Terres rares et métaux critiques

1. Les informations pédagogiques

2. La vidéo

Cet extrait du webinaire du 11 octobre 2024 fait intervenir Clément Levard, directeur de recherche au CNRS et spécialiste des enjeux de la ressource minérale dans le contexte de la transition écologique. Il y aborde la définition des métaux dits "critiques" et les questions qui les entourent. 

3. La transcription

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Ça a mené un certain nombre de pays, dont l'Union européenne, à se positionner sur la question de l'approvisionnement durable de ces métaux critiques, parce qu'on va le voir, ils sont stratégiques pour un grand nombre de technologies. Et donc notamment, suite en 2010 à la décision de la Chine de définir des quotas pour l'exportation des terres rares, le prix des terres rares a augmenté par un facteur 10 parfois. Donc suite à ça, suite à cet événement, l'Union européenne a listé un certain nombre de métaux critiques sur la base de deux paramètres : 

• Le premier c'est que ce sont des éléments qui sont stratégiques pour l'économie d'un pays car ils sont susceptibles d'altérer la compétitivité des industries qui en dépendent.
• Et le deuxième paramètre c'est ce sont des métaux qui sont sujets à des risques d'approvisionnement élevés ou à une grande volatilité des prix. 

Et donc si on place ces deux paramètres sur deux axes, le risque d'approvisionnement en Y, l'importance économique en X, vous avez ici toute cette zone en rouge, tous les éléments, les métaux et les matériaux qui sont identifiés comme vraiment critiques par l'Union européenne, car ils dépendent complètement d'autres pays. On verra tout à l'heure. On retrouve ici donc les terres rares LREE et HREE, c'est la famille des terres rares. D'autres métaux comme le cobalt, j'en parlais tout à l'heure, le tungstène, les platinoïdes qu'on trouve dans les pots catalytiques des voitures etc. Et donc ça, c'est la liste en 2017, et tous les 3 ans l'Union européenne remet à jour cette liste. Et si on regarde, par exemple, le cas du lithium ici qui était dans la zone bleue, qu'on trouve beaucoup dans les batteries lithium : on voit que la dernière liste qui a été publiée en 2023, je suis désolé, elle n’est pas très lisible la figure, mais c'est juste pour vous montrer que le lithium a migré de la zone bleue vers la zone rouge. Et en fait tous les trois ans, il y a un certain nombre d'éléments qui migrent de la zone bleue vers la zone rouge. Et on peut penser que dans les années qui viennent, la majorité ou l'entièreté des éléments chimiques sur terre vont devenir vraiment critiques.

Importance économique et stratégique

Alors, je vais revenir un peu sur ces deux paramètres, à la fois l'importance économique et le risque d'approvisionnement. Alors, pourquoi ils sont importants d'un point de vue économique, stratégique ? Notamment parce que tous ces métaux critiques, on les retrouve dans un grand nombre de technologies en lien avec la transition environnementale. C'est le cas par exemple des terres rares que je mentionnais tout à l'heure, le néodyme et le dysprosium, qu'on trouve dans des aimants permanents dans les moteurs des éoliennes, particulièrement offshore. On retrouve mêmes ces aimants permanents d'ailleurs dans les voitures électriques. En plus des terres rares dans les voitures électriques, les batteries contiennent beaucoup de métaux critiques comme le cobalt, le lithium ou le nickel par exemple. On retrouve des métaux critiques dans les panneaux photovoltaïques, dans certains panneaux comme le gallium, l'indium, le sélénium et dans le numérique, je vous le montrais tout à l'heure avec tout ce qu'on peut trouver dans un téléphone portable : des éléments comme les terres rares, le cobalt, le galium, l'or et cetera. Donc vous comprenez bien que ces éléments sont vraiment critiques et stratégiques notamment pour la question de la transition environnementale. Je voudrais juste revenir sur un point un peu précis ici sur l'éolienne par exemple. Donc effectivement, nécessité de quitter les énergies fossiles vers des énergies plus vertes, plus propres. Le problème de cela, c'est que ces énergies sont des énergies qu'on appelle « à flux dilués », donc il faut des grosses infrastructures pour capter cette énergie éolienne par exemple. Et donc pour une capacité de 2-3 MW qui sont typiquement les éoliennes que l’on trouve dans nos paysages en France, ça représente à peu près 200 à 400 tonnes d'acier, 500 à 1000 tonnes de béton pour le socle et jusqu'à des centaines de kilos de terres tares pour la machine qui fait tourner les lignes. Et donc si on compare un peu ici par exemple pour l'énergie, si on compare la quantité de métaux par Mega Watt nécessaire pour une centrale à charbon par rapport à, par exemple, une éolienne offshore, on se rend compte qu'il faut six fois plus de métaux pour produire la même quantité d'énergie. Pareil pour le transport, si on compare une voiture électrique à une voiture conventionnelle qui marche aux énergies fossiles, une voiture thermique, on se rend compte qu'il faut six fois plus de métaux, et notamment ce que je disais tout à l'heure pour la batterie, le lithium, le nickel, le manganèse mais aussi les terres rares. Donc bien sûr, il y a une nécessité de vouloir quitter ces énergies fossiles pour réduire les émissions de gaz effet de serre, mais ça va entraîner de nouveaux enjeux autour de la ressource minérale comme vous pouvez le voir sur ces chiffres.

