Terres rares et enjeux économiques mondiaux

Les terres rares constituent un groupe d’éléments du tableau périodique de Mendeleev ayant des propriétés chimiques voisines, et comprenant les quinze lanthanides, le scandium et l’yttrium. Largement utilisées dans les produits de haute technologie et dans l’industrie bas carbone, les terres rares représentent un enjeu économique d’autant plus considérable que la production mondiale actuelle est totalement contrôlée par la Chine. La Chine possède en effet 37% des réserves globales connues, contrôle 60% des ressources mondiales en terres rares et répond à plus de 96% de la demande mondiale en termes de production.

Au-delà de la prise de conscience du monopole chinois, le paradoxe que représente l’exploitation néfaste pour l’environnement des terres rares, souvent associées à des composés radioactifs, afin d’extraire des éléments à même de permettre le développement de technologies vertes, est également un sujet de préoccupation actuel.

Le Royaume-Uni est un importateur relativement mineur de terres rares. Les deux secteurs de l’industrie britannique en consommant sont les éoliennes et les véhicules électriques, et ne semblent pas, à l’heure actuelle, être affectés par les mesures restrictives chinoises. Le gouvernement n’en surveille pas moins la situation et incite très fortement les industriels à considérer les activités de récupération, de réutilisation et de recyclage. Une note de quatre pages [1] publiée en janvier 2011 par l’office parlementaire pour la science et la technologie (POST, Parliamentary Office of Science and Technology) est entièrement consacrée aux terres rares, et une enquête du Science and Technology Select Committee de la House of Commons (équivalent de l’OPECST, Office parlementaire des choix scientifiques et technologiques) a débuté le 10 novembre 2010 concernant les métaux stratégiquement importants, dont les terres rares font partie. Dans le cadre de cette enquête, et dans l’attente de ses conclusions, vraisemblablement courant 2011, nous avons jugé utile de dresser un panorama des enjeux économiques mondiaux que représente le marché des terres rares à l’heure actuelle.

Définition

Les terres rares sont un groupe de 17 éléments métalliques, chimiquement similaires, incluant les quinze lanthanides, le scandium et l’yttrium. Il s’agit d’éléments naturels qui, du fait de leur similarité chimique, peuvent aisément se substituer l’un à l’autre, rendant ainsi les procédés de séparation difficiles et coûteux.

Les terres rares sont des éléments relativement répandus dans la croûte terrestre, certains étant présents en plus grande abondance que l’argent, et les terres rares les plus abondantes le sont en quantités équivalentes au cuivre et au plomb. Il faut cependant noter que la quantité varie grandement d’un élément à l’autre, le cérium ayant par exemple une concentration de 33 ppm pour seulement 0,3 ppm pour le lutécium. Les terres rares sont communément subdivisées en terres rares légères et en terres rares lourdes, ces dernières étantmoins abondantes et par conséquent plus coûteuses.

Exploitation et implications environnementales

Les terres rares sont présentes à l’état naturel dans un large éventail d’environnements géologiques, aussi bien dans des roches sédimentaires qu’ignées ou métamorphiques. Souvent associés à des éléments radioactifs, l’extraction de ces éléments représente un problème écologique important. Des dépôts en Malaisie, par exemple, contenant typiquement 2% d’uranium et 0,7% de thorium, ont résulté en une fermeture des usines d’exploitation et un échec de l’industrie malaise des terres rares.

En Chine, des dépôts argileux à forte capacité d’adsorption (fixation d’une substance sur une surface) présentent une faible teneur en éléments radioactifs et sont par conséquent très attractifs. Leur exploitation n’en présente cependant pas moins un souci écologique d’importance, notamment à cause du manque d’adhésion aux régulations environnementales. Les produits chimiques utilisés dans les étapes de raffinage du minerai ont en effet été responsables de maladies, d’intoxications, de pollution de rivières et de destruction de terrains agricoles. Il a par exemple été signalé que le raffinage d’une tonne d’oxyde de terre rare pouvait potentiellement produire 60.000 m3 de déchet gazeux contenant de l’acide sulfurique et fluorhydrique, 200 m3 d’eau acide et 1,4 t de déchets radioactifs.

De plus, comme dans toute opération d’extraction, la production de terres rares nécessite une quantité considérable d’énergie qui, en Chine, provient principalement de centrales au charbon, ajoutant ainsi à la liste des effets néfastes pour l’environnement que représente l’exploitation des terres rares.

Applications

Les terres rares sont des métaux particulièrement convoités, car indispensables à la fabrication de nombreux objets de consommation courante (téléphones portables, écrans plats LCD...) mais aussi dans les technologies vertes (cellules photovoltaïques, batteries de véhicules électriques, éclairage basse consommation...). Les terres rares sont indispensables dans des applications électroniques, optiques, magnétiques et catalytiques, dans lesquelles elles jouent un rôle crucial en termes d’amélioration du rendement énergétique et de facilitation des technologies numériques.

