Limportance stratgique
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L importance strat gique des Terres Rares Conf rence-d bat Forum du Futur, Paris 15 mars 2012 Pr. Paul Caro Acad mie de PowerPoint PPT Presentation


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HISTOIRE DES TERRES RARESPaul Caro. Un groupe d'lments de la classification priodique. Les terres rares sont au nombre de 17 :le scandium, l'yttrium et le lanthaneles 14 lanthanides : crium, prasodyme, nodyme, promthium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbi

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L importance strat gique des Terres Rares Conf rence-d bat Forum du Futur, Paris 15 mars 2012 Pr. Paul Caro Acad mie de

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L importance strat gique des terres rares conf rence d bat forum du futur paris 15 mars 2012 pr paul caro acad mie de

Limportance stratgiquedes Terres RaresConfrence-dbatForum du Futur, Paris15 mars 2012Pr. Paul CaroAcadmie des [email protected] Patrice ChristmannDirecteur-adjoint de la [email protected]


L importance strat gique des terres rares conf rence d bat forum du futur paris 15 mars 2012 pr paul caro acad mie de

HISTOIRE DES TERRES RARES

Paul Caro


L importance strat gique des terres rares conf rence d bat forum du futur paris 15 mars 2012 pr paul caro acad mie de

Un groupe dlments de la classification priodique

  • Les terres rares sont au nombre de 17 :

  • le scandium, lyttrium et le lanthane

  • les 14 lanthanides : crium, prasodyme, nodyme, promthium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, luttium


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Des proprits chimiques identiques

  • Les terres rares ont toutes les mmes proprits chimiques, les diffrences ne peuvent provenir que de la lgre variation du rayon des ions trivalents et des changements de valence pour certaines dentre elles (Ce, Pr,Tb : valence 4, Sm, Eu, Yb : valence 2.)

  • Do un problme historique de sparation et didentification de ces lments. Les sparations se font au moyen de complexants qui possdent de lgres diffrence daffinits avec la terre rare selon son rayon dion. Le projet Manhattan a ralis la sparation des terres rares par changes dions sur rsines comme modle pour la sparation des actinides.


Les terres rares un sujet de recherche fran ais

Les terres rares, un sujet de recherche franais

  • A la fin du XIXme sicle les terres rares faisaient lobjet dune intense comptition internationale o sillustrrent en France les noms de Georges Urbain, de Lecoq de Boisbaudran et dautres. Instituant une tradition nationale sur les plans recherche et industrie qui a beaucoup perdu de sa vigueur dans les annes 1980.


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Des configurations lectroniques uniques

  • Les lanthanides possdent des configurations formes dlectrons f qui, profondment enfouies au cur de latome, conservent ltat condens les proprits des atomes libres, un cas unique parmi tous les lments.

  • On observe donc en mission et en absorption des raies fines qui peuvent tre mesures avec une trs grande prcision exprimentale.


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Un dfi pour la thorie quantique

  • Les spectres des atomes contenant un grand nombre dlectrons (atomes lourds) sont trs riches et leur explication quantitative na t possible que vers le dbut des annes 1960 par la combinaison dune formidable avance thorique permettant le calcul (lalgbre de Racah), de lapplication de la thorie des groupes continus et de lordinateur


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4fN configurations of trivalent rare earths (all)

Centre National de la Recherche Scientifique


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4fN configurations of trivalent rare earths (part)

5ESTE

Lad

Centre National de la Recherche Scientifique


Des applications uniques

Des applications uniques

  • Les atomes lectrons f permettent de raliser des applications uniques.

  • Lune des plus importantes est celle des lasers ltat solide, surtout partir du nodyme et du terbium, et notamment des lasers de puissance (pour la fusion nuclaire).

  • Les applications de la luminescence sont nombreuses (lampes, TV couleur).

  • La fabrication de puissants aimants permanents permet aujourdhui aux terres rares davoir un grand nombre dapplications dans lautomobile et les communications.


