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Comment se forme les terres rares ?

La publication la plus récente du livre « La guerre des métaux rares. Le visage caché de l’énergie et du changement numérique « du journaliste français Guillaume Pitron a relancé une controverse régulière ces dernières années : « La croissance des énergies renouvelables et de l’électromobilité impliquerait une utilisation massive de métaux appelés « terres rares », dont l’extraction et la production pour l’environnement et santé. »

Vous pouvez lire les arguments de Guillaume Pitron dans cette interview réalisée par Techniques Ingénieurs, et commander son livre ici.

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Comme dans tout débat social, il est logique de s’engager avec des points de vue pour donner une opinion.

Renewe.be, une revue dédiée aux enjeux actuels de l’énergie durable, dirigée par une association spécialisée et sans but lucratif (APere asbl) et organisée par le L’appui du gouvernement, en particulier pour son rôle de formation, souhaite donc développer une position non controversée sur ce débat pertinent.

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Nous verrons que le développement durable est possible et souhaitable sans recourir aux « terres rares ».

Qu’ est-ce que « Terres Rares » ?

Les terres rares sont une série de 17 éléments chimiques de la célèbre peinture de Mendelev, que tous les écoliers ont rencontré autrefois. Pour une définition complète : Wikipédia.

Les terres rares sont faites de 17 métaux différents utilisés dans de nombreuses applications technologiques. Les oxydes métalliques et les alliages de ces éléments sont utilisés dans une variété d’applications :

  • Fabrication de pots catalytiques et d’huile de raffinerie pour véhicules automobiles (24 % des utilisations).
  • Pour la fabrication d’aimants permanents (23 % des utilisations) utilisés dans les moteurs électriques et les générateurs, Smartphones et tablettes peuvent être trouvés, technologies militaires, quelques éoliennes,…
  • Pour la production de poudre de polissage (12% des applications), qui est utilisé pour tous les types d’écrans : téléviseurs LCD, ordinateurs, smartphones, tablettes, etc. Tant d’objets communs, dont la production a considérablement accéléré au cours de la dernière décennie.

Une analyse détaillée des applications peut être trouvée dans le Panorama du marché des terres rares 2014 et dans la présentation du projet européen EUROARE.

On trouve des terres rares dans les moteurs électriques à aimant permanent (utilisés dans de nombreuses industries) et les smartphones.

Répartition de la production de terres rares par pays et consommation de terres rares après application en 2015, selon l’article « Potentiel mondial des ressources en terres rares et de la demande de terres rares par Clean Technologies « (2017).

Ils sont vraiment rares ?

Le nom de « terre rare » dérive du fait qu’à la fin du XVIIIe siècle ils ont été découverts dans des minéraux (d’où le nom de « pays »), qui étaient inhabituels à l’époque et étaient difficiles à séparer les uns des autres par les techniques utilisées à l’époque.

Le terme « rare » ne fait pas référence à la rareté de ces éléments, mais à la rareté de leurs dépôts. En fait, ils se trouvent dans l’écorce de la terre en quantités assez abondantes, mais ils y sont fortement dilués. En raison de leurs propriétés physico-chimiques, elles sont rarement suffisantes aux niveaux de concentration pour être exploitables.

En 2017, une publication de la revue Minerals estimait que les réserves mondiales d’oxydes de terres rares étaient de 478 millions de tonnes. Sur la consommation actuelle (de l’ordre de 130.000 tonnes/an), nous avons donc plusieurs centaines d’années. Même avec une forte croissance de la demande, il n’y aura pas de pénurie.

De plus, les réserves sont réparties sur plusieurs continents (carte ci-dessous).

Un marché qui se diversifie

Dans les années 2000, la Chine a assuré un quasi-monopole sur le marché des « terres rares » grâce à une politique de quotas et de dumping des prix. Mais depuis la hausse des prix en 2011, le marché s’est diversifié.

La Chine est de loin le premier producteur mondial, suivie de l’Australie (site de Mount Weld) et de la Russie. Mais une cinquantaine de projets évoluent rapidement dans 34 pays, répartis sur 5 continents.

Les scientifiques japonais, par exemple, ont identifié et analysé les gisements de terres rares sur les fonds marins de l’océan Pacifique et estiment que cette réserve pourrait représenter plusieurs centaines d’années de consommation mondiale.

nuisibles Impact environnemental

Par conséquent, les « terres rares » peuvent répondre à la demande du marché. Devrions-nous être heureux ?

