Matières premières critiques

Les 27 matières premières minérales dites « critiques », « à risque » ou encore « stratégiques », sont le cuivre, l'europium, le terbium, l'yttrium, l'antimoine, le phosphore, l'hélium, le dysprosium, le néodyme, le rhénium, l'uranium, le rhodium, le platine, l'or, le zinc, l'indium, le technétium 99, l'hélium 3, l'argent, le germanium, le béryllium, le scandium, le tritium, le tungstène, le gallium, le tantale et le niobium.

Elles sont nécessaires à un certain nombre de technologies dites « stratégiques ».

Définition

Les critères de définition varient car le manque est une notion complexe : il existe plusieurs raisons, qui, souvent, s’additionnent pour considérer une matière première (minérale ou non) comme critique.

En voici cinq :

• un plafonnement de la production : lorsqu’une matière première atteint son pic de Hubbert ;
• une baisse du nombre de gisements découverts ;
• une baisse de la production dans les plus grands gisements de la planète : ce sont les plus grands gisements qui alimentent la plus grande partie de la production d'une matière première ;
• l'inefficacité du mécanisme des prix : lorsqu'une augmentation du prix d'une matière première ne suffit à augmenter proportionnellement l'offre ;
• l'augmentation de la difficulté d'extraction : lorsque la quantité d’énergie, de temps nécessaire à l'extraction d'une même quantité est de plus en plus grande.

Enjeux

Les enjeux liés à ces ressources sont nombreux et concerne un grand nombre de personnes et d'activités humaines. Il est possible de distinguer :

• des enjeux économiques. Le prix de métaux augmente aussi avec leur rareté ou inaccessibilité, et pas seulement en fonction de la demande. Dans le cadre de la transition écologique, l'économie circulaire invite à recycler ces ressources ainsi qu'à les économiser et/ou à les remplacer par des alternatives quand cela est possible ; ce qui pourrait être grandement facilité par une généralisation du principe des écotaxe et de l'écoconception
• des enjeux géostratégiques. Ces produits rares sont d'une part nécessaire aux industries impliquées par la défense et d'autre part sources de conflits pour leur appropriation (ex Coltan en Afrique) ;
• des enjeux sociaux. Dans un contexte de mondialisation croissante, et de mobilité des individus, les télécoms et les réseaux sociaux dépendent de plus en plus de ces ressources
• des enjeux sanitaires. Plusieurs de ces métaux ou minéraux sont toxiques ou reprotoxiques. Paradoxalement, certains sont toxiques mais également utilisés comme médicaments (et alors également non recyclés bien que très coûteux ; le coût moyen d'un traitement de cancer bronchique varie entre 20 000 et 27 000 euros). Ainsi, le platine toxique et cancérigène est aussi très utilisé comme un anticancéreux sous forme de carboplatine ou encore cisplatine (qui sont cytotoxique) éventuellement utilisés avec d'autres molécules dont par exemple gemcitabine (GEM), vinorelbine (VIN), docétaxel (DOC) et paclitaxel (PAC).
• enjeux énergétiques. La production de ces métaux et de leurs composés requiert une quantité importante et croissante d'énergie, et quand ils se raréfient il faut les chercher plus profondément, plus loin et le minerai est parfois moins concentré. En 2012 ils ont nécessité de 7 à 8% de toute l'énergie consommée dans le monde
• enjeux environnementaux. Les mines dégradent l'environnement. La dispersion de minéraux et métaux toxiques non-recyclés le dégrade aussi. Par ailleurs, les aimants de moteurs électriques ou de turbines hydrauliques et de génératrices d'éoliennes, ou certains composants de panneaux solaires nécessitent d'utiliser des minéraux ou métaux rares.

Urgences

Selon l'ONU (2011, puis 2013) la demande en métaux rares dépassera rapidement de 3 à 9 fois le tonnage consommé en 2013, il est urgent et prioritaire de recycler les métaux rares (produits en quantité inférieure à 100 000 t/an) en circulation dans le monde pour économiser les ressources naturelles et l'énergie, mais cela ne suffira pas. Il faudrait limiter l'obsolescence programmée des objets en contenant, et recycler l'intégralité des éléments d'ordinateurs, de téléphones portables ou d'autres objets électroniques retrouvés dans les déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE), ce qui implique qu'on leur recherche des alternatives et qu'ils aient été écoconçus et que les consommateurs et collectivités changent de comportement en faveur d'un tri sélectif visant un recyclage quasi total des métaux. Il faut dans le même temps optimiser voire réduire la demande insistent Ernst Ulrich von Weizsäcker et Ashok Khosla, coprésidents du Panel international des ressources créé en 2007 par l'ONU (hébergé par le PNUE) pour analyser l'impact de l’utilisation des ressources sur l’environnement de 2013.