Risques d'approvisionnement

En termes de risque d'approvisionnement maintenant, je voudrais vous montrer d'ailleurs cette première photo qui représente la mine de Palabora, une des plus grosses mines à ciel ouvert qui se situe en Afrique du Sud, de cuivre. Et ici c'est une représentation, c'est une photo d'un photographe, un artiste qui s'appelle Dylan March et qui a représenté ici par une grosse bille métallique la quantité de cuivre qui avait réellement été extraite de ce trou immense. Donc ce trou, il fait 700 m presque de profondeur, 2 km de largeur et voilà la quantité de cuivre qui a été réellement extraite. Ça veut dire que tout le reste, c'est des déchets miniers que l'on doit gérer, qui posent un certain nombre de problèmes environnementaux. Et la problématique autour de ces minerais, c'est que certains minerais s’appauvrissent et c'est le cas du cuivre notamment. Si on prend, si vous regardez le graphe à droite ici, vous avez la concentration en cuivre des gisements qui sont exploités en fonction des années. Vous avez même ici un retour un peu plus en arrière parce qu'on commence en 1840 et vous voyez que à la fin du 19e siècle, les minerais qui étaient exploités contenaient jusqu'à 15 % de cuivre, alors que aujourd'hui les minerais qui sont exploités contiennent moins de 1 % de cuivre. Donc on voit qu'on a un appauvrissement de la concentration en cuivre dans les minerais. C'est le cas pour un certain nombre de métaux, ce n'est pas que le cuivre. Et la problématique en plus de cela, c'est que quand la concentration de cuivre dans les gisements diminue, cela nécessite une consommation d'énergie pour produire une tonne de cuivre qui est beaucoup plus importante. Vous voyez ici sur ce graphe, voilà, en gros en dessous de 1 % de cuivre dans les gisements, ça nécessite une quantité d'énergie qui est beaucoup plus importante pour aller extraire cette tonne de cuivre.

Questions géopolitiques

Un autre paramètre important à considérer quand on regarde l'approvisionnement, c'est des questions géopolitiques cette fois-ci. Et quand vous regardez cette carte, on se rend compte finalement que la production de ces métaux est monopolisée par un certain nombre de pays qui sont très limités. C'est le cas de la Chine notamment, et c’est une carte qui est un peu ancienne maintenant, qui a 10 ans, mais à l'époque cette carte montrait que la Chine produisait par exemple 95 % des terres rares. C'est un peu différent aujourd'hui parce que les États se sont rendus compte de leur dépendance vis-à-vis de la Chine et ont réouvert des mines. C'est le cas aux États-Unis par exemple, en Australie. Du coup, maintenant la Chine ne produit que 68 % des terres rares par exemple, mais par contre elle maîtrise toujours toute la chaîne de valeur, c'est-à-dire l'affinage. Donc les métaux par exemple qui sont extraits aux États-Unis sont envoyés ensuite en Chine pour être affinés et ensuite transformés jusqu'au produit final, par exemple le panneau photovoltaïque ou la voiture électrique. Et donc la Chine sur les terres rares par exemple, possède encore 95 % de la chaîne de valeur sur les terres rares. Et donc ce que vous pouvez voir surtout ici, c'est que des pays comme l'Europe, comme la France et l'Union européenne plus largement, on est complètement dépendant de ces pays producteurs de métaux. Un quasi-monopole aussi, c'est le cas de la République démocratique du Congo qui produit la quasi-totalité du cobalt.

4. Crédits

Cette leçon fait partie du Socle commun de connaissances et de compétences transversales TEDS produit par la Fondation UVED et soutenu par le Ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche.

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Première édition :  septembre 2026