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Pénurie de métaux - mine urbaine - recyclage - réserves mondiales.

On peut raisonnablement s’interroger sur le risque – à moyen ou à long terme – d’épuisement des métaux tant la production de biens de consommation (véhicules, réfrigérateurs, …), de produits industriels (camions, tracteurs, avions) ou d’infrastructures (ponts, immeubles, ….) s’est accélérée depuis les années 80. En effet, le mode de vie occidental, très consommateur de ressources, devient la norme des pays nouvellement développés. Cet article fait le point sur la consommation en métaux et en réserves de minerai, sur les alternatives (mine urbaine, …), sur les matériaux métalliques stratégiques et enfin sur les différents scénarios de consommation responsable.

La consommation des métaux

Les métaux sont, pour certains, utilisés par l’homme depuis plusieurs milliers d’années. L’extraction et la transformation de l’or, de l’argent, du fer ou du cuivre datent ainsi de la fin du néolithique. Le métal qui reste encore aujourd’hui le plus utilisé est le fer (et les produits en acier ou en fonte issus de la métallurgie du fer-carbone), puis le cuivre et enfin l’aluminium (en plus forte croissance). Ce n’est évidemment que depuis la révolution industrielle que leur tonnage a connu une forte croissance. Cette utilisation a connu une accélération récente avec le développement économique asiatique et de la Chine en particulier qui est devenue le premier consommateur de métaux au niveau mondial.

La hausse de la consommation des métaux

La hausse de la consommation des métaux s’explique essentiellement par deux facteurs : la croissance de la population mondiale et l’élévation du niveau de vie (PIB/habitant) qui pousse à un besoin croissant d’objets manufacturés et d’infrastructures. Les principales régions consommatrices de métaux sont l’Union européenne, les États-Unis, la Chine, le Japon et la République de Corée qui représentent à elles seules 70 % de la consommation mondiale. Le développement de la croissance chinoise a un impact très fort, depuis une quinzaine d’année, sur la consommation des métaux. On estime que pour de nombreux métaux de base, sur  plusieurs décennies, la croissance annuelle moyenne est de de 3% comme pour  le cuivre ou le fer, mais les métaux de spécialité peuvent avoir une croissance annuelle bien supérieure pouvant dépasser 6% sur la dernière décennie.

Forte croissance de l’aluminium depuis 20 ans

Certains métaux connaissent ainsi une évolution plus forte que la moyenne. C’est le cas de l’aluminium dont l’extraction de bauxite a doublé entre 2002 et 2014, soit un taux de croissance de 6,5 % par an. La croissance de la consommation de l’aluminium a été probablement la plus forte de tous les métaux majeurs, loin devant celle du cuivre, du zinc, du nickel ou du plomb.

Les réserves en minerai

Le calcul des réserves en minerai disponible est un sujet très controversé. Les chiffres très divers rencontrés dans la littérature sont dus à plusieurs inconnues majeures intrinsèques et extrinsèques : la méconnaissance des réserves réelles, la différence entre ressources et réserves, la diminution de la concentration du minerai en métal (au fur et à mesure de son exploitation), le mélange de plusieurs métaux dans un même minerai ou encore l’évolution des technologies d’exploitation. Les chiffres publiés sur les réserves en minerai sont donc très sujets à caution et peuvent varier quelquefois du simple au double selon leur source et ce que l’on veut leur faire dire.

Tout d’abord, il faut savoir que les réserves en minerai évoluent sans cesse en fonction des nouvelles explorations et découvertes. Ainsi, on estimait en 1996 les réserves de minerai de nickel à 47 millions de tonnes (soit 51 ans de production de l’époque) alors qu’en 2015 (20 ans plus tard), les réserves en minerai étaient encore évaluées à  69 millions de tonnes (32 ans de consommation). En effet, la hausse du prix des matières premières incite fortement à développer des campagnes de recherche de nouveaux gisements.

