18-07-2019
Par Olivier Soria Enseignant-chercheur à Kedge
Le développement rapide du digital bouscule nos sociétés. Cette transformation numérique bouleverse chaque jour nos modèles de production et de consommation et la façon dont nous nous organisons pour nous nourrir, nous déplacer, nous chauffer, nous protéger, nous informer. Une révolution qui encourage de nouvelles pratiques et offre des solutions innovantes comme pouvant accélérer la transition écologique avec le développement des Smart grids. Le Smart grids est un réseau de distribution d'électricité qui favorise la circulation d'information entre les fournisseurs et les consommateurs afin d'ajuster le flux d'électricité en temps réel et permettre une gestion plus efficace du réseau électrique.
Outre les problèmes de l'eau disponible de très bonne qualité qu'il faut pour fabriquer des composantes électroniques et des GES que créent l'activité du numérique, se pose, de manière encore plus cruciale, la nécessité de recourir à des métaux rares que l'on retrouve en partie dans la problématique géopolitique des terres rares. Ces matériaux et métaux rares sont devenus essentiels dans la transition écologique et le numérique.
Les technologies qui permettent de propulser les véhicules utiliseront toutes des métaux rares. Il y a de plus en plus de technologies embarquées. Les voitures autonomes qui arrivent bientôt sur le marché sont bourrées de radars et produisent une multitude de données numériques. Demain, la voiture sera un cocktail de technologies vertes et numériques. Même si l'on change la propulsion, il y aura toujours des caméras à l'avant et à l'arrière, des ordinateurs de bord. Derrière, les infrastructures pour traiter les données vont se multiplier, nécessitant notamment des supercalculateurs et des data centers.
Lanthane, praséodyme, néodyme, samarium, dysprosium... ces noms d'éléments chimiques sont peu connus, et pourtant, ils sont omniprésents dans les nouvelles technologies. Ils sont plus connus sous le nom de terres rares et sont au nombre de 17. Ils sont si importants qu'ils font l'objet d'une attention particulière du Comité pour les Métaux Stratégiques (COMES) créé en 2011 afin de sécuriser leur approvisionnement.
Les propriétés de ces métaux sont nombreuses. Ils produisent l'étincelle des briquets, peuvent servir de simples colorants pour verres et céramiques, et, intégrés dans nos téléviseurs, ce sont eux qui permettent l'affichage des couleurs. Plusieurs sont recherchés pour leurs propriétés magnétiques dans la fabrication d'aimants, ainsi que pour leurs propriétés semi conductrices dans les technologies du numérique. Par rapport à des aimants classiques constitués de ferrite, les terres rares permettent de produire des aimants jusqu'à dix fois plus petits pour une puissance équivalente ! Ces aimants servent ensuite, entre autres, dans les moteurs des têtes de lecture/écriture des disques durs. Autant dire qu'ils sont partout.
L'utilisation des terres rare a permis de miniaturiser les composants de nos portables tout en augmentant leur puissance de calcul, ce qui a rendu possible la création de smartphones de la puissance d'un ordinateur.
La transition énergétique est également demandeuse de terres rares. Une éolienne à aimant permanent de 3,5MW peut contenir jusqu'à 600kg de terres rares, notamment du néodyme, terbium et dysprosium, qui font partie des terres rares les plus critiques (le nom dysprosium vient du grec δυσπρόσιτος « difficile à obtenir »). En réalité, la majorité des éoliennes sont fabriquées avec des électroaimants qui eux ne nécessitent pas de terres rares. Ce sont les éoliennes offshores qui pourraient alimenter une forte demande : une éolienne à aimant permanent fabriqué avec des terres rares demande peu de maintenance, ce qui est préférable pour l'offshore afin de limiter les coûts d'exploitation.
Ces métaux sont au cœur des process digitaux, des systèmes de connectivité, des robots, des outils d'intelligence artificielle et des systèmes de défense.