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La véritable révolution engendrée par les terres rares aura été la miniaturisation. Le néodyme et le dysprosium sont utilisés pour fabriquer des aimants de petite taille, légers (de très petites quantités de dysprosium permettent de construire des aimants jusqu’à 90% plus légers) et incroyablement solides, utilisés dans de l’appareillage militaire de haute technologie aussi bien que dans des écouteurs, des jouets ou encore en bijouterie. Beaucoup de technologies vertes ont également été rendues possibles grâce aux terres rares, et les éoliennes et les véhicules hybrides sont fortement dépendants de leur approvisionnement. L’alliage de néodyme avec du terbium et du dysprosium permet de conserver les propriétés magnétiques aux hautes températures auxquelles sont soumis les moteurs des véhicules hybrides et les éoliennes. Chaque moteur de Toyota Prius hybride contient par exemple 1 kg de néodyme, et chaque batterie, 10 à 15 kg de lanthane. La figure 1 représente toutes les applications possibles des terres rares dans la conception d’un véhicule hybride.

Ressources mondiales et pays producteurs

La quantité globale de ressources en terres rares n’est pas connue précisément. L’USGS (United States Geological Survey, Institut géologique américain) estime cependant que les réserves mondiales en oxydes de terres rares sont de l’ordre de 99 Mt. La Chine possède 37% de ces réserves, suivi par la Communauté des Etats Indépendants avec 19%, les Etats-Unis, 13%, et l’Australie, 6%. Les 22% restants sont répartis entre le Canada, la Malaisie, le Brésil, l’Inde, le Groenland, l’Afrique du Sud, la Namibie, la Mauritanie, le Burundi, le Malawi, le Vietnam, la Thaïlande et l’Indonésie.

Production historique

Historiquement, l’Inde et le Brésil furent les premiers pays à produire des terres rares jusque dans les années 1940, lorsque l’Australie et la Malaisie ont commencé leurs productions. Entre 1960 et 1980, des dépôts ont été exploités aux Etats-Unis, qui sont alors devenus les premiers producteurs mondiaux devant l’Australie. Pendant les années 1980, la Chine s’est lancée dans la production, supplantant les Etats-Unis pour devenir le premier producteur mondial en 1988.

Actuellement

La Chine domine maintenant le marché mondial des terres rares, répondant à 96,8% des demandes d’approvisionnement, les producteurs dans d’autres pays n’arrivant pas à rivaliser avec les coûts faibles des exportations chinoises. La mine de Moutain Pass (Californie), est restée active jusqu’en 2002, mais a dû fermer suite à des problèmes environnementaux. Il en résulte qu’à l’heure actuelle, il n’y a virtuellement pas de chantiers d’extraction de terres rares en dehors de la Chine, mis à part en Inde, au Brésil et en Malaisie. S’il est estimé que des terres rares sont également produites en Indonésie, au Kazakhstan, en Corée du Nord et du Sud, au Kyrgyzstan, au Mozambique, au Nigéria, en Russie et au Vietnam, la production de l’ensemble de ces pays ne représente qu’une très faible proportion des 126.000 t d’oxydes de terres rares produites mondialement en 2008 (4% d’augmentation par rapport à 2007), représentant un marché global, avant traitement des produits, de l’ordre de 1,25 Md$. La production mondiale a plus que doublé au cours des 15 dernières années. Pour comparaison, 11,1 Mt de zinc sont produites annuellement.

Futur

Si la Chine subvient à 96,8% de la demande mondiale, ce n’est cependant pas par manque de ressources en d’autres endroits du globe. De nombreux dépôts/gisements sont connus, mais non seulement les chinois ont développé des techniques efficaces d’extraction et d’exploitation, mais aussi et surtout, le relatif manque de contrôles environnementaux lui a permis de maintenir des prix relativement bas et de s’assurer le monopole. Les pays occidentaux peuvent donc se procurer ces éléments si convoités sans affecter leur propre environnement, et ce, à des prix très compétitifs. Si Deng Xiaoping affirmait que les terres rares étaient à la Chine ce que le pétrole est au Moyen Orient, Chao Ning, chef de section pour le commerce avec l’étranger au ministère du commerce, affirme quant à lui que le pays ne peut plus continuer à porter le fardeau de la demande mondiale. Les réserves s’épuisent, et pour des considérations stratégiques, environnementales et économiques, le pays ne va plus pouvoir se permettre d’assumer seul la tâche d’approvisionner le monde entier. Depuis quelques années déjà, la Chine cherche à effectuer des acquisitions en dehors de son territoire. Les tentatives d’acquisition de Unocal, une compagnie pétrolifère californienne dont une filiale, Molycorp Minerals possède la seule exploitation de terres rares aux Etats-Unis, ou de 51% des parts de Lynas Corporation, possèdant un site minier en Australie du Sud-ouest, ont échoué. En 2009 cependant, Jiangsu Eastern China Non-Ferrous Metals a acquis 25% de Arafura Resources, une autre compagnie australienne dont les opérations vont débuter en 2013 avec une production annuelle de terres rares estimée à 20.000 t. Il semblerait également que la Chine cherche à entrer sur le marché en Afrique de l’Ouest, et il en résulte qu’environ 60% des réserves globales sont sous le monopole chinois.

