Yuanzhi Tang, Georgia Institute of Technology et Scott McWhorter, Georgia Institute of Technology
Chaque fois que vous utilisez votre téléphone, que vous ouvrez votre ordinateur ou que vous écoutez votre musique préférée sur des AirPods, vous vous appuyez sur des minéraux critiques.
Ces matériaux sont les minuscules blocs de construction qui alimentent la vie moderne. Du lithium, du cobalt, du nickel et du graphite dans les batteries au gallium dans les systèmes de télécommunication qui permettent une connectivité constante, les minéraux critiques agissent comme les vitamines essentielles de la technologie moderne : petits en volume mais vitaux pour fonctionner.
Pour autant, les États-Unis dépendent fortement des importations pour la plupart des matériaux critiques. En 2024, les États-Unis ont importé 80 % des éléments terrestres rares qu’ils utilisaient, 100 % du gallium et du graphite naturel, et 48 % à 76 % du lithium, du nickel et du cobalt, pour n’en citer que quelques-uns.
La hausse de la demande mondiale, la forte dépendance à l’égard des importations et les tensions géopolitiques croissantes ont fait de l’approvisionnement en minéraux critiques un une préoccupation croissante en matière de sécurité nationale – et l’un des défis de la chaîne d’approvisionnement les plus urgents de notre époque.
Cela soulève une question : Les États-Unis pourraient-ils extraire et traiter davantage de minerais essentiels sur leur territoire ?
En tant que géochimiste qui dirige le Center for Critical Mineral Solutions de Georgia Tech et en tant que ingénieur axé sur l’innovation énergétique, nous avons exploré les options et les obstacles à la production de minerais critiques aux États-Unis.
La production de minerais critiques aux États-Unis est un défi majeur.
Qu’est-ce qui empêche la production nationale de minéraux critiques ?
Examinons les éléments des terres rares.
Ces éléments sont essentiels à la technologie moderne, aux véhicules électriques, aux systèmes d’énergie et aux applications militaires. Par exemple, le néodyme est essentiel à la fabrication des aimants puissants utilisés dans les disques durs des ordinateurs, les lasers et les éoliennes. Le gadolinium est essentiel pour les appareils d’IRM, tandis que le samarium et le cérium jouent un rôle clé dans les réacteurs nucléaires et les systèmes énergétiques tels que l’énergie solaire et éolienne.
Malgré leur nom, les éléments des terres rares ne sont en réalité pas rares. Leurs concentrations dans la croûte terrestre sont comparables à celles de métaux plus couramment exploités tels que le zinc et le cuivre.
Cependant, les éléments des terres rares ne se présentent pas souvent sous des formes minérales facilement accessibles et économiquement viables ou sous forme de gisements à haute teneur. Par conséquent, il est essentiel d’identifier les ressources ayant une concentration suffisamment élevée et un volume important pour permettre leur production économique.
Les États-Unis ne disposent actuellement que de deux sites d’exploitation minière de terres rares au niveau national, à savoir la Géorgie et la Californie : Dans le sud-est de la Géorgie, les terres rares sont produites en tant que sous-produit de l’extraction de sable de minéraux lourds, mais les concentrés de terres rares produits sont expédiés hors de l’État puis à l’étranger pour être raffinés en matériaux utilisés dans les technologies d’énergie renouvelable et les aimants permanents.
L’autre site se trouve à Mountain Pass, en Californie, où l’extraction en roche dure permet d’extraire un minéral carbonate de terres rares appelé bastnaesite. Là encore, une grande partie de la matière est envoyée à l’étranger pour y être raffinée. Par conséquent, l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement – de l’exploitation minière à l’utilisation finale dans les produits – s’étend sur plusieurs continents.
Pour répondre à la demande américaine d’éléments de terres rares et d’autres minéraux essentiels à partir d’opérations menées aux États-Unis, il ne suffira pas d’ouvrir de nouvelles mines. Historiquement, la transformation a eu lieu en grande partie à l’étranger en raison des impacts environnementaux, de la demande d’énergie et des contraintes réglementaires.
Le potentiel, mais le long chemin, vers de nouvelles mines
Les investissements dans les activités d’exploration pour les minéraux critiques augmentent rapidement à travers les États membres. En 2017, l’U.S. Geological Survey a lancé l’initiative Earth Mapping Resources – connue sous le nom de Earth MRI – afin d’identifier les sources potentielles de minéraux essentiels dans le pays.