Ainsi, les terres rares sont omniprésentes dans notre monde moderne. Ce sont en grande partie elles qui ont permis la révolution numérique et le développement des énergies renouvelables. Les industries produisant ces technologies en sont donc logiquement très friandes, et l'accès à ces ressources est un enjeu stratégique clef.
Dans son livre « La guerre des métaux rares. La face cachée de la transition énergétique et numérique », Guillaume Pitron présente les coulisses de la transition énergétique. Et selon lui, elle ne serait pas si durable que cela.
Pour la même production d'énergie, les technologies utilisées aujourd'hui consomment davantage de ressources que les technologies précédentes. Plus nous irons vers les technologies dites « vertes », plus nous aurons besoin de ressources. La transition énergétique veut prôner la sobriété, mais nécessite l'inverse pour être rendue possible. En clair : elle nécessite davantage de ressources et c'est un paradoxe, sauf évidemment quelques énergies renouvelable, comme la géothermie ou les fours solaire.
D'où la nécessité d'étudier dans un premier temps l'état de la production dans le monde et notre dépendance vis-à-vis de la Chine, pour voir dans un deuxième temps les alternatives possibles qui garantiraient la poursuite de cette révolution numérique.
I Etat des lieux de la production dans le monde
Si contrairement aux idées reçues les terres rares ne sont pas rares et existent ailleurs qu'en Chine, pourquoi alors tant de bruit ? La Chine ne possède en effet pas toutes les terres rares, mais elle concentre leur production, puisqu'elle produit à elle seule 85% des terres rares consommées actuellement. L'enjeu est donc à la fois géopolitique et environnemental. La Chine est aujourd'hui incontournable pour s'approvisionner en terres rares. Bien qu'il existe de nombreux gisements de terres rares dans le monde, ils ne sont pas (encore) exploités, ce qui explique la mainmise de la Chine sur ces ressources. Or, il faut environ 25 ans entre le début d'un projet de mine et le début de son exploitation. Nous sommes donc dépendants à court terme de la volonté chinoise de fournir le monde en terres rares puisque la mise en production d'autres gisements demande un temps long et incompatible avec les cycles industriels.
La Chine a aussi le quasi-monopole sur d'autres métaux rares. Elle impose des quotas et des embargos. Parce que leur extraction a un impact toxique sur l'environnement. Un peu comme les pétroles de schistes, mais en plus grave. Les terres rares rejettent au moment de leur exploitation et de leur raffinage, des métaux lourds (le mercure par exemple), de l'acide sulfurique et de l'uranium. Dans les zones d'exploitation, les mines dégagent de la radio activité, ce qui rend problématiques les systèmes industriels et les rapports avec les populations. Les Etats-Unis, par exemple, ont dû fermer la plupart de leurs mines à cause de la radioactivité. Ils essaient maintenant d'en rouvrir, mais c'est politiquement difficile.
Le résultat de cette situation est que la Chine est quasiment le seul fournisseur de terres rares, avec la Corée du Nord dont elle contrôle les mines et commercialise la production (d'où la proximité entre la Chine et la Corée du Nord). C'est aussi pourquoi l'administration Trump ménage la Corée du nord et que Trump vient de fouler pour la première fois son sol. Ils ont un challenger depuis peu, le Japon.
Il existera peut-être un jour un épuisement des réserves mondiales, mais l'enjeu à court terme est bien les relations que nous entretenons avec l'empire du milieu.
La Chine s'en est d'ailleurs servie comme levier de pression dans le cadre des tensions avec le Japon à propos des îles Senkaku/Diaoyu. Après un incident en 2010 entre un navire chinois et un navire japonais dans les eaux de ces îles, les japonais virent leur approvisionnement en terres rares coupé du jour au lendemain. Cela représenta une catastrophe pour l'industrie high tech nippone. De grands groupes français ne savaient pas ce qu'étaient les terres rares à l'époque, car ils achetaient des composants qui sont assemblés pour faire des produits finis. La chaîne logistique entre le minerai et l'industriel final comprend au moins une quinzaine d'intermédiaires. Celle-ci peut donner l'illusion d'une abondance. L'industriel est déresponsabilisé et le risque de manquer de métaux est transféré à ses fournisseurs. Mais il est tout le temps exposé en réalité.