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Usages civils

Patrice christmann


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Les terres rares ne doivent pas tre considres comme un monde unique, relevant dun seul march, mais au contraire comme un ensemble dlments ayant des proprits et des marchs trs diversifis, croissant et se diversifiant au rythme de la naissance et de la mort de filires technologiques.


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Des prix spot extrmement volatiles, refltant les tensions gopolitiques et le jeu stratgique de la Chine


Principaux usages des terres rares

Principaux usages des terres rares


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Un vhicule hybride ncessite la mise en uvre de huit terres rares (adapt daprs un document Molycorp, avec laimable permission de la socit)

VITRAGE ANTI-UV

Crium

POLISSAGE DES VITRES ET MIROIRS

Crium

ADDITIFS DIESEL

Crium, lanthane

ECRAN A CRISTAUX LIQUIDES

Crium, europium, lanthane, terbium,

FEUX ARRIERE

Europium

CAPTEURS

Yttrium

BATTERIE NiMh

Crium, lanthane

MOTEUR ET GENERATEUR ELECTRIQUE HYBRIDE

Nodyme, prasodyme, dysprosium, terbium

POT CATALYTIQUE/ FILTRE ANTI-PARTICULES

Crium, lanthane

25 + MOTEURS ELECTRIQUES SECONDAIRES

Aimants au nodyme et prasodyme

VERRE DES PHARES

Nodyme


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Rpartition du tonnage de terres rares utilises dans leurs principales applications 2010 Sources: IMCOA Lynas Corp.


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REPARTITION GEOGRAPHIQUE DE LA MISE EN UVRE INDUSTRIELLE DES TERRES RARES EN 2010 Source des donnes: IMCOA, ROSKILL


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Croissance annuelle moyenne prvisionnelle 2010-2015

de la croissance de la production dapplications consommatrices de terres rares

(Sources: IMCOA, Roskill)


Pr visions offre demande en terres rares en 2016 source des donn es dudley kingsnorth imcoa 02 2012

Prvisions offre/ demande en terres rares en 2016Source des donnes: Dudley Kingsnorth, IMCOA 02/2012


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Des prix spot en $ US/ kg refltant les tensions sur le march et le jeu stratgique de la Chine (Source: ArafuraResources et Metal pages)


Les aimants permanents au nd fe b dy un enjeu strat gique

Les aimants permanents au Nd-Fe-B (+ Dy): un enjeu stratgique

  • Les aimants fritts au Nd-Fe-B (Dy) sont les aimants les plus puissants connus ce jour

  • Ils permettent un gain de place et de poids considrable par rapport aux aimants Al-Ni-Co

  • Ils permettent la production doliennes gantes (5MW et +) sans bote de vitesses (gnrateurs synchrones) permettant dexploiter les vents faibles et maintenance simplifie, idales pour linstallation en mer.

  • Enjeu stratgique considrable car ces aimants sont ncessaires de nombreuses technologies. En 2010/11, il a fallu 14 200 tonnes de ces aimants lindustrie du disque dur (source: Arnold magnetics) et 11 540 tonnes lindustrie des oliennes.


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Rductions de taille et de poids rendues possibles grce aux aimants permanents Nd-Fe-B Source: Arnold magnetics

Taille relative de laimant ncessaire pour gnrer un champ de 1000 gauss

5 mm dun ple de laimant


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Rductions de taille et de poids, simplification de la maintenance rendues possibles grce aux aimants permanents Nd-Fe-B

Source: http://www.windpowerengineering.com


Les aimants permanents au nd fe b dy un enjeu strat gique1

Les aimants permanents au Nd-Fe-B (+ Dy): un enjeu stratgique

  • Selon une tude du Department of Energy des Etats-Unis (2011) il faut, en moyenne, 600 t. daimants permanents par GW de puissance installe doliennes alternateurs synchrones, ce qui reprsente, toujours en moyenne environ 186 t de nodyme et 24 t de dysprosium par GW. En 2010, la production mondiale de dysprosium a t de 1.600 t, soit de quoi quiper chaque anne des oliennes susceptibles de produire un peu moins de 70 GW, loin des besoins en capacit de 5 900 GW lectriques quil faudrait installer dici 2035 selon World Energy Outlook 2010.