La teneur moyenne des minerais exploités est en diminution constante car ce sont généralement les filons les plus riches et proches de la surface qui ont été exploités en premier. Pour le cuivre, par exemple, au Chili, la teneur du minerai en cuivre est passée progressivement de 1,34 % en 1990 à 0,78 % en 2008 puis à 0,61 % en 2018. Cependant, les technologies d’extraction progressant et les prix d’achat augmentant, on peut encore et de manière rentable exploiter ces minerais à plus faible concentration, accroissant de ce fait les réserves exploitables.

Il existe une différence notable entre les ressources minières totales théoriques et les réserves exploitables (où le minerai est suffisamment concentré pour être extrait économiquement). Ainsi, si les réserves de nickel sont évalués à 69 millions de tonnes, les ressources seraient, quant-à-elles, de 268 millions de tonnes. Les ressources sont donc toujours plus élevées que les réserves et cela peut de plus fortement varier d’un minerai à un autre. De plus, en fonction du cours des matières premières et des évolutions technologiques, une ressource (gisement) non exploitable économiquement à un moment donné peut le devenir 20 ou 30 ans plus tard, augmentant le stock des réserves en minerai.

Signalons également le fait que les sociétés occidentales totalement  privées  de type « private equity » ou les pays à économie dirigiste et centralisée (Chine, Russie) ne publient que rarement leurs ressources et réserves ou le font avec des normes non vérifiables. Tout cela empêche d’avoir une vision objective des ressources réelles en minerai. Tout au plus, dispose-t-on d’ordre de grandeur. Les réserves sont donc très souvent revues à la hausse.

De multiples métaux combinés dans un même minerai

Les métaux sont souvent multiples au sein d’un même minerai. Ainsi, dans les mines, le plomb est souvent associé au zinc, mais aussi à de nombreux autres éléments (Fe, Cu, Cd, As, Ag, Au, …) qui sont en grande partie (sauf le fer) récupérés lors des opérations métallurgiques. Par exemple, 36 % de la production mondiale d’argent provient de mines de plomb-zinc. En moyenne, pour 1 t de plomb, la production minière donne également 2 t de zinc et 3 kg d’argent.

Le nombre d’années de réserves

Le nombre d’années de réserve en minerai dépend de la réserve connue à ce jour et de la consommation annuelle mondiale. Cette consommation augmente mais le taux de croissance de la consommation (corrélé avec le taux de croissance mondial) est incertain et les projections dépendent très fortement de ce taux. Ainsi, la consommation actuelle de minerai de fer est de 2494 millions de tonnes par an pour une réserve estimée à 173 500 millions de tonnes. Avec une croissance de 2 % par an, la réserve calculée serait de 46 ans (épuisement en 2065) alors qu’avec 3 %, elle serait de 39 ans (épuisement en 2058) et qu’enfin avec 4 %, elle tomberait à 34 ans (épuisement en 2053). Cependant, ces réserves minières, quelles qu’elles soient (50 ans, 75 ans, 100 ans ou davantage), ne sont pas infinies et vont tendre à s’épuiser inexorablement avec un coût d’exploitation plus important au fur et à mesure de la diminution de la concentration en métal du minerai exploité, augmentant le prix du métal (même si le prix du minerai n’est qu’une part du prix du métal).

L’épuisement des combustibles fossiles et le parallèle avec les métaux

Certains comparent l’épuisement des ressources en métal à l’épuisement des combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz). Colin Campbell a calculé ainsi qu’il y avait initialement un total de 2 050 à 2 390 milliards de barils (380 km³) de pétrole brut sur terre, dont entre 45 et 70 % ont été consommés. Chaque année, environ 5 milliards de tonnes de pétrole brut sont extraits. Ce chiffre est a comparer au minerai de fer extrait chaque année (1 milliard de tonnes environ, soit 5 moins que le pétrole). Et surtout, si les énergies fossiles sont entièrement consommées et brulées pour être transformées en énergie (et en CO2), la quantité de métaux raffinée grâce au minerai est « stocké » et donc conservée en grande partie sous la forme d’objets ou d’infrastructures qui pourront à plus ou moins longue échéance être recyclés (et donc retransformés en matière première métallique). On peut donc dire qu’alors que le stock de ressources fossiles est irrémédiablement perdu, ce n’est pas le cas pour les métaux.