Problèmes et mesures adoptées

=> Epuisement des ressources et contrebande

Quatre pour cent des éoliennes utilisent un système magnétique faisant appel à des terres rares. Il est anticipé que ce chiffre soit de l’ordre de 15 à 25% d’ici 2015. La demande en véhicules électriques, consommateurs de terres rares, est également en forte augmentation. Il est prévu que la demande globale en terres rares augmente à un taux de 8 à 11% par an entre 2011 et 2014. Si certains pays, comme les Etats-Unis, qui à eux seuls détiennent 15% des réserves mondiales, ont depuis longtemps cessé toute production locale parce que l’importation est plus rentable, les chinois pensent qu’au taux de consommation actuelle, ils vont rapidement épuiser leurs propres réserves en terres rares, notamment en dysprosium et terbium. Si la Chine produit 900 t de dysprosium par an, par exemple, il est estimé qu’il ne lui reste plus que 13 500 t à extraire, ce qui représente un approvisionnement de 15 ans maximum. Or il est attendu que la demande globale en terres rares surpasse l’offre, du moins en ce qui concerne les terres rares dites lourdes, telles le dysprosium et le terbium, dans environ 10 ans. De plus, il est prédit que la consommation domestique chinoise sera égale à sa production d’ici 2014.

Une autre source d’inquiétude est l’ampleur prise au cours des dernières années par la contrebande de terres rares. Il a été rapporté en 2009 que 20.000 t, soit un tiers du volume total de terres rares ayant quitté le sol chinois en 2008, avaient été l’objet de contrebande résultant des prix élevés pratiqués sur le marché. Devant ce constat, les autorités chinoises ont décidé de prendre un certain nombre de mesures, qui ont eu des répercussions conséquentes sur les pays les plus demandeurs, notamment le Japon, les Etats-Unis et l’Allemagne.

=> Mesures adoptées

Depuis 2004, la Chine a introduit des quotas annuels d’exportation. Une diminution de 40% des exportations a ainsi été observée en 2010 et les approvisionnements vers l’étranger ont également été retardés par les douaniers chinois. Le 28 décembre 2010, le ministre chinois du commerce a annoncé que la première livraison de terres rares pour 2011 serait de 14 446 t, soit 35% en-dessous des quotas autorisés au cours du premier semestre 2010. Des baisses subséquentes sont également en considération. Il en résulte une augmentation du prix des terres rares qui, dans certain cas, a été multiplié par dix.

Devant l’urgence de la situation, l’Australie et les Etats-Unis, entre autres, ont décidé de redémarrer l’exploitation. Les Etats-Unis ont ainsi décidé de ré-ouvrir la mine de Mountain Pass et de redémarrer la production en 2012, tout en construisant des infrastructures supplémentaires pour l’exploitation des terres rares sur sol américain. La société Sumitomo Corporation, Tokyo, a établi un protocole d’entente avec Molycorp, stipulant une aide financière de 130 M$ pour la réouverture des exploitations en échange d’approvisionnement en terres rares. Dans le même ordre d’idée, un protocole d’entente a été signé entre Toshiba Corporation, Tokyo, et la Mongolie.

Position britannique

Tel que mentionné en introduction, le Royaume-Uni est un importateur relativement mineur de terres rares, et l’industrie britannique dans son ensemble n’a par conséquent été que relativement peu inquiétée par les mesures chinoises récentes. Quelques industries ont toutefois exprimé leur préoccupation concernant les activités de production d’alliages et de catalyseurs. Less Common Metals par exemple, filiale britannique de Canadian Great Western Minerals Group, est actuellement en train de sécuriser une source d’approvisionnement alternative, en planifiant la réouverture d’une ancienne mine en Afrique du Sud en 2013.