Certaines régions qui semblent prometteuses pour les éléments de terre rare présentent beaucoup d’altération chimique, c’est-à-dire que les roches contenant des éléments de terre rare sont décomposées en réagissant avec l’eau et l’air. Des travaux d’exploration sont en cours sur plusieurs de ces sites, notamment dans des localités du Wyoming et du Montana.
Identifier une ressource n’équivaut toutefois pas à la produire.
L’exploitation minière traditionnelle peut prendre une ou deux décennies entre l’exploration et la production et jusqu’à 29 ans aux États-Unis, le deuxième délai le plus long au monde. Bien que ce délai puisse être modifié par l’administration actuelle, les entreprises peuvent encore être confrontées à des incertitudes majeures liées à l’obtention de permis, au développement des infrastructures et, dans certains endroits, à l’opposition de la communauté. La gestion des impacts environnementaux, tels que la pollution de l’air et de l’eau et la consommation élevée d’eau et d’énergie, peut encore augmenter les coûts et allonger les délais des projets.
Étant donné que les projets d’exploration mentionnés ci-dessus sont encore à un stade précoce, les États-Unis ont besoin d’efforts supplémentaires et parallèles pour améliorer la qualité de l’environnement.L’un des moyens les plus rapides d’augmenter la production de terres rares aux États-Unis pourrait ne pas nécessiter de creuser de nouveaux trous dans le sol, mais plutôt de revenir à d’anciens.
La région de la côte atlantique se distingue sur la carte Earth MRI comme une zone particulièrement prometteuse. La Géorgie possède des gisements de sable minéral riches en titane, zirconium et terres rares. Le titane et le zirconium – tous deux utilisés dans l’aérospatiale, l’énergie et les applications médicales – sont déjà exploités en Floride et en Géorgie. Dans le sud-est de la Géorgie, les éléments de terres rares trouvés dans ces sables minéraux lourds sont déjà récupérés sous forme de concentrés de terres rares.
Le kaolin, une argile blanche utilisée dans le papier, la peinture et la porcelaine, est exploité en Géorgie depuis plus d’un siècle et peut également contenir des éléments de terres rares. La Géorgie produit plus de 8 millions de tonnes de kaolin par an, ce qui en fait le premier producteur américain et un grand exportateur. Cette production s’accompagne également de millions de tonnes de résidus d’extraction et de traitement, ou de ce que l’on appelle les résidus miniers.
De récentes études de recherche suggèrent qu’il existe un potentiel important d’extraction des éléments terrestres rares dans les résidus.
Les résidus sont déjà exploités et se trouvent à la surface. Il n’est pas nécessaire de procéder à des forages ou à des explosions. Les innovations technologiques, telles que la biolixation, l’extraction et la séparation par ligands et la séparation électrochimique, rendent aujourd’hui possible l’exploitation de ces déchets hérités du passé. De nouvelles installations de traitement pourraient être construites à proximité d’exploitations existantes de kaolin ou de sable de minéraux lourds ou d’anciens sites miniers, ce qui permettrait de commercialiser les matériaux en quelques années plutôt qu’en plusieurs décennies.
L’avenir de l’exploitation des déchets
Cette approche fait partie d’une stratégie plus large appelée « exploitation des déchets », « exploitation urbaine » ou « exploitation du cycle anthropique ».
Elle implique la récupération de minéraux essentiels à partir de flux de déchets existants tels que les résidus miniers, les cendres de charbon et les sous-produits industriels. Cela fait également partie de la construction d’une économie circulaire, où les matériaux sont réutilisés et recyclés plutôt que jetés.
Les États-Unis ont le potentiel de catalyser de nouvelles chaînes d’approvisionnement nationales pour les matériaux essentiels à la sécurité nationale et à la technologie. L’extraction et le recyclage des déchets sont des éléments essentiels pour assurer la durabilité à long terme de ces chaînes d’approvisionnement.
Yuanzhi Tang, Professor of Biogeochemistry, Georgia Institute of Technology and Scott McWhorter, Distinguished Fellow in the Strategic Energy Institute, Georgia Institute of Technology
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’ article original.
