Lithium, cobalt, cuivre… La sortie des énergies fossiles implique de mobiliser des ressources minérales dont certaines sont critiques. Mais avec quel impact écologique ? Et les réserves seront-elles suffisantes ?
La lutte contre le changement climatique impose l’arrêt de l’usage des énergies fossiles, responsable de 60 % des émissions de gaz à effet de serre mondiales. Pour se passer du pétrole, du charbon et du gaz, le recours massif aux énergies renouvelables, surtout solaires et éoliennes, et aux véhicules électriques est incontournable, ce qui va impliquer une mobilisation de ressources minérales.
Beaucoup estiment dès lors que nous serions voués à choisir entre deux tragédies : les impacts du réchauffement climatique ou ceux de l’extraction des matières premières nécessaires au monde bas carbone de demain. Le débat, en réalité, ne se pose pas en ces termes.
Pour bien comprendre les enjeux, il convient d’abord de rappeler la quantité de matières (sables, minerais métalliques, pétrole, charbon, bois…) consommées par l’économie mondiale : de l’ordre de 100 milliards de tonnes par an, dont seulement 7 à 8 % sont recyclées.
Cette demande mondiale de matières ne fait qu’augmenter année après année. Ainsi, en 1972, année de parution du fameux rapport sur les limites de la croissance infinie dans un monde fini commandé par le Club de Rome, nous n’avions consommé « que » 28 milliards de tonnes. En cinquante ans, ce chiffre a donc été multiplié par plus de trois, avec une croissance parfois supérieure à celle de la croissance du produit intérieur brut (PIB).
Pour l’acier, la consommation a été multipliée par 3, par près de 7 pour le ciment, par 6 pour l’aluminium et plus de 10 pour le plastique. Ceci alors que la population mondiale a doublé et que le PIB a quintuplé sur la même période, indique un rapport de l’Agence internationale de l’énergie (AIE).
Sur un total de 100 milliards de tonnes annuelles de matières prélevées, la moitié sert à la construction, dont la fabrication de ciment (sables, roches…). Viennent ensuite l’alimentation et le textile, pour 25 milliards de tonnes, puis les énergies fossiles, pour 15 milliards de tonnes. Enfin, 10 milliards de tonnes de minerais sont prélevées chaque année qui permettent la production de 2,8 milliards de tonnes de métal.
Pour mener à bien la transition énergétique, les matériaux les plus sensibles sont les métaux. Dans cette catégorie, il convient de faire la distinction entre l’acier, qui est le métal le plus produit et de très loin (de l’ordre de 2 milliards de tonnes), les métaux industriels (aluminium, chrome, manganèse, cuivre, etc., pour environ 200 millions de tonnes) et les métaux précieux et « technologiques » (platinoïdes, lithium, métaux du groupe des terres rares, etc., produits à hauteur de 1,4 million de tonnes).
Tous les métaux que nous avons extraits
Production mondiale de métal en 2021, en tonnes
Source : USGS 2022, Visual Capitalist
Le secteur de l’énergie représente de l’ordre de 15 % du bilan global matières de l’économie mondiale au titre de la consommation des énergies fossiles. A cela doit s’ajouter la biomasse énergétique (la combustion de bois, essentiellement), ainsi qu’une partie des minerais et des matériaux de construction nécessaires aux infrastructures énergétiques.
Métaux critiques
Au final, l’AIE estime à 25 milliards de tonnes le bilan matière annuel du système énergétique global en incluant les métaux et le ciment indispensables à ces infrastructures. Sur ce total, le réseau, les énergies renouvelables et les batteries pour les véhicules électriques consomment, toujours selon l’AIE, de l’ordre de 7 millions de tonnes de matières minérales estimées « critiques » (cuivre, nickel, cobalt, lithium et terres rares) et assurent de l’ordre de 15 % de la production d’énergie globale avec des quantités négligeables d’acier et de ciment en comparaison avec les besoins du secteur (la production d’électricité toutes sources confondues représente entre 2 et 3 % de la consommation mondiale de ciment et d’acier).
Le caractère « critique » d’un métal va bien au-delà de sa disponibilité ou des réserves. C’est une notion plus complexe. Elle renvoie à deux dimensions : la première est liée au risque d’approvisionnement (risques géologiques, techniques, géographiques, économiques, géopolitiques) et l’autre à l’importance économique du matériau qui reflète une vulnérabilité à une éventuelle pénurie.
Le caractère géopolitique associé à la notion de « métal critique » dépend bien sûr de la localisation des pays disposant sur leur territoire des ressources minérales, mais aussi de leur capacité de production et de transformation, car du minerai au métal, la route peut être longue. Ainsi, la Chine ne possède que 35 % des réserves de terres rares, mais assure 90 % de la production mondiale. En effet, la production de terres rares est très polluante et a été peu à peu abandonnée, notamment aux États-Unis… avant d’y être relancée récemment.