  • Il y a de nombreux usages concurrents des aimants permanents


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Usages de defense

Paul caro


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Source: Compiled from presentations by the Rare Earth Industry and Technology Association, the United States Magnet Manufacturing Association, and David Pineault, Global Rare Earth Element Review, Defense National Stockpile Center, spring 2010.


Figure 1 rare earth elements in guidance and control systems

Figure 1. Rare Earth Elements in Guidance and Control Systems


Figure 2 rare earth elements in defense electronic warfare

Figure 2. Rare Earth Elements in Defense Electronic Warfare


Figure 3 rare earth elements in targeting and weapon systems

Figure 3. Rare Earth Elements in Targeting and Weapon Systems


Figure 4 rare earth elements in electric motors

Figure 4. Rare Earth Elements in Electric Motors


Figure 5 rare earth elements and communication

Figure 5. Rare Earth Elements and Communication


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Problemes

dapprovisionnement

Patrice christmann


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La Chine na pas de ptrole, elle a des mtaux rares

Deng Xiao Ping, 1992

En 2011, la Chine a produit, selon lUSGS, 98% des terres rares mondiales. Elle a mis en place depuis de nombreuses annes des mesures tarifaires et non-tarifaires (quotas dexportation) restreignant le libre commerce des terres rares. Elle a une stratgie trs claire de matrise de laval industriel li aux terres rares.

La cration de la Socit Chinoise des Terres Rares date de 1980. Elle compte aujourdhui environ 100.000 membres

La Socit europenne des Terres rares et des Actinides comptait 700 membres en 2009.


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Le poids actuel de la Chine dans lindustrie des terres rares, et lavantage comparatif qui en rsulte, est largement la consquence de diffrences notamment culturelles considrables entre lOccident et lAsie


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Une industrie de niche, avec un aval trs important: en tonnage, la production des terres rares ne reprsente quenviron 1/10.000me de la production mondiale de mtaux. En valeur elle ne reprsente que 3% de lindustrie du cuivre. Cette industrie, o lhydromtallurgie sparative est la clef du succs, nattire pas les grands groupes miniers. Source: Tasman Metals


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La rpartition des terres rares est extrmement ingale dans les gisements (moyenne calcule partir de 30 gisements dont les ressources et ou les rserves taient publies en fvrier 2012) Le dysprosium ne reprsente que 0,8% de lensemble!


Etat de la recherche mini re hors chine en f vrier 2012

Etat de la recherche minire hors Chine en fvrier 2012

  • TechnologyMetalsResearch, un portail dinformations relatif aux terres rares, identifiait 419 projets de recherche de terres rares oprs par 258 socits dans 36 pays

  • Ceci ne comprend pas les projets financs sur fonds propres des socits minires ni les projets financs par des capitaux privs, ni les dveloppements chinois

  • 30 projets seulement, ce jour, ont publi un calcul de ressources ou de rserves.

  • Le dveloppement de mines hors Chine dpendra de la capacit de Lynas et de Molycorp a convaincre les investisseurs de la rentabilit de telles oprations


Etat de la recherche mini re hors chine en f vrier 20121

Etat de la recherche minire hors Chine en fvrier 2012

  • Au total il ne faut pas esprer plus de 4 6 mines mises en production cette dcennie!

  • Seuls les gisements riches en terres rares lourdes ont des chances dattirer les investissements ncessaires.

  • La Chine cherchera a prserver sa matrise de la filire, mais elle va avoir besoin de produire en dehors de ses frontires pour ses propres besoins

  • Mettre un nouveau gisement en production est techniquement trs complexe car il y environ 200 minraux porteurs de terres rares, mais de procds que pour 3 (monazite, bastnsite, loparite)


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LOCALISATION DES PRINCIPAUX GISEMENTS DE TERRES RARES EN COURS DE DEVELOPPEMENT HORS CHINE


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Projets les plus avancs, tris selon leurs teneurs en terres rares lourdes. Source des donnes: Tasman Metals et Technology Metals Research


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Anticipation de loffre et de la demande en terres rares lhorizon 2015 Source: ROSKILL et IMCOA


Les technologies vertes le sont elles vraiment

Les technologies vertes le sont-elles vraiment?