Rien qu'en Europe, environ 12 millions de tonnes de déchets métalliques ont été produits en 2012, et cette quantité tend à croître de plus de 4%/an (plus vite que les déchets municipaux). Or, moins de 20 métaux, sur les 60 étudiés par les experts du Panel étaient recyclés à plus de 50% dans le monde. Pour 34 composants, ils étaient recyclés à un taux de moins de 1% du total jeté dans les poubelles.

Selon le PNUE, même sans technologies de pointe, ce taux pourrait être fortement amélioré.

L'efficacité énergétique des modes de production et de recyclage doit aussi être développée.

Les données précises et fiables sur la localisation des gisements accessibles ou existants de métaux et minéraux rares sont très peu disponibles (lacunaires ou tenues secrètes par les producteurs ?). Selon Patrice Christmann du BRGM, le Groupe international des ressources n'a pas pu trouver plus de deux articles scientifiques détaillant ce « patrimoine naturel minéral ».

Liste

• Cuivre
  • Applications : électronique, joaillerie.
  • Ressources prouvées : 630 millions de tonnes.
  • Production annuelle : 16 millions de tonnes.
  • Réserves : 38 ans.
  • Le « métal rouge », très malléable et très bon conducteur d’électricité a permis à l’Humanité de sortir de l'age de pierre. Il n'existe plus à l'état pur depuis la préhistoire. Indispensable à nos sociétés modernes, l'Humanité en a déjà extrait 600 millions de tonnes dont 98 % après 1900.

• Europium, terbium et yttrium
  • Applications : électronique.
  • Production annuelle : 10 000 tonnes au total.
  • L'europium, le terbium et l'yttrium sont des éléments essentiels dans la fabrication des lampes LED et des écrans couleurs.

• Antimoine
  • Application : retardateur de flamme.
  • Ressources prouvées : 1,8 million de tonnes.
  • Production annuelle : 169 000 tonnes.
  • Réserves : 11 ans.
  • Dans les peintures, textiles, plastiques ; l'antimoine est partout. Une augmentation du nombre d'incendies dans le monde est inévitable lorsqu'il ne sera plus partout.

• Phosphore
  • Application : agriculture.
  • Ressources prouvées : 71 milliards de tonnes en 2012 selon l'USGS
  • Production annuelle : 191 millions de tonnes (0,19 milliards de tonnes selon l'USGS) ont été extraites en 2011)
  • Réserves : 340 ans selon l'institut Australie Institute for sustainable futures.
  • Le métabolisme cellulaire a besoin de phosphore, chez tous les êtres vivants. L'être humain en nécessite 2 grammes par jour. Quand tous les agriculteurs étaient aussi éleveurs, ils utilisaient les excréments d'animaux et d'humain comme engrais pour les plantes, lesquels nourrissaient les animaux et les humains. Aujourd'hui, une grande partie de ces excréments ne sont plus récupérés ou sont lessivés vers les cours d'eau et la mer ; imposant d'utiliser le phosphore d'excréments fossiles (guano ancien) ou issu de minerais. 6 056 kg de phosphore seraient produits chaque seconde (191 millions de t/an) ce qui pourrait conduire à un pic de production attendu vers 2030 puis à une pénurie de phosphate voire à une famine à grande échelle

• Hélium
  • Application : recherche scientifique.
  • Ressources prouvées : 4,2 milliards de m³.
  • Production annuelle : 180 millions de m³.
  • Réserve : 23 ans.
  • Si léger qu'une partie s'en échappe dans l'espace, l'élément à la température d'ébullition la plus basse est nécessaire à la recherche scientifique et aux grands programmes spatiaux.

• Dysprosium et néodyme
  • Application : aimant haute performance.
  • Production annuelle : 20 000 tonnes au total.
  • Transformer l’énergie mécanique en énergie électrique ; que ce soit dans une centrale électrique (nucléaire, hydroélectricité, charbon...) ou dans une éolienne le besoin de dysprosium et de Néodyme est énorme.