Et il en est ainsi d’une bonne partie des métaux absolument nécessaires à la transition énergétique. Le silicium, matière première des panneaux solaires, le lithium, le cobalt ou le nickel sont majoritairement transformés en Chine avec, parfois, des situations d’ultra domination. Cette situation est également vraie pour les batteries, les panneaux solaires ou les éoliennes.
De l’énergie pour les matériaux
Il est frappant de voir à quel point le monde des mines et celui des énergies fossiles (surtout pour le pétrole et le gaz) sont séparés, alors que dans les deux cas il s’agit d’aller rechercher des ressources dans le sous-sol pour faire tourner l’économie. Il y a d’un côté les grands groupes miniers parfois actifs pour la production de charbon (BHP, Vale et Rio Tinto pour les plus connus) et de l’autre les compagnies pétro-gazières (surpermajors comme Shell, Exxon, TotalEnergies ou BP, compagnies nationales comme Saudi-Aramco, PEMEX, PVDSA, Petrobras, Petronas, CNOOC, Petrochina, compagnies indépendantes…).
Le fait que le sujet des métaux a pendant longtemps été ignoré des prospectives à long terme de l’AIE illustre bien la séparation de ces deux mondes. L’AIE a toutefois commencé à s’intéresser à la question des ressources minières avec la montée en puissance des préoccupations sur le climat, la sortie des énergies fossiles, l’électrification massive du secteur énergétique et la montée en puissance des énergies renouvelables.
Jusque-là, ce qui faisait le lien entre les deux secteurs était la question de la consommation d’énergie nécessaire à la production des matériaux. Globalement, la production de ciment, d’acier, d’aluminium, de papier et de plastique représente environ 25 % de la consommation finale d’énergie dans le monde (chiffre de 2017). Les métaux seuls comptent pour 10 % environ. En termes de rejet de gaz à effet de serre, la production de ces matériaux principaux est à la source de 18 % de émissions globales de CO2, dont 8 % pour les métaux.
Il n’y a ainsi pas de monde bas carbone sans une réduction importante des émissions du secteur des matériaux. Cela passe en particulier par une réduction de la consommation de matière. Dans le scénario bas carbone de l’AIE « Clean Technology Scénario », en ligne avec l’objectif de limiter à 2°C la hausse de la température à la fin du siècle, la consommation mondiale d’acier en 2060 est réduite de 24 %, celle de ciment de 15 %, celle d’aluminium de 17 % par rapport à un scénario au fil de l’eau.
Recycler plus
La baisse de la consommation de ces trois matériaux clés, qui réduit les besoins énergétiques pour les produire, contribue à environ 30 % de la réduction de leurs émissions en 2060. Les efforts doivent être réalisés à toutes les étapes de la vie d’un produit, « du berceau à la tombe » : lors de la conception (véhicules plus légers par exemple, recyclabilité facilitée), pendant la fabrication (limitation des pertes), durant la phase d’usage (durabilité accrue, réparabilité) et sur la fin de vie (réutilisation et recyclage).
Le recyclage des matériaux est une solution indispensable à mettre en œuvre. Ceci notamment parce que l’économie d’énergie réalisée dans l’opération en comparaison avec la production d’une matière vierge est dans la plupart des cas très importante (un gain de 95 % par exemple dans le cas de l’aluminium). Le recyclage permet aussi de limiter la ponction en matière primaire. Mais cette opération a aussi des limites.
Tout d’abord, il est plus facile à réaliser pour les métaux de base que pour des métaux plus exotiques qui sont souvent utilisés dans des alliages. Ensuite, il n’est pas toujours possible de récupérer les métaux en fin d’usage (oxyde de titane par exemple utilisé en additif alimentaire, pour les cosmétiques, ou les pigments pour faire du blanc, qui est perdu). Il y a aussi forcément des pertes de collecte. Ainsi, le recyclage des chutes de production en usine est beaucoup plus efficace que celui qui passe par la récupération dans les poubelles des objets en fin de vie. Enfin, en phase de croissance de la demande, puisqu’on ne valorise, par principe, que des consommations passées, il y a forcément un besoin accru de matière vierge.
Si le recyclage est indispensable à la protection de l’environnement (moindre consommation d’énergie, d’émissions de gaz à effet de serre et de ponction de matière première), il ne peut donc pas être l’unique solution mise en œuvre pour limiter l’impact de la consommation de matière. Une limitation de la demande est absolument nécessaire.
Ainsi, dans son scénario le plus volontariste, « Zéro émission nette » (ZEN) en 2050, compatible avec un objectif de limitation à +1,5°C de la température à la fin du siècle, l’AIE prévoit une réduction de moitié de la consommation de matières du système énergétique au cours des trente prochaines années. L’essentiel de cette baisse provient de la chute de la consommation d’énergies fossiles. Dans ce nouveau système énergétique, la biomasse représente 45 % des flux annuels de matières, les matériaux 35 % et les énergies fossiles équipés de système de capture de CO2, 20 %.
