Ce sont en
effet des composants essentiels des éoliennes et des
panneaux solaires, mais aussi des dispositifs de stockage de l’énergie, en
particulier les batteries. Ces technologies n’émettent pas de gaz à effet
de serre
lorsqu’elles fonctionnent, et
leur bilan carbone
est seulement lié
à leur fabrication,
et dans une moindre mesure à leur
maintenance et à leur fin
de vie.
(Photo de couverture : Le lithium est extrait des mines de sel, ici à Colchani, en Bolivie).
L'éolien ou le solaire sont des technologies prometteuses pour
l’avenir du climat, mais elles peuvent être problématiques sous certains
aspects. Lesquels ? Leur fabrication recourt à des éléments dont l’extraction et
le traitement soulèvent
en fonction des
technologies des questions environnementales et sociales importantes
: pollution, conditions de
travail déplorables dans les gisements, santé des populations locales
détériorée...
À ce stade, il convient de distinguer parmi ces composants les « terres rares », les « minerais du conflit » et les « métaux critiques », toutes ces catégories formant un ensemble de métaux dont l’utilisation est tirée par le développement des technologies de la transition énergétique.
Les minéraux du conflit et les métaux critiques sont définis par les États. Détaillons quelques exemples. Dans la production d’énergies renouvelables, les terres rares (principalement le dysprosium, le néodyme, le praséodyme et le gadolinium) ne sont utilisées que pour les éoliennes à aimant dit « permanent » (par opposition aux électroaimants). Selon le BRGM, ces aimants représentent 20 % de l’utilisation des terres rares en tonnage et plus de 50 % en valeur. Les enjeux associés ne sont pas tant liés à la disponibilité qu’à des questions environnementales. En effet, les terres rares étant présentes en faible concentration dans la croûte terrestre, leur exploitation nécessite l’extraction et le traitement d’une grande quantité de minerai. Ces opérations mobilisent beaucoup d’eau, d’énergie et de produits chimiques, et produisent de nombreux déchets toxiques.
Les terres rares regroupent 17 métaux : le scandium,
l’yttrium et les quinze lanthanides (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium,
samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium,
lutécium). |
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Qu’en est-il des secteurs du photovoltaïque et des batteries ? Ils ne consomment pas ou peu de terres rares. Les enjeux sont de différentes natures et concernent d’autres métaux : pour le premier, le silicium, l’indium, l’argent, le sélénium et le tellure ; pour les secondes, le cobalt, le lithium et le graphite. Ainsi, le cobalt est particulièrement critique à cause d’un risque géopolitique et social élevé dans les zones d’approvisionnement, principalement en République Démocratique du Congo. Quant au lithium, les enjeux sont d’ordre économique, car 85 % des ressources sont concentrées en Argentine, au Chili et en Bolivie, et les acteurs sur le marché sont peu nombreux. La consommation d’eau nécessaire à son extraction dans les déserts de sel est également un point d’attention fort. Pour le silicium des panneaux photovoltaïques, le principal enjeu concerne les impacts environnementaux potentiels liés à son extraction et à son raffinage : consommation d’eau, rejets toxiques et risque de pollution de l’eau si le processus est mal maîtrisé.
Comment s’affranchir de ces difficultés ? D’abord, dans le photovoltaïque, plusieurs améliorations et innovations voient le jour. Citons la diminution de l’épaisseur des plaquettes de silicium qui réduit les besoins en cet élément, la suppression des cadres en aluminium, la réutilisation des matériaux, la mise au point de nouvelles cellules photovoltaïques à base de pérovskite (des cristaux de type CH3NH3PbX3), en tandem ou non avec le silicium, dotées de meilleurs rendements…
Quant aux batteries, de nouvelles technologies émergent comme celles dans lesquelles l’électrolyte liquide est remplacé par un matériau solide comme un oxyde, un sulfure ou un polymère. Moins polluantes et moins coûteuses à fabriquer, elles ont une durée de vie plus longue et une plus grande densité énergétique. Les batteries dites « à flux » (ou piles d’oxydoréduction) offrent aussi de grandes capacités de stockage, de flexibilité et une durée de vie significative, autant de caractéristiques propres à diminuer l’impact environnemental.
Un autre axe de développement pour limiter les besoins en matières premières est le recyclage. Aujourd’hui, 95 % de la masse d’une éolienne sont recyclables, fondations comprises. Ce qui reste correspond aux résines des pales et aux aimants permanents pour lesquels des technologies de recyclage émergent. Les futures pales pourront être aussi en fibres de carbone recyclables. Les volumes de déchets poussent la filière à structurer le recyclage et le développement d’aimants permanents sans terres rares notamment.
Les panneaux solaires sont, eux, recyclables à plus de 95 %, les matériaux étant
isolés et redirigés vers d’autres applications. Cependant, si des filières de
recyclage sont en place en Europe, elles font encore défaut dans d’autres
régions du monde pour limiter la pression sur les ressources et l’environnement.
Du point de vue réglementaire, des lois se mettent en place pour obliger les
industriels à maîtriser les risques environnementaux et sociaux sur toute leur
chaîne de valeur : il en va ainsi de la loi française sur le devoir de
vigilance (2017), du Modern Slavery Act (2015) au Royaume-Uni ou de la
réglementation sur la civilisation écologique en Chine. Ces cadres juridiques,
combinés aux nouvelles technologies et à un recyclage plus performant, aideront
à maîtriser et limiter l’ensemble des impacts sur l’environnement et la société
des énergies renouvelables dans le monde. Elles seront alors vraiment vertes !
Cet article a été écrit par :
Anne Prieur Vernat - ENGIE Lab Crigen
Élodie Le Cadre - ENGIE Research
