Les réserves mondiales estimées et la production des terres rares en 2019 sont concentrées dans une dizaine de pays. Doc : IFP Energies Nouvelles

Elles sont indispensables au fonctionnement de notre société, car présentes dans de nombreux domaines (énergie, mobilité, numérique, défense, santé…), pourtant bien peu d’entre-nous soupçonnent leur existence et encore moins les enjeux stratégiques dont elles sont l’objet. Ce sont les terres rares. Le CNRS, conscient de ces enjeux vitaux, a lancé début 2024 une expertise scientifique collective, faisant l’état des connaissances scientifiques sur leur usage, afin d’envisager des voies d’utilisation plus responsables. Des travaux qui ont été présentés lors d’un colloque le 14 novembre. En voici les grandes lignes.

Essentielles dans de nombreux domaines de pointe de par leurs caractéristiques physico-chimiques et électromagnétiques, les terres rares (voir notre encadré) sont, contrairement à leur appellation, relativement abondantes a la surface de la terre. Ainsi le cérium est plus présent que nombre de métaux usuels tels le cuivre, le cobalt, le plomb ou l’étain. L’appellation ‘‘rare’’ tient au fait que ces métaux sont très dilués dans des gisements d’autres métaux et qu’il est donc nécessaire d’exploiter d’importantes quantités de minerais pour les extraire, de plus ils sont souvent mélangés entre eux et il faut donc ensuite les séparer, d’où un coût important.

La mainmise chinoise

Mais la rareté tient aussi maintenant dans le fait que la Chine représente environ 69 % de la production mondiale de minerais de terres rares (données 2023). Une fois ces minerais extraits, il est nécessaire de les traiter pour séparer, purifier et raffiner chacune des terres rares. Or la Chine est le seul pays qui réalise toutes ces étapes. La Chine produit ainsi 85 % des terres rares légères raffinées utilisées dans le monde, et 100 % des terres rares lourdes. Elle peut ainsi jouer sur leur disponibilité pour les autres pays et leur prix.

Inquiétant pour nos approvisionnements quand on sait par exemple que les terres rares (néodyme, dysprosium, terbium et praséodyme) servent à produire les aimants permanents les plus puissants (néodyme-fer-bore), qui sont utilisés pour fabriquer des moteurs miniaturisés performants propulsant les voitures électriques ou animant les robots. Terres rares que l’on retrouve aussi dans les génératrices des éoliennes à raison de 80 kg/MW à 200 kg/MW. Enfin, un avion de combat moderne, tel le Lockheed Martin F35 américain, contient plus de 400 kg de matériaux divers contenant au moins une terre rare !

C’est dans ce contexte que le CNRS a lancé en janvier 2024 l’expertise scientifique collective (ESCo) Terres Rares. Ce travail, qui s’appuie sur 4 100 articles scientifiques, vise à dresser une lecture intégrée des connaissances scientifiques disponibles sur l’utilisation des terres rares tout au long de leur cycle de vie, ainsi que sur les défis et les opportunités d’une utilisation plus responsable.

Réalisée par un collectif pluridisciplinaire d’une trentaine de scientifiques, piloté par Pascale Ricard (CNRS), Clément Levard (CNRS) et Romain Garcier, (ENS de Lyon, en mission d’expertise pour le CNRS), cette ESCo Terres Rares fournit des éléments scientifiques solides pour éclairer le débat et les décisions des pouvoirs publics.

Trois voies de réflexion

Alors que 90 % de la capacité de raffinage de terres rares est aujourd’hui maitrisée par la Chine, la France ne dispose d’aucun gisement dans son sous-sol qui soit exploitable à court terme, même si des prospections sont en cours. L’expertise collective a ainsi pris le parti d’analyser systématiquement la littérature scientifique en partant des usages et en questionnant la possibilité d’une utilisation responsable des terres rares, comme un potentiel pilier de la politique de sécurisation de nos approvisionnement.

Un prisme qui a été décliné sous trois aspects :

• Réduire l’utilisation des terres rares par leur substitution dans les matériaux ou par une sobriété d’usage des produits qui en contiennent ;
• Recycler en exploitant ‘‘la mine urbaine’’ que représentent les déchets des dispositifs électroniques, des éoliennes marines, des véhicules électriques… ;
• Extraire autrement en passant par des procédés plus respectueux de l’environnement, des sources d’approvisionnement alternatives et une meilleure prise en compte de la dimension sociale de l’extraction.

Réduire l’usage des terres rares

Les leviers de réduction de la consommation de terres rares sont multiples. Ils incluent :

• la substitution des terres rares par d’autres éléments moins critiques dans les matériaux ;
• l’amélioration de l’efficacité des dispositifs qui les utilisent ;
• une approche de sobriété d’usage.

Cette dernière peut par exemple s’inscrire dans le cadre de l’économie de la fonctionnalité, qui privilégie l’usage plutôt que la possession en mutualisant des équipements, afin de réduire la demande en matières premières, tout en maintenant le service attendu.

Ainsi, les résultats de l’expertise scientifique collective mettent l’accent sur le potentiel de réduction d’utilisation des terres rares dans les matériaux et dispositifs. Dans le cas des aimants permanents, la littérature montre qu’il existe des procédés pour réduire la quantité de certaines terres rares critiques, dont l’approvisionnement en France et en Europe est particulièrement sous tension. Mais utiliser des aimants sans aucune terre rare nécessiterait de multiplier de quatre à cinq fois leur masse pour conserver les mêmes performances. Enfin, à l’échelle des machines utilisant ces matériaux, une voie de réduction très documentée consiste à travailler sur la disposition des aimants permanents dans la partie mobile du moteur, et sur leurs combinaisons avec des aimants sans terres rares ou avec des technologies sans aimant.