• Rhénium
  • Application : aérospatiale, avion de chasse, avion de ligne.
  • Ressources prouvée : 2,5 millions de tonnes.
  • Production annuelle : 50 tonnes.
  • Réserves : 50 ans.
  • C'est le métal le plus difficile à obtenir au monde : ce sous-produit de la molybdétine, elle-même un sous-produit de l'extraction du cuivre, est en effet indispensable : il permet aux turboréacteurs de résister aux plus hautes températures.

• Uranium
  • Application : énergie.
  • Ressources prouvées : 2,5 millions de tonnes.
  • Production annuelle : 54 000 tonnes.
  • Réserves : 46 ans.
  • Utilisé dans l'industrie nucléaire, ce minerai a un rôle géopolitique mondial. Il n'est pas une source d'énergie renouvelable et sera épuisé un jour.

• Rhodium et platine
  • Application : catalyseurs, joaillerie.
  • Ressources prouvées :
    • Platine : 30 000 tonnes.
    • Rhodium : 3 000 tonnes.
  • Production annuelle :
    • Platine : 200 tonnes.
    • Rhodium : 30 tonnes.
  • Réserves : de l'ordre de 100 ans.
  • Indispensable dans le secteur du transport, ces deux platinoïdes permettent de baisser les rejets en dioxyde de carbone des véhicules qui en rejettent et servent de catalyseur pour les voitures à hydrogène.

• Or
  • Application : électronique, joaillerie.
  • Ressources prouvées : 51 000 tonnes.
  • Production annuelle : 2 500 tonnes.
  • Réserves : 20 ans.
  • C'est le métal le plus recherché au monde. Ce métal a une valeur symbolique plus grande que sa réelle utilité. En soit, c'est une valeur fiduciaire.

• Indium
  • Application : électronique, énergie.
  • Ressources prouvées : 640 tonnes.
  • Production annuelle : 11 tonnes.
  • Réserves : 17 ans.
  • Il va falloir choisir entre écran tactile et panneaux solaires photovoltaïques ; en effet, combiné à l'étain et l'oxygène, il devient transparent et conducteur d’électricité (voir Oxyde d'indium-étain), combiné au sélénium, c'est un matériau opaque et bon collecteur de lumière.

• Zinc
  • Application : alliage.
  • Ressources prouvées : 250 millions de tonnes.
  • Production annuelle : 12 millions de tonnes.
  • Réserves : 20 ans.
  • Le zinc est mélangé aux dentifrices et est dans les plaquettes de freins alors qu'il tient un rôle capital dans l'industrie immobilière : il empêche l'acier de se corroder.

• Technétium 99 et hélium 3
  • Application : imagerie médicale, recherche scientifique, défense.
  • Ressources prouvées : nulles.
  • Production annuelle : produit artificiellement.
  • Réserves : non définies.
  • Le technétium 99 est utilisé dans le diagnostic des cancers et des maladies cardiovasculaires. Il n'est produit que par cinq réacteurs dans le monde, tous en fin de vie. Quant à l'hélium 3, la Terre n'en contient que 3,5 kg. Il est utilisé dans les bombes H. il est surtout récupéré comme produit de la désintégration du tritium, ³H.

• Argent
  • Application : électronique, joaillerie.
  • Ressources prouvées : 300 000 tonnes.
  • Production annuelle moyenne : 21 000 tonnes.
  • Réserves : 13 ans (en 2015).

• Germanium
  • Sous-produit du zinc, indispensable aux fibres optiques.

• Béryllium
  • Extraction difficile car toxique, indispensable aux réacteurs nucléaires.

• Scandium
  • Indispensable pour renforcer l'aluminium des structures qui doivent être solides mais légères comme les avions.

• Tritium
  • Application : bombes H.

• Tungstène
  • Application : métallurgie, armement. Sa grande résistance à la chaleur est utilisée pour faire les filaments des lampes à incandescence classiques et halogènes.

• Gallium
  • Améliore la performance des panneaux solaires mais difficile à recycler.

• Tantale
  • Indispensable pour faire des condensateurs miniaturisés en électronique. Métal avec une grande résistance chimique et à la chaleur.

• Niobium
  • Il donne toute sa résistance à l'acier des oléoducs.