La Chine est le premier - et quasi - seul fournisseur mondial et elle compte bien le rappeler à Donald Trump.
C'est ainsi qu'un déplacement du président chinois Xi Jinping, accompagné de son négociateur en chef Liu He, visitant ostensiblement le site de production de JL MAG Rare-Earth Co à Ganzhou (province du Jiangxi), spécialisé dans la recherche et le développement sur les matériaux magnétiques permanents des terres rares a été perçu comme un avertissement au monde, Vingt-quatre heures après que Google eut annoncé que le groupe chinois Huawei n'aurait plus accès à son système d'exploitation Android.
En mai 2019 les autorités chinoises se sont rappelées au monde occidental, notamment, vis à vis des états unis sur le fait qu'elle produisait la majeur des terres rares. La menace chinoise est à peine voilée mais elle n'a pas échappé aux industriels ni aux initiés.
1er temps, le gouvernement chinois publie l'état de ses exploitations minières et notamment des terres rares. Au passage, les autorités chinoises précisent que « mine de rien » - sans jeu de mots ! - elles assurent aujourd'hui l'essentiel de la production mondiale de ces précieux métaux. Avec le quasi contrôle de production de la Corée du Nord, les Chinois ont un monopole.
2e temps, conscients de leurs effets, ils s'étonnent que les prix mondiaux flambent (alors qu'ils en ont le maitrise). Mais, ils expliquent qu'il n'est pas dans l'intérêt de la Chine, ni de l'économie mondiale, qu'ils bloquent ce marché, compte tenu de l'explosion de la demande. En 24 heures, on a évidemment compris qu'ils en avaient les moyens.
Alors personne, absolument personne, ne prend cette menace à la légère. Même si la menace vise directement la politique de Trump de barrer la route aux produits chinois. Le dossier est explosif.
La menace est telle que la flambée des prix sur les marchés internationaux ne se calme pas et les grands clients cherchent à diversifier leurs approvisionnements. Tous les services de recherche sont mobilisés dans deux directions.
L'une de ces deux directions est entourée de la plus grande discrétion. Les industries minières et les organismes d'Etat multiplient les études de prospection et d'impact sur l'environnement En particulier dans les régions qui sont peu peuplées. Mais les risques politiques sont considérables, parce que si les populations ne supportent pas les gaz de schiste, si elles s'inquiètent du réchauffement climatique ou des dangers du nucléaire, elles rejettent en bloc tout risque d'exposition avéré à la radioactivité liée à l'exploitation des terres rares.
L'autre direction vise le recyclage. Le recyclage des produis digitaux usagés et surtout des batteries est évidemment une source d'approvisionnement mais qui ne peut pas répondre à la demande croissante de l'industrie.
La Chine a très bien compris que, sur ce dossier, elle tenait une position de force. Dès lors, quelles sont les pistes alternatives que la France et les Européens peuvent suivre ?
II Quelques pistes pour diminuer la dépendance envers la Chine et envers notre environnement
Nous sommes dans un système de gaspillage, il faut rationaliser les ressources. Nous savons recycler les métaux rares, mais cela coûte trop cher, car ils sont souvent sous forme d'alliages, des « composites », donc on ne le fait pas. On préfère les jeter lorsqu'ils sont usagés, plutôt que de payer un peu plus cher nos biens technologiques (point qui sera développer lors de la conférence, notamment la responsabilité élargie des producteurs). Aujourd'hui, nous ne recyclons que 1 % des terres rares, mais c'est bien 100 % de tous les métaux rares qu'il faut recycler. Toutefois, même si l'on recyclait l'ensemble des métaux utilisés aujourd'hui, il faudrait toujours aller en chercher plus, c'est inévitable. Nos besoins augmentent de 5 % par an, la production est multipliée par deux tous les 15 ans. Il faut également lutter contre l'obsolescence programmée, substituer les métaux énergivores et faire de l'éco-conception
Afin de pallier les problèmes d'approvisionnement et réduire sa dépendance envers la Chine, la France mise sur la recherche de substituts aux terres rares et sur le recyclage, en complément de la diversification de ses sources d'approvisionnement.
