La transition énergétique aura besoin de davantage d’éléments de terres rares. Pouvons-nous les sécuriser durablement ?

La mine Mountain Pass en Californie est la seule installation active d'extraction et de traitement de terres rares aux États-Unis Photo : Tmy350

Pour limiter l’augmentation de la température mondiale à 1,5 °C ou près de cette valeur, tous les pays doivent décarboner : réduire l’utilisation des combustibles fossiles, passer à des sources d’énergie renouvelables sans carbone et électrifier autant de secteurs que possible. Cela nécessitera un grand nombre d’éoliennes, de panneaux solaires, de véhicules électriques (VE) et de batteries de stockage, tous fabriqués à partir d’éléments de terres rares et de métaux critiques.

Les éléments essentiels à la transition énergétique comprennent les 17 éléments des terres rares, les 15 lanthanides ainsi que le scandium et l'yttrium. Bien que de nombreux métaux des terres rares soient en réalité courants, ils sont appelés « rares » car on les trouve rarement en quantités suffisantes pour être extraits facilement ou de manière économique.

Tableau des éléments de terres rares. Image : Ivtorov

Des éléments tels que le silicium, le cobalt, le lithium et le manganèse ne sont pas des éléments de terres rares, mais sont des minéraux critiques qui sont également essentiels à la transition énergétique.

Fournir ces grandes quantités de minéraux de manière durable constituera un défi de taille, mais les scientifiques explorent diverses façons de fournir des matériaux pour la transition énergétique en nuisant moins aux personnes et à la planète.

La demande en éléments de terres rares devrait augmenter de 400 à 600 % au cours des prochaines décennies, et la demande en minéraux tels que le lithium et le graphite utilisés dans les batteries des véhicules électriques pourrait augmenter jusqu'à 4 000 %. La plupart des éoliennes utilisent des aimants néodyme-fer-bore, qui contiennent les éléments des terres rares néodyme et praséodyme pour les renforcer, ainsi que du dysprosium et du terbium pour les rendre résistants à la démagnétisation. La demande mondiale de néodyme devrait croître de 48 pour cent d’ici 2050, dépassant l’offre projetée de 250 pour cent d’ici 2030. Les besoins en praséodyme pourraient dépasser l’offre de 175 pour cent. La demande de terbium devrait également dépasser l’offre. Et pour répondre à la demande prévue d’ici 2035 en graphite, lithium, nickel et cobalt, une analyse prévoyait que 384 nouvelles mines seraient nécessaires.

La Chine fournissait autrefois 97 % des terres rares mondiales. Le soutien du gouvernement, une main-d’œuvre bon marché, des réglementations environnementales laxistes et des prix bas lui ont permis de monopoliser la production de métaux des terres rares. Aujourd'hui, la Chine produit 60 à 70 pour cent des éléments de terres rares du monde et obtient également des droits miniers en Afrique. Les États-Unis en produisent un peu plus de 14 pour cent et l’Australie, 6 pour cent des éléments de terres rares.

En 2018, les États-Unis dépendaient à 100 % des autres pays pour 21 minéraux essentiels. Après que la Chine ait interrompu ses exportations d'éléments de terres rares vers le Japon dans le cadre d'un différend, de nombreux pays se sont inquiétés des implications politiques et économiques de leur dépendance à un seul marché et ont commencé à développer leur propre production d'éléments de terres rares. L’administration Biden a donné la priorité au développement d’une chaîne d’approvisionnement nationale pour les métaux des terres rares et les minéraux critiques.

L’exploitation minière provoque souvent la pollution des terres, de l’eau et de l’air, la propagation de déchets toxiques, l’épuisement des ressources en eau, la déforestation, la perte de biodiversité et des perturbations sociales. Bien qu'elles soient soumises aux réglementations environnementales fédérales et étatiques, les mines de métaux sont le premier pollueur toxique aux États-Unis.

Il est difficile d’extraire des éléments des terres rares sans causer de dommages environnementaux en raison de la manière dont ils sont extraits. Une méthode consiste à enlever la couche arable, puis à créer un bassin de lixiviation où des produits chimiques sont utilisés pour séparer les éléments des terres rares du minerai. Les produits chimiques toxiques peuvent s’infiltrer dans les eaux souterraines, provoquer une érosion et polluer l’air. Une autre technique consiste à forer dans le sol et à utiliser des tuyaux et des tuyaux en PVC pour pomper des produits chimiques dans la terre. Le mélange obtenu est ensuite pompé dans des bassins de lixiviation pour être séparé, créant ainsi les mêmes problèmes environnementaux.

Un bassin de résidus à Butte, Montana. Photo de : James St John

De plus, comme les éléments de terres rares se trouvent souvent à proximité du thorium et de l'uranium radioactifs, les déchets laissés après la séparation des éléments de terres rares du minerai (résidus) contiennent des produits chimiques, des sels et des matières radioactives. Les résidus sont généralement stockés dans des bassins qui peuvent fuir et contaminer les ressources en eau.