La guerre commerciale sur l’acier et l’aluminium

Dans un passé récent, des tensions politiques sont apparues sur le marché de l’acier et l’aluminium. En effet, les Etats-Unis et l’Europe ont accusés la Chine de pratiques anti-concurrentielles et de dumping sur la vente de matières premières. On reproche à l’Empire du Milieu de « casser les prix » en subventionnant ses industries (prix de vente en dessous du prix de production) afin de faciliter les ventes et « tuer » ses concurrents occidentaux. Par le passé, les Etats-Unis avaient appliqués une taxe anti-dumping contre les importations de magnésium chinois pour préserver leurs affineurs, ce qui avait eu pour conséquence de surenchérir le prix de la matière première et de diminuer la compétitivité des fondeurs sous pression de magnésium Nord-Américain. Cela illustre bien l’importance économique et stratégique des métaux pour les états et les conséquence de taxes à l’importation appliquées par un seul pays.

Le prix des matières premières

Le prix des matières premières métalliques est dicté par la loi de l’offre et de la demande. Cependant, depuis une dizaine d’années, les matières premières sont devenues des produits spéculatifs qui attisent l’intérêt d’investisseurs, de fonds de pensions, de banques d’affaires et de fonds spéculatifs. Ainsi, les banques (JP Morgan) ou des fonds d’investissement (Blackrock) ont mis sur le marché en particulier de nouveaux instruments financiers, les ETF (« Exchange Traded Funds »), basés sur le cours et le stockage physique des métaux industriels (cuivre, aluminium, étain, plomb, nickel, zinc) détenus en stock au LME (London Metal Exchange). On constate donc des variations de prix plus importantes que par le passé.

Les technologies de recyclage

Actuellement, les métaux sont encore assez mal valorisés par le recyclage car un certain nombre d’objets contiennent des petits éléments métalliques de différentes familles (ferreux, non ferreux, métaux nobles, …). La valorisation des métaux nobles (or, argent, platine, …) est très développée au vu de l’intérêt économique de ces filières (circuits imprimés, téléphones portables, aimants, …). Pour les métaux ferreux et non ferreux, on passe souvent par le broyage puis par un tri magnétique pour isoler les matières ferreux des non ferreux. Les filières de recylage sont assez bien développées pour les artefacts de grosse taille (VHU), mais beaucoup moins pour les petits objets. De plus, le recyclage est imparfait et ne touche jamais 100 % des objets en fin de vie qui finissent en décharges (autorisées ou sauvages) en incinérateurs (petits objets métalliques) ou dans la nature (sols, océans). Le broyage, s’il est économiquement intéressant, a cependant un effet induit problématique. Il entraine de facto, un mélange de différentes nuances d’alliages (fonte avec acier, …, aluminium de première fusion avec aluminium extrudé et aluminium de seconde fusion).

Les économies liées au recyclage de l’acier et de l’aluminium

L’acier peut être recyclé pour donner un matériau de même qualité, et ce, autant de fois que voulu. Le recyclage représente d’importantes économies sur le plan de l’énergie et des matières premières. On économise ainsi plus de 1 400 kilogrammes de minerai de fer, 740 kg de coke de charbon et 120 kg de calcaire pour chaque tonne de riblons d’acier transformés en nouvel acier. De la même façon, si la production primaire de l’aluminium est fortement électro-intensive (liée à l’électrolyse), le recyclage ne consomme que 5% de l’énergie initialement nécessaire.

La déconstruction

La déconstruction, qui consiste à démonter les biens en fin de vie – ou tout du moins les pièces majeures – est plus efficace car elle permet, en théorie, de trier chaque pièce et chaque type de matière (alliage). Si le déconstructeur disposait des informations suffisantes (la nuance précise de chaque pièce) et de la technologie ad-hoc (spectromètre portatif, …), il serait en mesure de trier assez finement les différentes nuances (fonte, acier, cuivreux, aluminium) par famille afin d’alimenter en matière première bien ciblée les sites de production (fondeur, affineur). A l’heure actuelle, pour les véhicules automobiles, la déconstruction, consommatrice de main d’œuvre et onéreuse est assez peu répandue (sauf pour les pièces majeures du véhicule) au profit du broyage, facile à automatiser. Dans d’autres industries (électronique, …), pour lesquelles la valeur des métaux est bien supérieure, la déconstruction est davantage développée.

