…) pour rechercher et exploiter de nouvelles mines – des accords ont été signés  avec le Kazakhstan et la Mongolie, qui possède d’immenses gisements. Les Pays-Bas, pourtant fortement concernés avec Phillips, semblent ne pas avoir de stratégie.

Rhodia, lui, poursuit sa stratégie d’accord avec la Chine (un Chinois a été nommé à la tête de l’activité terres rares) qui lui a plutôt réussi, mais diversifie aussi ses approvisionnement, en accord avec des groupes australiens, en Australie et en Malaisie) et développe aussi des procédés optimisés permettant une meilleure récupération des terres rares ainsi que des procédés   sur ses sites historiques de La Rochelle et de Saint-Fons, dans l’indifférence du gouvernement français qui semble se désintéresser de ce secteur industriel essentiel.

Un programme européen ERA-MIN, coordonné par le CNRS a été impulsé pour rechercher de nouvelles sources européennes (Suède, Norvège, Groënland) et promouvoir de nouveaux procédés et produits. Il semble fonctionner comme peut fonctionner un programme européen coordonné par le CNRS pour faire de la stratégie industrielle… Si au moins, il permet de financer de la recherche dans un domaine qui a été un peu délaissé et où la France était  un acteur majeur, ce sera pas mal ; mais l’essentiel se déroule en-dehors.

La stratégie chinoise n’est pas l’hégémonie

La bonne nouvelle, c’est la réaction chinoise, qui s’est exprimée publiquement. Finalement, la Chine semble considérer que sa position de quasi-monopole n’était pas si satisfaisante, et elle voit plutôt d’un bon œil une (certaine) concurrence se remettre en place. Elle en attend des progrès significatifs dans le traitement des minerais, l’efficacité des procédés, les problèmes environnementaux, elle recherche aussi des partenaires pour développer davantage de produits plus élaborés.

La Chine ne veut pas l’hégémonie, ne recherche pas le maximum de profit à court-terme, elle veut profiter au mieux de ses ressources naturelles, développer ses technologies, être autonome aussi en produits élaborés. Certains économistes pensent que la Chine en raison de sa population, de sa population éduquée, de ses capitaux  déséquilibrera le monde entier ; ce n’est pas sa volonté, ni sa stratégie, et elle semble agir assez sagement, avec un vrai souci de l’équilibre et de durabilité. Dans ces conditions, la stratégie de Rhodia du partenariat chinois (important, mais non exclusif) peut être la bonne- un hasard, car le gouvernement français, pas plus que les autres, n’a vu venir cette crise et la dépendance patiemment construite et quasi-totale de secteurs importants de l’économie vis-à-vis des minerais de terres rares chinois.

Mais cela signifie aussi que pour travailler avec les Chinois, il faut aussi être capable d’avoir des stratégies à long terme et d’anticiper, bref il faut mener une politique industrielle… qui a été tragiquement absente dans le domaine des terres rares, et dans bien d’autres. C’est aussi un sujet qui devrait intéresser le ministère du redressement productif dans un domaine où la France a été pionnier et leader.

Si le coup du chalutier chinois aura permis de comprendre cela, et d’en tirer les leçons, il n’aura pas été inutile.

Cet article est basé sur un article de l’Actualité Chimique de décembre 2012 (Régis Poisson-AEV-Balard)