Les métaux face aux besoins de la transition énergétique

Une demande en métaux toujours plus forte

Des utilisations de plus en plus nombreuses

Avant le 20^e siècle, seuls quelques métaux étaient utilisés : fer, cuivre, étain, argent, or, etc. Grâce à la révolution industrielle, il a été possible d’extraire plus de métaux et d’en découvrir de nouveaux usages, avec notamment des techniques métallurgiques plus avancées.

Conséquence : depuis le 20^e siècle, des dizaines de métaux sont utilisés dans des domaines très variés, comme la construction, les transports, l’énergie, l’informatique (comme les ordinateurs ou les smartphones), etc.
Aujourd’hui, certains métaux sont aussi devenus essentiels pour développer les énergies qui n’émettent pas de CO₂ comme l’éolien ou le solaire. Ils sont donc indispensables à la transition écologique.

De nombreux métaux indispensables à la transition énergétique

Agrandir et voir cette illustration en taille réelle (même fenêtre)

Transcription de la figure 4008

Tableau périodique des éléments de Mendeleïev. Les différents métaux utilisés dans la transition énergétique sont mis en couleur pour en préciser les usages : stockage de l’énergie, connectique, économies d’énergie, catalyse, production et transport d’électrique, industrie électrique nucléaire, photovoltaïque, mobilité électrique / énergie éolienne (aimants permanents à terres rares) et éclairage. Y sont également indiqués les niveaux de criticité (prenant en compte les risques pesant sur les approvisionnements et l’importance économique) : très forte criticité, forte criticité, moyenne criticité. Au-dessus du tableau périodique il est intitulé : de nombreux éléments, notamment des métaux, nécessaires à la transition énergétique.

Une forte hausse de l’extraction des métaux

L’utilisation croissante des métaux a entraîné une forte augmentation de leur extraction, surtout au cours des vingt dernières années.
Ainsi, au niveau mondial, l’extraction de minerais métalliques a plus que triplé au cours des cinquante dernières années. Elle est passée de 2,7 milliards de tonnes en 1970 à 10,6 milliards de tonnes aujourd’hui (source: UN Environnment Programme) . Cette hausse est particulièrement élevée pour la fabrication de l’acier en raison de la forte demande pour la construction dans les pays en développement.

Mais tous les métaux ne sont pas concernés de la même façon :

• pour les « grands métaux » (cuivre, fer, etc.) : l’extraction annuelle se mesure en millions de tonnes (Mt) ;
• pour les « petits métaux » (terres rares, etc.), plus souvent destinés à des usages technologiques précis : l’extraction annuelle se mesure en milliers de tonnes (kt).
  Toutefois, la masse relativement faible de ces « petits métaux » ne reflète pas leur importance économique et stratégique. Ils sont en effet très utiles pour le développement des nouvelles technologies et la transition écologique.

L’extraction de métaux en France est encore très faible : 0,2 million de tonnes par an (bauxite principalement). Ce chiffre est à comparer aux 392 millions de tonnes de matières minérales non métalliques extraites en France en 2022 (source: SDES) . L’essentiel des métaux consommés en France (17 millions de tonnes en 2022) est donc importé, sous forme de minerais métalliques ou de produits composés de métal (automobiles, équipements électroménagers, etc.).

Cette situation pourrait changer dans les années à venir. Les études prévoient une forte augmentation de la demande mondiale en métaux pour les technologies bas-carbone (qui émettent peu ou pas de CO₂) : par exemple, les terres rares pour les éoliennes en mer et les moteurs électriques, ou le lithium et le nickel pour les batteries.
Il faudra donc développer de nouvelles capacités d’extraction, de transformation et de recyclage.

Des métaux essentiels à la transition écologique : un vrai défi d’approvisionnement

Des métaux dits « critiques »

Les technologies bas-carbone, nécessaires pour réussir la transition énergétique, utilisent de nombreux métaux. Certains sont appelés « critiques », car :

• leur approvisionnement est incertain (prix instables, tensions géopolitiques, etc.) ;
• ils sont essentiels pour l’économie.

Par exemple :

• les métaux utilisés dans les batteries des voitures électriques (comme le nickel-manganèse-cobalt ou le lithium-fer-phosphate) ;
• les terres rares, indispensables pour fabriquer des aimants dans les éoliennes et les moteurs électriques ;
• le cuivre et l’aluminium, utiles pour moderniser les réseaux électriques et fabriquer des équipements électriques (voitures, transports, etc.).

Une forte dépendance aux importations

Aujourd’hui, les métaux utilisés pour la transition énergétique sont principalement extraits et transformés en dehors de l’Europe. Cela rend la France et l’UE très dépendantes d’autres pays, ce qui pose problème à mesure que les technologies bas-carbone sont développées.

Peu importe le métal, l’extraction est concentrée dans quelques pays. Aucun pays européen ne figure parmi les trois plus gros producteurs pour ces métaux. La transformation des métaux est encore plus centralisée, avec un rôle dominant de la Chine. Par exemple, la Chine produit 68 % des terres rares et en transforme 90 %.

Pour réduire cette dépendance, la France et l’Union européenne ont mis en place plusieurs mesures. Le règlement européen sur les matières critiques fixe trois objectifs pour 2030 :

• au moins 10 % de l’approvisionnement devra venir d’extraction en Europe ;
• 40 % devra être transformé en Europe ;
• et 25 % devra venir du recyclage en Europe.

Plusieurs projets miniers sont en cours en Europe, dont certains en France, comme l’exploitation de lithium dans l’Allier ou en Alsace.

Cette dépendance aux importations pose aussi problème pour les pays producteurs. L’extraction des métaux a des conséquences sur l’environnement : destruction d’habitats naturels, consommation d’énergie, production de déchets, etc. Les usines de métallurgie consomment beaucoup d’énergie et rejettent des polluants (poussières, eaux sales, boues). Cela peut aussi causer des tensions sociales, par exemple quand l’eau utilisée pour traiter les minerais entre en conflit avec d’autres usages dans des zones déjà arides.

Et demain, quels besoins ?

Plusieurs études ont tenté d’estimer les besoins en métaux d’ici 2050 selon différents scénarios de développement des technologies bas-carbone.

Pour les batteries de voitures électriques, la demande mondiale pourrait être multipliée :

• par 9 si l’on suit les politiques actuelles ;
• par 30 si on vise un scénario de développement durable, à l’horizon 2040.

Pour les terres rares :

• la demande pour les moteurs des voitures électriques pourrait être multipliée par 18 d’ici 2040 ;
• et par 3 pour les éoliennes, toujours dans un scénario durable.

En France, des études récentes, dont celles de l’Ofremi (Observatoire français des ressources minérales pour les filières industrielles), ont aussi estimé les besoins pour 2035 et 2050.

Selon les scénarios, les besoins annuels en 2035 seraient d’environ :

• 10 000 à 15 000 tonnes de lithium (en métal) ;
• 80 000 à 100 000 tonnes de graphite, pour des batteries utilisant les technologies classiques (nickel-manganèse-cobalt ou lithium-fer-phosphate).

Trois solutions principales peuvent aider à réduire ces besoins :

• la sobriété, en limitant la taille des véhicules et des batteries, et en encourageant d’autres modes de transport que la voiture individuelle ;
• la diversification des types de batteries, pour limiter l’usage de certains métaux critiques ;
• le recyclage, pour répondre à la demande sur le long terme (après 2040), à condition d’améliorer les techniques de collecte et de traitement.