Dans la plupart des pays touchés, les techniques d’extraction et d’épuration des terres rares polluent le sol et l’eau. Ils nécessitent des processus hydrométallurgiques et des bains acides qui libèrent des métaux lourds, de l’acide sulfurique et des éléments radioactifs (uranium et thorium).

En Chine, la radioactivité mesurée dans les villages de Mongolie intérieure près de l’exploitation des terres rares de Baotou est 32 fois normale (à Tchernobyl, elle est 14 fois normale) ; de nombreux cancers sont attribués à l’exploitation de terres rares.

Ces contaminants ont été dénoncés par Greenpeace Chine et plusieurs associations environnementales internationales.

Sur le site de Baotou, en Chine, la plus grande raffinerie de terres rares au monde libère des résidus radioactifs dans un lac artificiel adjacent. Image : Inconnu champs

Moins de production de la Terre en Chine, illustré par des faits et des détails. Cependant, il est désormais possible d’obtenir et de produire des « terres rares » selon des normes strictes en matière d’environnement et d’hygiène. Ces normes devraient s’appliquer dans tous les pays concernés, en particulier ceux qui sont plus laxistes pour l’environnement et la santé de la population locale.

Mais le marché est-il prêt à prendre en compte les coûts nécessaires pour respecter cette activité d’une manière plus écologique et humaine ?

Pour un développement durable sans terres rares

La transition énergétique en Europe ne peut se faire aux dépens des écosystèmes et des populations locales ailleurs dans le monde.

Par conséquent, afin d’améliorer la durabilité de leurs activités, les secteurs concernés devraient mettre en œuvre des procédés de faible technologie ou des composants de terres non rares. Les secteurs de l’électromobilité et de l’énergie éolienne en sont aujourd’hui un exemple.

L’ électromobilité n’a plus besoin de terres rares

Les véhicules électriques sont parfois évoqués leur besoin d’aimants permanents « terres rares » dans ce débat.

Les fabricants de protecteurs électriques peuvent et ne veulent pas se passer de « terres rares », explique l’association AMPERES dans cet article. Il suffit de remplacer le rôle des aimants par une bobine d’excitation. Des modèles tels que la Renault Zoé (le best-seller en Europe) ou la Tesla (le best-seller en Amérique) utilisent cette technologie et leur moteur ne contient donc pas de « terres rares ».

Sur les batteries, les anciens modèles – qui comprenaient des « terres rares », sont maintenant remplacés par des batteries lithium-ion, qui ont des performances beaucoup plus élevées et ne contiennent pas de « terres rares ».

Par conséquent, l’avenir et le développement de l’électromobilité ne dépendent pas de l’exploitation des terres rares. D’autre part, la raffinerie de pétrole et Les convertisseurs catalytiques pour véhicules thermiques qui ne peuvent pas se passer de « terres rares » comptent parmi les plus grands consommateurs. Combien d’appareils électroménagers, technologiques ou industriels.

Cependant, il convient de garder à l’esprit que l’utilisation de batteries au lithium-ion soulève d’autres questions : quelles sont les réserves réelles de lithium ? Peut-on l’extraire sans endommager les écosystèmes affectés (Chine, Bolivie, Chili,…) ? Ce débat sur l’environnement doit également être pris en considération.

En outre, l’Europe veut développer une économie circulaire des batteries pour véhicules électriques qui leur permettra de les recycler et de leur donner plusieurs vies, maximisant ainsi leur utilisation, ce qui réduira considérablement notre besoin d’extraire de nouveaux métaux pour produire de nouveaux métaux.

D’une manière générale, les associations environnementales soutiennent le scénario d’une flotte de véhicules électriques à 100 % en Europe d’ici 2050, associée à une réduction drastique de la réduire les besoins en matière de transport, en particulier la pollution atmosphérique actuelle générée par les voitures thermiques, qui est responsable chaque année de 467 000 décès prématurés (voir l’étude de la Fondation européenne pour le climat).

Les scientifiques ont également analysé l’empreinte carbone complète des véhicules électriques en Europe. D’ici 2030, ces véhicules émettront 66% moins de CO2 qu’une voiture diesel et 80% moins de CO2 d’ici 2050 ! Les performances environnementales en Europe seront donc clairement positives (lire notre article 2 millions de voitures électriques en Belgique ?).