Le règlement européen sur les matières premières critiques (Critical Raw Materials Act, CRMA), auxquelles appartiennent les terres rares, priorise la sécurité stratégique des industries européennes par rapport aux leviers de sobriété. Plusieurs travaux appellent à une prise en compte renforcée de ces considérations de sobriété – déjà présentes dans la législation française et européenne – dans la règlementation relative aux matières premières critiques, l’économie circulaire participant directement à la sécurisation de l’approvisionnement. La création d’une préférence européenne dans les marchés publics est également questionnée par la littérature.

Recycler les terres rares

Le recyclage apparaît comme une alternative de production plus responsable des terres rares et pourtant, son taux stagne à l’échelle mondiale avec moins de 1 % de terres rares recyclés. Cependant, les analyses de cycle de vie et de flux de matières montrent que les procédés de recyclage ont une empreinte carbone inférieure à celle de l’extraction primaire.

Des technologies innovantes de pré-traitement et de procédés métallurgiques, ainsi que le développement de boucles courtes de recyclage, permettent de réduire significativement l’impact environnemental et affichent de hauts rendements de récupération. La faisabilité technique est avérée, le potentiel du recyclage est important et les déchets d’usage sont une ressource secondaire crédible, plus responsable.

La quantité de terres rares contenues dans les aimants permanents (moteurs de véhicules électriques, génératrice d’éoliennes, déchets électroniques, etc.) produits en 2020 correspondrait à un quart de la production minière de terres rares cette même année. Mais, le potentiel de recyclage dépend de la concentration des terres rares dans les matériaux et du nombre d’objets à collecter pour récupérer ces matériaux. Il est par exemple nécessaire de collecter 2 millions de téléphones pour récupérer l’équivalent de la quantité de terres rares d’une seule éolienne offshore de 5 MW. Une contrainte logistique et économique pour leur collecte.

Si le droit relatif à l’économie circulaire et à la gestion des déchets s’applique en ce qui concerne le recyclage de produits contenant des terres rares, aucune législation n’oblige spécifiquement à faire mention de la présence de ces dernières dans les produits, ni à indiquer les actions spécifiques à réaliser à leur encontre en matière de recyclage. Alors que la littérature montre que l’action publique aurait un rôle déterminant à jouer dans la structuration d’un marché du recyclage, le cadre juridique et les incitations politiques ne permettent pas encore une stabilité de la filière.

Extraire les terres rares autrement

Si la France dispose de ressources minérales marines qui pourraient constituer une source d’approvisionnement en terres rares, d’importantes incertitudes persistent quant à leur quantification, la rentabilité économique de leur extraction et ses difficultés techniques. Surtout, l’ampleur des dommages serait telle qu’il est impossible de savoir si les fonds marins pourraient retourner à l’équilibre après une exploitation.

Les déchets miniers et industriels sont estimés être le potentiel le plus important de sources de terres rares en France et en Europe. Bien que les concentrations en terres rares soient souvent inférieures à celles des gisements primaires, les volumes importants de ces stocks en font des sources potentielles intéressantes pour la production de terres rares, notamment par des approches zéro-déchets décrites dans la littérature.

Par exemple la quantité de terres rares contenues dans les résidus de l’extraction de l’alumine depuis la bauxite, ‘‘boues rouges’’, ou dans les cendres issues des centrales à charbon, produite en 2020 est du même ordre de grandeur que la production mondiale extraite depuis les mines cette même année. Cependant, les données disponibles sur ces stocks et leurs propriétés restent limitées. Des procédés extractifs plus innovants et plus respectueux de l’environnement comme l’intégration de bioprocédés utilisant des micro-organismes ou des plantes sont à l’étude et en développement à l’échelle des laboratoires.

L’expertise scientifique s’est également penchée sur l’évolution du droit minier. La littérature analyse comme trop souple le cadre des exigences de responsabilité sociale et environnementale des entreprises minières. Néanmoins, elle souligne que le droit français et européen évolue vers plus d’exigence avec ‘‘le devoir de vigilance’’, qui impose concrètement aux entreprises une extraction plus responsable des minerais tout au long de la chaîne de valeur, y compris dans des pays tiers. De plus, des cadres réglementaires existent pour obliger les entreprises à divulguer leurs impacts environnementaux et sociaux. Cela peut se traduire par l’utilisation d’outils technologiques fournissant des données publiques.

Les processus d’extraction des terres rares et les déchets représentent un risque avéré pour l’environnement, notamment autour des zones fortement contaminées, comme les mines ou les sites de transformation. De ce fait, les activités d’extraction et de transformation créent localement de fortes tensions sociales, notamment en raison des risques sanitaires et environnementaux.

En ce qui concerne l’acceptabilité sociale des mines, la littérature rappelle que les contestations émergent de l’absence d’un débat préalable sur l’opportunité même du développement de nouvelles mines. Ces contestations ne sont pas résolues par de simples démarches pédagogiques ou compensatoires destinées aux populations locales affectées.

Jean-François Prevéraud

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