Le tri en ligne par LIBS

De nouvelles technologies de tri en ligne de métaux broyés arrivent cependant sur le marché qui pourraient permettre de trier plus finement les nuances d’alliage. Ainsi avec le LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy), le matériau à trier est déposé sur un convoyeur l’amenant sous l’analyseur, où un faisceau laser de très forte intensité est focalisé sur sa surface, créant un plasma. Ce plasma est analysé par spectrométrie optique ce qui permet de déterminer la composition atomique du matériau (taux de silicium et de magnésium) et ainsi sa nature. L’analyse ne prend que quelques secondes et ne nécessite pas de préparation d’échantillon. La pièce est ensuite éjectée et triée selon sa nature pour qu’il puisse être recyclé par la suite. Ces systèmes, encore onéreux, pourraient se multiplier à l’avenir.

La mine urbaine et le recyclage

Concept né de l’économie circulaire, on appelle « mine urbaine » la collecte et le recyclage des métaux usagés issus de la démolition d’infrastructures ou de produits de consommations arrivés en fin de vie. Le recyclage a pour objectif d’économiser le minerai et diminue de plus fortement l’apport en énergie nécessaire (pour extraire, broyer, transporter et affiner le minerai) par rapport à celle nécessaire à la production d’un métal neuf. Cependant, la quantité de métaux récupérables de la mine urbaine est limitée. Tout d’abord parce que ce taux de recyclage n’est jamais de 100 %, qu’une partie des matériaux est perdue (oxydation, usure, …) ou trop difficile à recycler (traitement de surface, dispersion, …), que le recyclage induit une perte à chaque cycle (perte au feu lors de la refusion) et qu’enfin certains métaux sont mélangés (non-functional recycling) lors du recyclage avec la perte des propriétés de base du métal d’origine.

De plus, le recyclage ne concerne que les matériaux produits 10 à 20 ans auparavant (avec donc un tonnage disponible plus faible que la demande actuelle). Ainsi, si le taux de croissance de la demande en métaux est de 2 % par an, pour une demande sur une base 100 aujourd’hui, cette dernière sera de 150 dans 20 ans. Les spécialistes estiment ainsi qu’avec une croissance continue de la demande à 2 ou 3%, le recyclage ne pourra pas répondre à la totalité des besoins et contribuera seulement à 20 % environ des approvisionnements nécessaires. Ce chiffre est évidemment très variable selon les matériaux ou les secteurs industriels. Dans une étude européenne, sur 60 métaux étudiés par des experts, moins de 20 métaux sont recyclés à plus de 50 % dans le monde. Pour 34 autres métaux, ils sont recyclés à un taux de moins de 1 % du total jeté dans les poubelles. Cependant, globalement, le taux de recyclage des métaux augmente progressivement. Il est montré que l’efficacité du recyclage dans une société dépend essentiellement de trois facteur : l’intérêt économique du recyclage (lié au prix du métal et au différentiel par rapport au coût de fabrication d’un métal neuf), la présence de technologies et d’infrastructure de recyclage adéquates et enfin la pression sociale (habitude de recyclage, incitations étatiques ou supra-étatiques).

Vers un usage pérenne des matériaux métalliques

Afin de limiter l’extraction de minerais et de préserver les réserves, plusieurs pistes peuvent être suivies. Tout d’abord, on l’a dit, on peut favoriser le recyclage et en particulier le « functional recycling » en mélangeant le moins possible les différentes nuances de métaux lors du recyclage. Cela suppose de mieux identifier les matériaux de chaque composant (banque de données des pièces, spectromètres portables, LIBS pour Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, …), de limiter le broyage au profit de la déconstruction et du tri sélectif et de développer des filières industrielles en conséquence. Ensuite, afin de limiter la consommation de métaux, il y aurait lieu d’augmenter la durée de vie des produits (montée en gamme de leur qualité) et de favoriser/garantir leur réparabilité. Enfin, pour que l’augmentation de la durée de vie des produits ne pénalise pas l’innovation, il faudrait limiter l’ « obsolescence technologique » et favoriser l’upgrade d’un produit par le changement d’une seule pièce ou l’ajout d’un capteur (et non plus le remplacement complet dudit produit). Enfin, pour les matériaux stratégiques -ou ceux dont les réserves connues sont très limitées-  il y aurait lieu d’étudier dès à présent l’utilisation de matériaux de substitution.