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La plupart des gisements de terres rares contiennent de luranium et du thorium radioactifs

associ. Ce dernier na gure de march aujourdhui, mais pourrait tre une ressource

nergtique majeure dici 20 30 ans.

BAYAN OBO, Chine


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Limpact environnemental de la production de terres rares peut tre localement

important

Selon la socit chinoise des terres rares, chaque tonne de terres rares produites Baotou est accompagne:

  • par la production de 8,5 kg de fluor

  • de 13 kg. de poussires

  • de la gnration de 9 600 12 000 mtres cubes deau acide

  • dune tonne de dchets (faiblement) radioactifs.


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La mtallurgie des terres rares ncessite une dissolution des concentrs et un processus hydromtallurgique potentiellement polluants.

  • A Baotou, ville de Mongolie Intrieure spcialise dans la sparation des terres rares, en 2006 149 Mt de rsidus de sparation (tailings) faiblement radioactifs, couvrant 11 km2 taient dj accumuls (Wu Qifan, 2010)


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Enjeux de la connaissance


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Lun des principaux obstacles franchir pour surmonter la crise actuelle est de comprendre le rle de linnovation et de lindustrie en tant que moteurs conomiques et sociaux ainsi que les enjeux liant ressources naturelles et dveloppement durable. La perte de comptences est un facteur daprofondissement de crise


Obstacles la r industrialisation

Obstacles la rindustrialisation

  • Ncessiter de rconcilier temporalits financires (parfois seulement quelques secondes > high-frequencytrading, conomiques (quelques mois car contraintes par la temporalit financire), politiques (quelques annes) et industrielles (10 20 ans dans lindustrie minrale)

  • Ncessit de baser le commerce international sur les principes du dveloppement durable pour viter le pige du nationalisme des ressources


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Quelles leons tirer de la

Situation actuelle ?

Paul caro et patrice christmann


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La culture, facteur explicatif des tensions sur les approvisionnements en minerais et mtaux de lOccident? Colbert vs. Milton Friedman?

GO (Orient): la beaut, lharmonie, comptent autant que la victoire. Une stratgie non linaire, base sur la gestion des opportunits et des liberts. Prdominance de stratgies dEtat fdrant acteurs industriels privs et Etat

ECHECS (Occident): un but, une stratgie

complexe, mais linaire. La domination par la conqute. But du jeu: dtruire ladversaire. Prdominance du paradigme de lefficacit capitalistique.


D terminants de la situation occidentale

Dterminants de la situation occidentale

  • La consommation de matires premires minrales reste largement lie la consommation des pays riches et de leur apptence pour linnovation technologique dans tous les domaines, y compris lenvironnement

  • Conformment la thorie conomique classique les productions minires et mtallurgiques, ainsi que les industries aval qui en dpendent, se dplacent vers les rgions productrices de minerais et mtaux disposant de main duvre bon march et accommodantes sur le plan environnemental.

  • Lengagement croissant et vrifiable dentreprises minires et mtallurgiques en faveur du dveloppement durable (ISO 14001, rapportage selon les lignes directrices de la global Reporting Initiative ) nest pas encore reconnu par les marchs et les rglementations, notamment occidentales


Que faut il pour produire plus de terres rares en occident

Que faut-il pour produire plus de terres rares en Occident?

  • Dvelopper des politiques industrielles long-terme

  • Mettre le dveloppement durable comme principe de base du commerce international

  • Disposer dindustries aval consommatrices de terres rares!

  • Disposer de gisements accessibles dvelopper

  • Disposer du savoir-faire mtallurgique et de formulation des produits spcifiques dont ont besoin les industries aval

  • Disposer dinvestisseurs prts investir 500 1000 M$ par ensemble mine + usine (Lynas: 635 M$) pour un march total denviron 4000 M$/an en 2010.