Tableau récapitulatif

Matière première	Applications (résumé)	Réserves prouvées	Production annuelle	Réserves	Observations/ remarques
Cuivre	électronique, joaillerie	630 millions de tonnes	16 millions de tonnes	38 ans	très malléable et très bon conducteur d’électricité.
Europium, terbium et yttrium	électronique		10 000 tonnes au total		LED.
Antimoine	retardateur de flamme	1,8 million de tonnes	169 000 tonnes	11 ans	peintures, textiles, plastiques ; tous matériaux ignifugés.
Phosphore	agriculture	71 milliards de tonnes en 2012 selon l'USGS	191 millions de tonnes	340 ans	Essentiel au métabolisme de tous les êtres vivants, et capital pour la productivité de l'agriculture moderne.
Hélium	Recherche scientifique	4,2 milliards de m3	180 millions de m3	23 ans	Nécessaire à la recherche scientifique et aux grands programmes spatiaux.
Dysprosium et néodyme	Aimant haute performance		20 000 tonnes au total		Nécessaire pour transformer l’énergie mécanique en énergie électrique, dans la plupart des types de centrales électriques.
Rhénium	aérospatiale, avion de chasse, avion de ligne	2,5 millions de tonnes	49 tonnes	50 ans	C'est le métal le plus difficile à obtenir au monde ; il permet aux turboréacteurs de résister aux plus hautes températures.
Uranium	énergie, armement	2,5 millions de tonnes	54 000 tonnes	46 ans	Utilisé dans l'industrie nucléaire, ce minerai a déjà un rôle géopolitique mondial. Il n'est pas une source d'énergie renouvelable et sera épuisé un jour.
Rhodium et platine	catalyseurs, joaillerie	Pt : 30 000 tonnes. Rh : 3 000 tonnes.	Pt : 200 tonnes. Rh : 30 tonnes.	100 ans	Indispensable dans le secteur du transport, notamment pour les pots catalytiques.
Or	électronique, joaillerie	51 000 tonnes	2 500 tonnes	20 ans	C'est le métal le plus recherché au monde, avec une valeur stratégique millénaire.
Indium	électronique, énergie	640 tonnes	11 tonnes	17 ans	Indispensable aux écrans tactiles et panneaux solaires photovoltaïques.
Zinc	alliage	250 millions de tonnes	12 millions de tonnes	20 ans	Il tient un rôle capital dans l'industrie : il empêche l'acier de se corroder.
Technétium 99 et hélium 3	imagerie médicale, recherche scientifique, défense	nulles	produit artificiellement	non définies	Le technétium 99 est utilisé dans le diagnostic des cancers et des maladies cardiovasculaires. Il n'est produit que par cinq réacteurs dans le monde, tous en fin de vie. Quant à l'hélium 3, la Terre n'en contient que 3,5 kg.
Argent	électronique, joaillerie	300 000 tonnes	21 000 tonnes		L'argent est un des meilleurs conducteurs électriques connus.
Germanium	hautes technologies				Sous-produit du zinc, indispensable aux fibres optiques.
Béryllium	industrie nucléaire				Extraction difficile car toxique, indispensable aux réacteurs nucléaires.
Scandium	Aéronautique				Indispensable pour renforcer l'aluminium des structures qui doivent être solides mais légères comme les avions.
Tritium	bombes H
Tungstène	métallurgie, armement.				Sa grande résistance à la chaleur est utilisée pour faire les filaments des lampes à incandescence classiques et halogènes.
Gallium	photovoltaïque				Améliore la performance des panneaux solaires mais difficile à recycler.
Tantale	électronique				Indispensable pour faire des condensateurs miniaturisés en électronique. Métal avec une grande résistance chimique et à la chaleur.
Niobium	Industrie				Il donne toute sa résistance à l'acier des oléoducs.

Voir aussi

Articles connexes

• Ressource naturelle
• Matière première
• Ressource minérale
• Métal
• Capital naturel
• Ressource naturelle • Ressource renouvelable • Ressource non renouvelable
• Liste des matières premières stratégiques
• Recyclage
• Comité pour les métaux stratégiques
• technologies stratégiques

Bibliographie

• Philippe Bihouix et Benoît de Guillebon, Quel futur pour les métaux ? Raréfaction des métaux : un nouveau défit pour la société, EDP Sciences, 2010 (ISBN 978-2759805495).
• Boris Bellanger et Vincent Nouyrigat, « Alerte à la pénurie », Science et Vie, n^o 1136, mai 2012.
• D. Vaccari, « Phosphore : une crise imminente », Pour la Science, janvier 2010, p. 36-41.

Liens externes

• Minéralinfo, portail français des matières premières minérales primaires et secondaires non énergétiques, réalisé avec l'aide du COMES
• Defining 'critical' raw materials, sur le site de la Commission européenne