Les métaux stratégiques, objets de tensions possibles

L’union Européenne a recensé un certain nombre de métaux stratégiques qui pourraient faire l’objet à court terme de tension sur les prix et d’un approvisionnement difficile. Ces tensions probables ne sont pas dues forcément à leur rareté, mais à un approvisionnement assuré par un nombre très limité de pays, ce qui peut les mettre à la merci de tensions géopolitiques. Les matières premières critiques sont définies comme étant celles qui présentent un risque particulièrement élevé de pénurie d’approvisionnement dans les dix prochaines années et qui jouent un rôle particulièrement important dans la chaîne de valeur. Elles sont donc à la fois caractérisées par un risque d’approvisionnement et une importance économique élevée (nouvelle technologie, …).

Aujourd’hui, une cinquantaine de métaux sont considérés comme stratégiques (lithium, cobalt, gallium, tungstène, platine, magnésium, palladium, … ainsi que les terres rares). Les métaux stratégiques sont caractérisés par quatre critères (quantitatifs, techniques, économiques et critiques). Tout d’abord, les volumes de production des métaux stratégiques sont faibles comparés à ceux des métaux dits majeurs (acier, cuivre, …) et quelquefois produits par un nombre limités de pays. Ensuite, les métaux stratégiques (à l’exception des terres rares) sont essentiellement des sous-produits de l’industrie métallurgique, obtenus grâce à des techniques de pointe. A l’échelle de la planète, les cours des métaux stratégiques, généralement très élevés, peuvent connaître d’importantes fluctuations entraînant des crises et des pénuries. Enfin, leur importance est critique car les métaux stratégiques sont en effet indispensables à l’industrie et au high tech.

C’est le cas notamment des terres rares (scandium, yttrium, lanthane, cerium, praseodyme, neodyme, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium et lutetium) dont plus de 95 % de la production est assurée par la Chine. De la même manière, le magnésium transformé en fonderie est produit majoritairement (> 90 %) par l’empire du milieu. Le lithium (au cœur des batteries des véhicules électriques actuels) provient, quant-à-lui, majoritairement du Chili.

Du minerai concentré dans certains pays

Au-delà des métaux stratégiques, on constate que certains pays concentrent une très forte proportion des réserves mondiales. C’est le cas de la Guinée qui posséderait 30 % des réserves de bauxite ou du Chili avec un quart des réserves de cuivre. De plus, il faut savoir que tout le minerai n’est pas transformé en matières métalliques. Ainsi, la chromite (minerai de fer), si elle est majoritairement valorisée en chrome (90 %) pour la sidérurgie trouve aussi des applications en chimie (5 %), en fonderie (2 %) avec les sables de chromite ou dans les réfractaire (1 %) et d’autres applications diverses.

Le découplage taux de croissance / consommation des ressources

Si jusqu’à présent, le taux de croissance d’un pays était très fortement corrélé avec la fabrication de biens matériels et nécessitait des quantités croissantes de matériaux (et d’énergie), avec la digitalisation croissante et des économies davantage tournées vers les services, certains économistes prédisent dans l’avenir un découplage entre taux de croissance et consommation des ressources (énergie, métaux, …). Si cette théorie s’avère exacte, cela pourrait ralentir la consommation de métaux.