L’ énergie éolienne sans terre rare est illustrée dans l’exemple

Au niveau du vent, parfois des « terres rares » (en particulier le néodyme) sont utilisées pour produire des aimants permanents qui équipent des générateurs synchrones. Selon la technologie (avec ou sans boîte de vitesses) et la vitesse d’entraînement, l’utilisation de terres rares peut être plus ou moins importante. Il peut être 1/3 du poids des aimants permanents (lisez cet article dans le journal Ressources Policy).

L’ énergie éolienne terrestre se développe principalement sans l’utilisation de « terres rares ». En Wallonie, par exemple, la majeure partie de la technologie éolienne installée n’utilise pas d’aimants permanents (les turbines Enercon et Senvion les plus installées sont complètement vides).

Avec l’énergie éolienne offshore, les aimants permanents restent intéressants, principalement pour la compacité, l’efficacité et la réduction des coûts d’entretien des générateurs.

La hausse des prix des terres rares en 2011 a incité les producteurs éoliens à adopter des solutions de rechange pour stabiliser le risque de prix par rapport à cette ressource.

Le projet de recherche européen EcoSwing développe des générateurs avec des conducteurs Sura qui nécessitent 100 fois moins de « terres rares ». La recherche et le développement sont en plein essor pour réduire la dépendance à l’égard des « terres rares » dans l’énergie éolienne. réduire ou éliminer complètement (voir le rapport du CCR sur la technologie éolienne). Il s’agit d’optimiser les turbines ou de trouver des alternatives qui pourraient remplacer les terres rares par des composants ayant des propriétés similaires.

Ainsi, les progrès dans la production d’aimants permanents et la conception de générateurs réduiront déjà le besoin de terres rares. Les générateurs munis de conducteurs Sura pourraient également réduire le poids du générateur et réduire considérablement l’utilisation d’éléments de terres rares (de 200 kg/mW à moins de 2 kg/mW). Un projet de recherche européen est en cours sur ce sujet et prévoit de mettre en place une tabine côtière de 3,6 MW au Danemark en 2019.

Les progrès récents de la recherche permettent même la substitution directe des « terres rares ». Une première mondiale du générateur synchrone à aimant permanent avec ferrite a été développé par la société anglaise GreenSpur Renewables : les turbines de 3 et 6 MW sont installé et une turbine de 15 MW est prévue pour 2021.

GreenSpur Renewables a développé le premier générateur synchrone à aimant permanent avec de la ferrite, en substitution de terres rares. En outre, des études examinent le recyclage des aimants avec l’idée d’une économie circulaire bénéfique pour l’environnement et réduisant la criticité de la ressource.

Selon l’analyse de cet article dans la revue « Resources Policy », les stratégies de substitution dépendront sans aucun doute de l’évolution des prix du marché et des avantages économiques techniques des solutions de remplacement des terres non rares.

Néanmoins, il semble réaliste de croire que la recherche en cours d’ici quelques années permettra de minimiser ou même d’éliminer complètement l’utilisation de terres rares dans l’énergie éolienne.

Enfin, nous rappelons que les associations environnementales utilisent le scénario d’un 100% renouvelable soutenir l’énergie de l’Europe d’ici 2050, associée à une réduction drastique de la demande d’énergie compte tenu de son impact positif sur l’environnement, le climat, la santé et le développement économique.

En conclusion

Le développement de l’énergie durable en Europe — électromobilité, production d’énergie éolienne, etc. — ne peut se faire aux dépens d’un écosystème et d’une population locale ailleurs dans le monde.

Les technologies d’énergie renouvelable et les véhicules électriques veulent se passer des « terres rares » afin d’assurer leur croissance.

D’ autre part, les « terres rares » sont utilisées dans de nombreux appareils ménagers, technologiques ou industriels. Les consommateurs doivent être conscients que des terres rares peuvent être trouvées dans de nombreux appareils quotidiens (smartphone, ordinateur, écran LCD,…).

D’ un point de vue durable, il est donc souhaitable d’envisager l’utilisation des « terres rares » dans les nombreuses applications courantes pour réduire et remplacer. Dans l’exemple de l’énergie éolienne et de l’électromobilité, de nombreuses autres industries devraient également mettre en œuvre des procédés ou des composants industriels alternatifs respectueux de l’environnement. Quand fonctionne l’étiquette « Smartphone sans terres rares » ?

En outre, outre l’abandon progressif de cette ressource, une législation environnementale très stricte devrait être introduite dans les pays où l’extraction de « terres rares » a lieu pour protéger les sols, l’eau et la santé humaine.