Des matériaux pour l’énergie
Malgré une baisse drastique de la demande d’énergies fossiles, le scénario ZEN de l’AIE nécessite quand même la mobilisation de matériaux. S’agissant des grandes commodités, la consommation d’acier ou de ciment liée au secteur énergétique reste stable d’ici à 2050 en comparaison des niveaux actuels, ce qui nécessite un effort pour ne pas croître. Seule celle d’aluminium augmente, en lien avec les besoins dans les réseaux de transports et de distribution d’électricité ou pour alléger le poids des automobiles.
En revanche, s’agissant des métaux dits critiques (lithium, cobalt, cuivre, terres rares et nickel), cette transition va impliquer de multiplier d’ici à 2050 leur production annuelle par 2 à 10 suivant les cas. Ces évolutions sont pour l’essentiel non pas tirées par les besoins d’énergies renouvelables, comme cela est souvent avancé, mais par l’électrification des transports (batteries) et par le développement du réseau. Dans le cas de l’évolution de la consommation de cuivre, on remarquera même que les usages liés à l’énergie sont minoritaires. Ainsi, la question des besoins en métaux nécessaires à la transition énergétique n’est pas tant celle de la nature de moyens de production d’électricité retenus dans le mix énergétique de demain, et notamment la place du nucléaire, que celle de l’usage de la voiture électrique.
Le rythme nécessaire à cette transition interroge. Est-il possible de doubler en une quinzaine d’années la production de cuivre ? Tripler celle de cobalt ? Décupler celle de lithium ? Le temps de développement d’une mine est facilement de l’ordre d’une dizaine d’années voir au-delà si la date de découverte de la mine est retenue comme point de départ. Or nous manquons de temps pour atteindre la neutralité carbone en 2050.
Dans le cas du cuivre, métal essentiel à l’électrification du système énergétique, les limites des réserves connues des matières nécessaires pourraient être atteintes relativement rapidement. Selon IFP énergies nouvelles, avec une demande tirée par les réseaux et la voiture électrique (et non pas les énergies renouvelables), jusqu’à 90 % des réserves mondiales pourraient avoir été mobilisées en 2050 pour tenir un scénario qui limite la hausse de la température à + 2°C en 2100.
Investir pour notre indépendance
Les investissements demandés sur toute la chaîne de valeur depuis l’extraction jusqu’à l’usage final sont par ailleurs colossaux, de l’ordre de plusieurs centaines de milliards de dollars par an. Une mine, c’est également des impacts environnementaux importants. Bien qu’il n’y ait pas de commune mesure entre la quantité de métal extraite et celle de combustible fossile que cette extraction permet d’éviter, et bien que le combustible soit perdu à jamais alors que le métal peut être en bonne partie recyclé, il reste qu’il y aura un impact certain sur l’environnement lié à l’extraction des métaux de la transition et qu’il faut le gérer au mieux.
Enfin, ce mouvement, qui va s’accompagner d’une modification profonde de la géopolitique de l’énergie, porte un risque. Comme dans toute transformation majeure des systèmes, il y a les gagnants et les perdants. Et dans ce grand chamboule tout, la Chine fait figure d’épouvantail. Non pas qu’elle soit hégémonique en termes de détention sur son sol des métaux critiques nécessaires à la transition énergétique. Elle est en revanche en position de force sur des maillons essentiels des chaînes de valeurs énergétiques de demain, qu’il s’agisse de la conversion des minerais en métal ou de la production des batteries, des panneaux solaires et des éoliennes.
Bien consciente de ces nouvelles contraintes et de la nécessité de gérer au mieux ses intérêts dans la nouvelle donne géopolitique du secteur de l’énergie, l’Europe vient d’adopter une série d’objectifs chiffrés pour limiter sa dépendance sur toute la chaîne de valeur des matériaux jugés critiques.
L’extraction dans l’UE doit permettre de produire au moins 10 % de sa consommation annuelle ; la transformation opérée dans l’UE doit permettre de produire au moins 40 % de sa consommation annuelle ; le recyclage effectué dans l’UE doit permettre de produire au moins 15 % de sa consommation annuelle ; enfin, pas plus de 65 % de la consommation annuelle de l’Union de chaque matière première stratégique à n’importe quel stade de transformation pertinent ne doit provenir d’un seul pays tiers.
Au final, l’affirmation selon laquelle le « zéro carbone » en 2050 serait empêché par un manque physique de métaux ne résiste pas à l’analyse et est démentie, notamment par les scénarios de l’AIE. De fait, elle relève souvent du « discours de l’inaction » climatique, qui ignore les effets violents d’un monde à plus de 1,5°C. Cependant, une absence de sobriété dans les usages, notamment pour les transports, pourrait nous conduire dans des impasses écologiques et sociales.
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