L’exploitation des nodules polymétalliques sous-marins

Les nodules polymétalliques sous-marins, incomplètement ou entièrement enterrés sur le fond marin (à 4000 à 6000 mètres de fond) constituent également une ressource potentielle très intéressante de minerai estimée à 500 milliards de tonnes. De taille réduite (entre 5 et 10 cm en moyenne), de forme plate ou ovoïde, ils sont constitués de minerais de composition chimique variable. Les nodules de plus grand intérêt économique contiennent du manganèse (27-30 %), du nickel (1,25-1,5 %), du cuivre (1-1,4 %), du cobalt (0,2-0,25 %), du fer (6 %), du silicium (5 %) et de l’aluminium (3 %). Les réserves sont estimées à 2,3 milliards de tonnes de manganèse contenu. Leur exploitation n’est pas actuellement pas rentable et pourrait avoir un impact environnemental sur le milieu marin (à mieux évaluer en cas d’exploitation industrielle).

L’exploitation des astéroïdes dans un lointain futur

On dénombre plus de 500 000 astéroïdes dans le système solaire, principalement dans la ceinture d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter. Parmi eux, les astéroïdes de type M (comme Métalliques) sont principalement composés de fer-nickel, mais ils peuvent contenir également du cobalt, et d’autres métaux précieux en énormes quantités. Les astéroïdes sont en général poreux (car résultants de l’agrégation de matière sous une faible gravité) et ont une géométrie non régulière (patatoïde). Seuls 200 d’entre eux ont une taille supérieure à 100 km. Un astéroïde d’un kilomètre de diamètre avec une teneur en nickel de 15 % aurait une valeur marchande plus de 30 milliards d’Euros et assurerait à lui seul les 2/3 de la consommation annuelle mondiale en nickel. Sur les 500 000 astéroïdes répertoriés actuellement, si on estime que seuls 5 % seraient commercialement exploitables (teneur en nickel ou minerais suffisant, distance proche, taille minimum, …), on arrive à 25 000 astéroïdes et à un chiffre d’affaires potentiel de 200 000 milliards de dollars (sur la base de 8 milliards / astéroïde) et l’accès à une quantité énorme de matière pour l’humanité.

Le coût d’un tel projet est sans doute colossal car il faut développer les technologies spatiales ad-hoc (moyens d’identification de la teneur en minerai des astéroïdes, navettes de transports, exploitation minière spatiale, transport des astéroïdes en proche banlieue terrestre, …). Les sommes à dépenser en R&D et en développement de technologies se comptent vraisemblablement en centaines de milliards. Mais l’objectif n’est pas complètement irréaliste, les technologies pourraient être développées d’ici 20 à 30 ans et le besoin du marché sera sans doute réel dans le futur. Des start-up nord-américaines (Deep Space industries , Planetary Ressources, Spire Global) se sont d’ailleurs lancés dans l’aventure pour des projets à très long terme, avec … plus ou moins de succès à l’heure actuelle.

Les hypothèses d’un retour à la stabilité vers la fin du siècle

Après quelques siècles de croissance très importante, certains économistes (Tomas Picketty, …) prédisent une quasi-stagnation de l’économie mondiale à l’horizon de la fin du siècle avec une stabilisation de la population mondiale (vers 10 milliards d’individus) et un retour à une très faible croissance du PIB/habitant (< 0,5 %/an). Cette stabilisation devrait limiter le besoin en matériaux métalliques.

Conclusions

Il ne semble pas qu’il y ait, à court terme (20-30 ans), de risque de pénurie de matières premières métalliques au niveau mondial. Des tensions peuvent cependant se manifester sur certains matériaux stratégiques et induire une hausse des prix ou une faible disponibilité provisoire nécessitant des matériaux de substitution. Sur le moyen ou le long terme (50 – 100 ans), le modèle de consommation effrénée de l’humanité devra cependant évoluer pour aller vers un usage plus pérenne des matières métalliques avec un risque réel d’épuisement de certains métaux. On peut également penser, dans le prolongement de la tendance actuelle, que la quantité de métaux extraits de la mine urbaine (recyclage) prendra peu à peu le pas sur l’extraction de minerai. Avec une hypothèse d’un taux de croissance mondiale quasiment nul à l’horizon de la fin du siècle, le recyclage permettrait alors en théorie de répondre à une partie très importante des besoins en matériaux métalliques. A long ou très long terme, et sous réserve d’un coût d’exploitation raisonnable, les nodules polymétalliques et surtout les énormes réserves métalliques des astéroïdes pourraient devenir accessibles également.