A) La mise en place de filières de recyclage
Certaines technologies arrivent à substituer les terres rares. Par exemple, le véhicule électrique : certains constructeurs comme Toyota utilisent du néodyme dans la construction de leurs modèles électriques, tandis qu'à l'inverse, Renault est parvenu à s'en affranchir pour la Zoé. C'est aussi le cas avec la création de circuit imprimé à base de molécule de champignon.
Dans le cas des technologies de l'information et de la communication (TIC) les substitutions sont difficiles voire impossibles : cela demanderait de revoir complètement les produits.
L'indépendance pour l'approvisionnement en terres rares passe donc en partie par le recyclage. C'est ainsi que très tôt, l'union européenne et la France se sont dotés d'un arsenal juridique conséquent pour obliger les industriels à recycler leur déchets électroniques mais aussi à développer toutes les formes de substitution aux métaux rare. Nous pouvons évidement citer la directives DEEE (2002/96/CE). Elle a pour objectif de favoriser le recyclage des équipements électroniques et électriques. Elle impose aux fabricants et aux importateurs d'équipements électroniques et électriques de prendre en charge les coûts de ramassage et de traitement des déchets d'équipement électriques et électroniques. Mais aussi la Directive ROHS du 27 janvier 2003 relative à la limitation de l'utilisation de certaines substances dangereuses. Mais dans la réalité seul 10% de ces déchets sont traités en France et en Europe, le reste finit dans les décharges africaines.
La difficulté dans le recyclage est donc d'isoler les terres rares des autres composants de ces appareils, cela revient à chercher une aiguille dans une botte de foin ! Il y a donc d'importants défis de R&D à relever pour permettre un recyclage économiquement rentable et respectueux de l'environnement. C'est par exemple le but du projet EXTRADE coordonné par le Bureau de Recherche Géologique et Minière (BRGM) et financé par l'Agence Nationale de la Recherche, qui vise à améliorer les techniques de recyclages des terres rares contenues dans les disques durs, les hauts parleurs des enceintes, les petits moteurs électriques des TIC et les petits appareils électroménagers. Une autre piste explorée par l'Europe est la valorisation des déchets des mines européennes pour produire des terres rares sur son territoire. Ces déchets sont nommés « stériles » car leur concentration en terres rares est trop faible pour présenter un intérêt. Le projet Enviree, financé par la Commission Européenne, a justement pour objectif la recherche de technologies permettant de les exploiter.
B) Les impacts environnementaux
Si les défis environnementaux qui accompagnent la révolution numérique ne sont pas pris en compte ou mal traités, notre empreinte écologique risque encore de s'alourdir : boom de la consommation d'énergie, hausse des émissions de gaz à effet de serre, aggravation de la pollution des sols et de l'air, épuisement des ressources non renouvelables, érosion accrue de la biodiversité ou encore gestion de plus en plus difficile de l'extraction et de la fin de vie des équipements, etc
Cependant, premier paradoxe, là où la révolution numérique nous permettrait d'accélérer la transition énergétique, le numérique produit de plus en plus de GES et de pollution. En effet, l'énergie qu'il faut pour stoker les données est colossale et connait une augmentation exponentielle. Si nous prenons le simple exemple de nos boites de courrier électronique, chaque courriel envoyé ou reçu est stocké deux fois pour être disponible à tout moment par l'utilisateur. Ces données sont stockées dans des serveurs qui fonctionnent jour et nuit utilisant toujours plus d'énergie à fur et mesure du nombre de courriel stocké. Il en est de même avec YouTube qui stocke cinq millions de vidéos par jour. De plus, il existe un gaspillage gigantesque, quand nous savons qu'il existe plus de données appartenant à des personnes mortes qu'à des personnes vivantes. Autre gaspillage, entre 55 et 95 % du trafic total de courriel est constitué des spams (comme le papier des prospectus non désirés dans nos boites aux lettres). Envoyer ces spams consomme de l'électricité, les stocker encore plus.
