Comment construire une économie circulaire pour le rare

Yong Geng est professeur de gestion environnementale à l'École des sciences et de l'ingénierie de l'environnement, Université Jiao Tong de Shanghai, Shanghai 200240, Chine.

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Joseph Sarkis est professeur de gestion au Worcester Polytechnic Institute, Worcester, Massachusetts, États-Unis, et titulaire de la chaire TEC-LOGd à l'Université Polytechnique Hauts-de-France à Valenciennes, France.

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Raimund Bleischwitz est le directeur scientifique du Centre Leibniz pour la recherche marine tropicale (ZMT), Brême, Allemagne.

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Les éléments des terres rares peuvent être extraits des déchets électroniques. Crédit : Christophe Archambault/AFP via Getty

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Il existe un lien chimique clé entre de nombreuses technologies qui alimenteront la course vers zéro émission nette de carbone. Les cellules solaires utilisent du néodyme, du dysprosium et du terbium pour convertir efficacement la lumière du soleil en énergie. Les diodes électroluminescentes dépendent de l'europium et du dysprosium pour leur luminescence. Le néodyme et le samarium sont des ingrédients des puissants aimants utilisés dans les éoliennes et les moteurs électriques. Tous ces éléments font partie du groupe des 17 « terres rares », soit les 15 lanthanides du tableau périodique, du lanthane au lutétium, en passant par le scandium et l'yttrium.

La demande en éléments de terres rares (ÉTR) augmente rapidement. Il faut par exemple environ 170 kilogrammes d’ÉTR pour produire un mégawatt d’énergie éolienne1, ce qui suffit à alimenter environ 900 foyers dans le nord-est des États-Unis. L’utilisation mondiale de ces éléments devrait quintupler, passant d’environ 60 000 tonnes en 2005 à 315 000 tonnes en 20301.

Pourtant, leur disponibilité est limitée. La Chine, les États-Unis et la Russie contrôlent 56 % des réserves mondiales d'ÉTR et 76 % de leur production (voir go.nature.com/3h1aeji et « L'augmentation des terres rares »). Depuis plus d’une décennie, la géopolitique, les conséquences de la pandémie de COVID-19 et maintenant la guerre ont perturbé les chaînes d’approvisionnement mondiales et rendu les prix volatils. En 2020 et 2021, les prix de certains ETR ont triplé ou quintuplé après près d’une décennie de relative stabilité.

SOURCE : Commission géologique des États-Unis

Il existe une course géopolitique pour contrôler les ressources en ETR et pour que les pays évincent les autres nations. Le marché des ETR est un jeu à « somme nulle », dans lequel le gain d'une nation ou d'une entreprise constitue une perte pour une autre, sans aucun bénéfice net.

Les industries vertes aux États-Unis et en Europe sont confrontées à des pénuries de ces matériaux essentiels car elles renoncent aux exportations chinoises et russes pour des raisons politiques. De nombreux pays stimulent l’exploration et l’exploitation minières nationales, tout en limitant les sources d’importations. Par exemple, en 2022, le ministère américain de la Défense (DoD) a attribué un contrat de 35 millions de dollars à MP Materials Corporation, basée à Las Vegas, dans le Nevada, pour traiter des éléments lourds de terres rares sur le site de production californien de l'entreprise. En janvier 2023, la société minière publique suédoise LKAB a annoncé avoir découvert un vaste gisement d'ETR, qui est désormais le plus grand d'Europe.

Les marchés des ETR sont également dispersés et inefficaces. Ces éléments sont des produits de niche, produits et utilisés en petites quantités, principalement par des petites et moyennes entreprises, pour la plupart publiques, plutôt que par les grands conglomérats qui contrôlent la production d’acier ou d’aluminium, par exemple. Les ETR sont essentiels pour de nombreuses technologies, telles que les smartphones, mais la valeur du marché mondial des ETR ne représente que 0,18 % de celle des matières premières pétrolières brutes, ce qui rebute les investisseurs (voir go.nature.com/43avjku). Dans certaines régions du monde, comme au Myanmar, les ETR sont commercialisés illégalement (voir go.nature.com/43e4tzx).

Une autre complication est que les ETR ne sont pas extraits directement, mais sont généralement extraits de minéraux qui sont des sous-produits d’autres types d’exploitation minière, comme la bauxite et le minerai de fer. Pourtant, une grande partie des déchets miniers viables ne sont pas traités. La chaîne de valeur des ETR consomme de grandes quantités d'énergie et d'eau et rejette des polluants et des émissions de carbone (voir « Une économie circulaire dans les terres rares »). Le raffinage d’un kilogramme d’oxyde d’ÉTR génère 40 à 110 kilogrammes de dioxyde de carbone (équivalent)2. Le raffinage d'une tonne d'oxyde d'ÉTR peut produire 1,4 tonne de déchets radioactifs, 2 000 tonnes de déchets et 1 000 tonnes d'eaux usées contenant des métaux lourds3.