Les deux secteurs de l’industrie britannique consommateurs de terres rares sont les éoliennes et les véhicules électriques, et ne semblent pas, à l’heure actuelle, être affectés par les mesures restrictives chinoises. Le gouvernement n’en surveille pas moins la situation. Le ministère de l’environnement, de l’alimentation et des affaires rurales (Defra, Department for Environment, Food and Rural Affairs), dans le cadre de sa politique d’optimisation des ressources, est impliqué dans l’analyse des risques que pourraient éventuellement représenter les limitations d’exportations de terres rares. Si aucune politique propre aux terres rares n’est en considération, le gouvernement incite très fortement les industries britanniques à considérer les activités de récupération, de réutilisation et de recyclage.

Beaucoup de domaines d’applications utilisant des terres rares produisent des ’déchets’ contenant relativement peu de terres rares et rendant par conséquent le recyclage difficile et onéreux. Le potentiel de recyclage est plus important dans des dispositifs utilisant des quantités importantes de terres rares, tels les aimants. Si les industriels n’ont que peu d’encouragement pour considérer les activités de recyclage, le gouvernement britannique entend bien remettre ce problème à l’ordre du jour. Au cours de l’enquête par le Science and Technology Select Committee, la première audition a notamment permis d’aborder les notions suivantes :
- quels sont les critères utilisés pour définir un métal stratégiquement important ?
- quels sont les secteurs de l’économie britannique qui seraient les plus affectés par une pénurie ?
- quels sont les efforts à fournir pour développer des produits de substitution ?
- quelles sont les possibilités d’exploitation de ressources au Royaume-Uni ?
- quels sont les effets de l’extraction des terres rares sur la population chinoise ?

N’étant encore qu’aux prémices de cette enquête, aucune conclusion ou recommandation ne peut être échafaudée ou rapportée à ce stade. Les problèmes de recyclage et de réutilisation, notamment de terres rares, ont cependant été à l’ordre du jour et il a été mentionné que si l’aptitude à recycler existe, les volumes de matière ne sont pas présents, et il n’existe pas à l’heure actuelle de marché pour des terres rares de seconde main.

Enfin, la substitution et l’innovation sont à l’ordre du jour. Devant la pénurie à venir et les problèmes posés par le recyclage et la réutilisation, une solution pourrait être de trouver des produits de substitution ou de concevoir les produits différemment, afin qu’ils soient moins demandeurs en terres rares.

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Pour finir, si les terres rares sont au premier rang des préoccupations, il n’en demeure pas moins que nous commençons également à perdre prise sur l’approvisionnement en bien d’autres éléments tels l’hélium, le phosphore ou le cuivre. L’Union Européenne est très dépendante de l’importation de métaux tels le cobalt, le platine, les terres rares et le titane, qui jouent un rôle essentiel dans le développement d’écotechnologies innovantes permettant d’améliorer l’efficacité énergétique et de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Une matière première peut être considérée comme critique, à partir du moment où :
- son importance économique est majeure pour des secteurs-clés ;
- le risque d’approvisionnement est élevé ;
- elle ne peut être remplacée par aucun autre produit de substitution.

La Commission Européenne a donc débuté en 2008 l’Initiative "Matières premières", permettant l’élaboration d’une liste commune de matières premières critiques, en coopération étroite avec les Etats Membres et les parties prenantes. Mike Pitts, de UK Chemistry Innovation Knowledge Transfer Network, et ses collègues ont compilé un tableau périodique des éléments ’en danger’, dans lequel les éléments en rouge sont sous menace sérieuse, signifiant qu’il y a de fortes chances pour que leur approvisionnement ne soit plus possible d’ici moins d’un siècle.

[1] http://redirectix.bulletins-electroniques.com/rAYtH


Sources :
- Rare Earth Elements, rapport du British Geological Survey, 2010, http://www.MineralsUK.com
- Rare Earth Metals, POST Note, numéro 368, janvier 2011, http://redirectix.bulletins-electroniques.com/5fjqS
- http://redirectix.bulletins-electroniques.com/aMe9Q
- Critical Thinking, Chemistry World, janvier 2011, p 50
- Métaux rares, la pénurie menace-t-elle l’innovation ?, Rencontres du Café des techniques, Musée des Arts et Métiers, http://www.arts-et-metiers.net/musee.php?P=221&cycle=15&id=421
- New Year, new rare earth fear, The Great Beyond, nature.com, 07 janvier 2011
- Seven days, the news in brief, Nature, vol. 469, 6 janvier 2011
- Smuggling key factor in rare earths’ scarcity, Chemistry World, décembre 2010, p 6
Rare earth partnership, Materials World, janvier 2011, p 8
- Strategically important metals, audition du Science and Technology Select Committee de la House of Commons, 26 janvier 2011
- http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/index_fr.htm


Auteur :Dr Maggy Heintz

publié le 21/03/2011

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