Les terres rares sont-elles un enjeu dans la production de batteries pour VE ?

L’utilisation de « terres rares » dans les batteries, fait notamment l’objet de nombreux débats mais ces « terres rares » sont-elles vraiment un enjeu pour la production de batterie demain dans le cadre des véhicules électriques et de la fin de l’ère du thermique ?

Certains pensent que leur utilisation pose problème notamment à cause de leur extraction qui bien souvent n’est pas écoresponsable, d’ailleurs les conditions d’extraction sont si polluantes que la Chine détient près de 80 % du marché mondial. De plus leur raffinage est extrêmement polluant. Il rejette des déchets toxiques, voire radioactifs.

Découvrons ensemble ce que sont les terres rares et quels impacts dans la mobilité de demain 

Qu’est-ce que sont les terres rares :

Commençons par une brève définition des “terres rares”. Ce nom de « terres rares » vient du fait qu’on les a découvertes à la fin du 18e siècle dans des minerais (d’où le nom de « terres »), peu courants en ces temps-là et difficiles à séparer les uns des autres avec les techniques utilisées à l’époque.

Les terres rares ne désigne pas des terres mais en réalité 17 métaux que sont : le scandium, l’yttrium, et les quinze lanthanides (Lanthane, Cérium, Praséodyme, Néodyme, Prométhium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, et Lutécium).

Contrairement à leur à son nom de « terres rares », ces métaux plutôt abondants au niveau de la croûte terrestre reste en faible concentration dans les minerais, c’est notamment le cas des lanthane, néodyme, cérium qui représentent 90% de la production de terres rares dans le monde. Les plus utilisés sont le cérium (40,2 % des terres rares consommées), le lanthane (27,8 %) et le néodyme (17,6 %).

Contrairement à ce que leur nom pourrait laisser penser, l’abondance des terres rares dans l’écorce terrestre est bien plus grande que celle de nombreux autres métaux d’usage courant : leur concentration est trois fois plus importante que celle du cuivre et deux fois plus que celle du zinc, deux métaux pourtant très utilisés dans l’industrie et présents dans de nombreux biens d’usage courant.

Les terres rares sont par exemple 200 fois plus abondantes sur terre que l’or ou le platine.

En d‘autres termes, les réserves exploitables de terres rares sont bien moins critiques que celles de nombreux autres métaux stratégiques.  A noter que  certains autres métaux comme le lithium et le cobalt utilisés dans les batteries lithium-ion ne sont pas des terres rares.

Où trouver ces terres ?

En réalité, ce qui les rend rares, c’est la répartition très localisée des gisements exploitables économiquement puisque le quasi-monopole actuel concerne la Chine pour leur extraction et leur transformation. En effet, la Chine détient environ 90 % de la production mondiale de terres rares.

Historiquement les premières exploitations de terres rares dans les années 1940 étaient situées au Brésil et en Inde.

Après la découverte dans les années 1950 de gisements importants en Afrique du Sud, ce pays a été le principal producteur jusqu’au début des années 1970 quand de nouvelles mines se sont ouvertes aux Etats-Unis (gisement de Mountain Pass) et en Australie notamment.

Puis, dans les années 1980, la Chine a commencé à produire des terres rares, et pratiqué un dumping des prix qui a finalement conduit à la fermeture, pour manque de rentabilité, des principales autres exploitations mondiales.

Au début des années 2000 la Chine disposaient d’un quasi-monopole de la production avec une part de marché de près de 90 %. Puis ils ont décidé de réduire leurs quotas d’exportation ce qui a provoqué une remontée des prix et l’ouverture ou la réouverture de nouvelles mines dans le monde, aux Etats-Unis (Californie), en Australie, en Suède, au Brésil, au Vietnam, en Russie …

Vers les années 2017-2018, un des plus riches gisements de la planète, celui de Gakara au Burundi est entré en exploitation.

La Chine, bien que toujours premier producteur mondial de terres rares

Elle ne détient pas la majorité des réserves : seulement 30 à 40 % d’entre elles selon les estimations. Le Brésil (avec des réserves estimées à 22 millions de tonnes, soit plus de la moitié de celles de la Chine), l’Inde, les Etats-Unis, le Canada, le Groenland, la Russie, l’Australie, l’Afrique du Sud, le Vietnam, la Thaïlande et plusieurs pays en Afrique de l’Est, notamment, disposent d’importants gisements.

En 2018, l’Institut d’études géologiques des Etats-Unis (USGS) estimait que les réserves mondiales d’oxydes de terres rares s’élevaient à 130 millions de tonnes pour une production annuelle, cette année-là, de 170.000 tonnes.