A l'échelle mondiale, les usages numériques dans le monde représentent 2 fois l'empreinte environnementale de la France selon Frédéric Bordage, Expert Numérique Responsable, Fondateur de GreenIT.fr. Au total, le numérique consomme 10 à 15 % de l'électricité mondiale, soit l'équivalent de 100 réacteurs nucléaires. Bien qu'il existe un arsenal réglementaire et des certifications RSE pour limiter la consommation d'énergie du numérique, cette consommation double tous les 4 ans ! (les mesures visant à limiter la consommation d'énergie sera développer dans la conférence) Dans un futur proche, Internet deviendrait ainsi la première source mondiale de pollution.
De nombreux problèmes environnementaux se posent en Chine pour l'extraction des terres rares. Des problèmes similaires se posent d'ores et déjà en Amérique latine, en particulier du fait de l'extraction du lithium, dans les sous-sols des déserts de sel boliviens, chiliens et argentins. Le lithium n'est pas considéré comme rare, mais sa production mondiale, dopée par la forte croissance du marché des voitures électriques, va exploser dans les prochaines années. La pollution concerne tous les pays producteurs, à l'image, par exemple, de la République démocratique du Congo, qui satisfait plus de la moitié des besoins de la planète en cobalt. L'extraction de cette ressource, indispensable à la fabrication de nombreux types de batteries lithium-ion utilisées dans les véhicules électriques, s'opère dans des conditions moyenâgeuses. Cent mille mineurs équipés de pelles et de pioches transpercent la terre toute l'année pour se procurer le minerai.
La part des GES produit par internet est de 2 %, soit autant que tout le transport aérien. 22 kg c'est la quantité de produit chimique nécessaire pour fabriquer un ordinateur et le plus souvent hautement toxique et non recyclable, ajouté à 240 kg de combustible et 1,5 t d'eau. Seul 10 à 20 % des déchets numériques sont recyclés dans le monde.
L'extraction de ces métaux implique des procédés chimiques nécessitant des quantités colossales d'eau et de produits chimiques et toxiques. Ces procédés rejettent des produits radioactifs ! L'exemple de la plus importante région minière spécialisée dans l'extraction des terres rares en Chine, aux environs de la ville de Baotou, est frappant. On y mesure une radioactivité plus de deux fois supérieure à celle de Tchernobyl. Les légumes ne poussent plus, le bétail meurt et les travailleurs respirent des vapeurs nocives et meurent massivement de cancer. Cet exemple est cependant à nuancer, la Chine n'étant pas réputée pour prêter la même attention au respect de l'environnement sur son sol que les pays européens. L'exploitation de mines dans des pays ayant des normes environnementales strictes permettrait donc d'atténuer fortement l'impact de l'exploitation des terres rares. C'est le défi à relever pour tendre vers une Green Tech.
Conclusion
Suite à notre démonstration, il apparait que les révolutions numériques que nous avons connues et qui continueront de se développer, reposent sur des assises fragiles qui à tout moment peuvent venir compromettre non seulement leur développement mais aussi leur existence même. Les révolutions numériques sont des colosses aux pieds d'argile et pour qu'elles perdurent, il faudra réaliser au préalable une révolution de nos modes de production qui soient protectrice de notre environnement. L'histoire nous a démontré qu'il n'y a pas de progrès technologique sans progrès social et désormais il n'y en aura pas sans progrès environnemental.
Olivier Soria