La querelle avec la chine

La querelle avec la Chine

  • La volont chinoise de restreindre les exportations de terres rares a fait lobjet dune plainte des Etats-Unis, de lEurope, et du Japon, le 13 Mars 2012.

  • Lhistorique et les dtails de la querelle peuvent tre trouvs dans les documents suivants :


Quelques rapports sur la question des terres rares

Quelques rapports sur la question des terres rares

  • Rare Earth Elements : The Global Supply Chain by Marc Humphries, September 6 2011, Congressional Research Service, R41347, Washington D.C.

  • Rare Earth Elements in National Defense : Background, Oversight Issues, and Options for Congress by Valerie Bailey Grasso, June 8 2011, Congressional Research Service, R41744, Washington. D.C.

  • Rare Earths and Clean Energy : Analysing Chinas Upper Hand by John Seaman, September 2010, Note de lIFRI (Institut Franais des Relations Internationales Paris). Gouvernance europenne et gopolitique de lnergie


La r action de l occident face la situation actuelle

La raction de loccident face la situation actuelle

  • Cette raction, part les plaintes, est pour le moment des plus confuses. Le Congrs amricain a tenu des auditions et la Chambre des Reprsentants a propos une loi (revitalisation des terres rares et autres matriaux critiques, vote le 29 septembre 2010, mais qui nest jamais arrive au bout du parcours lgislatif).

  • Le Parlement anglais, le Parlement allemand et lAssemble Nationale franaise ont tenu des auditions sur le sujet mais, semble-t-il, sans consquences pratiques.


Les difficult s

Les difficults

  • Les auditions ont mis en vidence un certain nombre de difficults. Ce nest pas le manque de minerais qui peut inquiter. Cependant certains, comme la monazite, contiennent du thorium qui peut tre une source de pollution radioactive, comme cela sest produit La Rochelle.

  • Le plus inquitant est la perte du savoir faire. Des procds industriels aux Etats Unis et en France ont t vendus la Chine, dans les annes 90.

  • LUniversit forme trs peu dtudiants familiariss avec la chimie et la physique des terres rares, mme aux Etats Unis, et il faudra probablement une dizaine dannes pour former de nouveau des personnes comptentes.

  • Les terres rares, un sujet difficile, ont t victimes des modes qui ont dsquilibr la recherche et lindustrie dans certaines disciplines depuis une vingtaine dannes.


Les actions en cours

Les actions en cours

  • FRANCE: Comit pour les mtaux stratgiques cr en janvier 2010. Premires actions:

    • Mise disposition des acteurs conomiques de donnes et dinformations relatives des mtaux stratgiques (via www.brgm.fr) et au recyclage (ADEME).

    • Dveloppement en cours dun outil dauto-valuation par les entreprises des risques lis leurs approvisionnements en matires premires minrales

    • Dautres actions sont en cours didentification

  • UNION EUROPEENNE:

    • Initiative Matires Premires lance en novembre 2008 [COM(2008) 699

    • Dveloppements importants et en forte acclration: forte intensification de leffort de recherche dans le domaine de la recherche (environ 100 M de projets engags depuis)

    • Engagement de recours conjoints contre la Chine, avec dautres pays occidentaux relatifs aux restrictions au libre commerce des matires premires minrales mises en place par la Chine

    • La stratgie europenne va encore trs fortement sintensifier partir de 2014 (dans le cadre du budget 2014-2020 de la Commission Europenne) notamment dans les domaines de lutilisation co-efficentedes matires premires minrales, de la recherche et de la coopration internationale


Des sc narios de sortie de crise

Des scnarios de sortie de crise

La baisse de la tension lie la comptition pour laccs aux terres rares viendra:

  • de la mise en production de nouveaux gisements et dune bonne valorisation des ressources naturelles,

  • des progrs du recyclage,

  • dune meilleure conception des produits (mmes fonctions, moins de matires premires rares)

  • de la recherche de substitutions lusage des terres rares

    LA RECHERCHE ET LINNOVATION SONT INDISPENSABLES


Merci pour votre attention

Merci pour votre attention


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