En résumé, les terres rares ne sont pas du tout rares, les réserves mondiales sont importantes, bien réparties dans les 5 continents et aucune pénurie n’est à craindre avant très longtemps.

Si la Chine détient une part majoritaire de la production c’est uniquement parce qu’elle pratiquait un dumping des prix. Mais la croissance de la demande a amorcé un renversement de la tendance et de nombreuses nouvelles mines s’ouvrent aux 4 coins de la planète.

L’utilisation des terres rares :

Les terres rares sont principalement utilisées dans les applications suivantes :

• Aimants permanents (utilisés pour réduire le volume et le poids des moteurs et générateurs électriques) ;
• Catalyse (pots catalytiques des voitures, craquage pétrolier…) ;
• Polissage du verre (notamment pour les écrans) ;
• Certaines batteries ;
• Certains alliages métallurgiques ;
• Industries du verre et des céramiques (coloration, décoloration…) ;
• Luminophores (lampes, écrans…) ;
• Lasers de puissance ;
• Mais aussi dans l’imagerie médicale, l’énergie nucléaire, la défense…

Si, au début de leur exploitation, les terres rares servaient à fabriquer des pierres à briquet, des alliages réfractaires et des colorants pour des objets en terre cuite, la production s’est envolée à partir des années 60 avec leur utilisation dans les tubes cathodiques des télévisions couleurs.

De nos jours…

… se sont leurs propriétés électroniques, magnétiques, catalytiques, optiques, luminescentes et mécaniques qui en font des mines « d’or » pour l’industrie technologique.

On les retrouve notamment dans les écrans plats, les lampes économiques, les LED, les lasers, les radars, les disques durs des ordinateurs, les ailettes de turboréacteurs, les pompes à chaleur et les installations de conditionnement d’air, des applications frigorifiques, certains panneaux photovoltaïques, le polissage du verre, certains types de moteurs électriques, comme catalyseurs dans le raffinage du pétrole, l’industrie pétrochimique et les pots catalytiques des véhicules à moteur thermique … en résumé, dans de très grands nombreux d’applications industrielles.

Par exemple, 26 % des terres rares utilisées dans le monde servent de catalyseurs dans l’industrie du pétrole et dans les pots catalytiques des voitures à moteur thermique.

Environ 20 à 23% servent dans fabrication d’aimants permanents pour moteurs électriques. L’intérêt des aimants à terres rares repose dans le volume et le poids nécessaires pour une performance magnétique équivalente bien inférieur à celui des aimants fabriqués avec d’autres technologies.

De plus ils permettent ainsi une miniaturisation intéressante pour les micromoteurs électriques dans l’automobile (lève-vitres, rétroviseurs, sièges réglables, …), les ordinateurs, les têtes de lecture des disques durs, etc.

Les terres rares et véhicules électriques :

15 ans en arrière, les premiers véhicules hybrides, notamment la Toyota Prius et la Honda, étaient équipés de batteries NiMH (Nickel Métal Hydrure) dont l’électrode négative (anode) était constituée d‘un alliage de lanthane-pentanickel (LaNi5).

Ces batteries des véhicules hybrides de la première génération contenaient une dizaine de kilos de lanthane, qui est bel et bien une terre rare.

Cependant, aujourd’hui cette technologie de batteries a été remplacée par la famille des batteries lithium-ion (Li-ion) aux performances bien plus élevées.

Si certains modèles de Toyota hybrides vendus en Europe font encore exception en étant toujours équipés de batteries NiMH , la toute grande majorité des véhicules hybrides et électriques sont pourvues aujourd’hui de batteries Li-ion … qui ne contiennent pas de terres rares.

Certes, elles contiennent du lithium, du cobalt et du nickel, mais comme indiqué plus haut, ces métaux ne sont pas des terres rares et ne posent pas les mêmes problèmes.

« Les terres rares n’entrent pas, ou qu’en très faibles quantités (éventuellement comme additif), dans la composition des batteries Lithium-ion (Li-ion), sodium-soufre (NaS) et plomb-acide (PbA) qui sont les plus communes. Seules les batteries nickel-hydrure métallique (NiMH)comprennent un alliage de terres rares à la cathode. Ces batteries, surtout utilisées dans les véhicules hybrides et dans les équipements électroportatifs, pour le stockage d’énergie renouvelable reste très marginale. Notamment en raison de leur coût élevé par rapport aux batteries Li-ion, dont les caractéristiques et performances sont plus adaptées à cet usage », précise l’ADEME.

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