Energy policy could curb Europe’s overconsumption of critical material supply
L'article soutient que l'Europe peut freiner sa surconsommation de matières critiques d'ici 2050 non seulement en élargissant l'offre, mais aussi en mettant en œuvre des politiques énergétiques spécifiques aux technologies qui privilégient les alternatives à faible intensité de matériaux, telles que les transmissions sans aimants, les batteries sodium-ion et l'énergie nucléaire, parallèlement à une réduction plus large de la demande.
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Le monde est en train de construire un nouveau système énergétique pour lutter contre le changement climatique, un système qui repose sur l'électricité plutôt que sur la combustion des combustibles fossiles. Cette transition nécessite une vaste quantité de matériel physique : des éoliennes, des panneaux solors, des véhicules électriques et le réseau massif de câbles nécessaires pour les connecter. Tout cet équipement est fabriqué à partir de minéraux spécifiques, tels que le cuivre, le lithium et les terres rares. Bien que ces matériaux soient essentiels pour un avenir propre, ils sont également des ressources finies. Si la demande pour ces matériaux croît trop rapidement, les chaînes d'approvisionnement mondiales pourraient se briser, laissant la transition vers l'énergie propre au point mort. La question à laquelle les décideurs politiques sont confrontés n'est pas seulement de savoir comment trouver davantage de ces matériaux, mais comment concevoir le nouveau système énergétique pour qu'il ne nécessite pas plus que ce que le monde peut fournir.
Une équipe de chercheurs de l'ETH Zurich, en Suisse, a abordé ce problème en examinant l'ensemble du système énergétique européen, des centrales électriques aux voitures sur la route. Ils ont posé une question simple : si l'Europe construit le système énergétique le plus efficace et le moins coûteux possible, consommera-t-elle plus que sa part équitable des minéraux critiques mondiaux ? Pour répondre à cela, ils ont construit un modèle informatique détaillé du futur énergétique de l'Europe, s'étendant jusqu'à l'année 2050. Ils ne se sont pas contentés d'examiner le secteur de l'énergie ; ils ont également pris en compte les matériaux utilisés dans tout ce que l'Europe achète et utilise, de l'électronique à la construction. Ils ont ensuite comparé la quantité totale de matériaux nécessaires par rapport à trois différentes idées de ce que pourrait être la « part équitable » de l'Europe dans l'approvisionnement mondial. Une idée était basée sur la taille de la population, une autre sur la richesse économique, et une troisième sur un principe qui accorde aux pays en développement une part plus importante des ressources pour les aider à se développer.
Les chercheurs ont découvert que si l'Europe suit simplement la trajectoire actuelle des choix technologiques, la réponse est un oui retentissant : le continent aurait besoin de bien plus que sa part équitable pour presque tous les matériaux critiques étudiés. Dans leur scénario standard, qui reflète les tendances actuelles du marché et les conceptions les plus rentables, la demande pour 23 des 24 matériaux qu'ils ont étudiés dépasserait l'allocation par habitant de l'Europe. Certains matériaux sont particulièrement en pénurie. Par exemple, la demande de cobalt et d'iridium consommerait plus de la moitié de l'offre mondiale totale. La demande de terres rares, utilisées pour les aimants puissants des moteurs électriques et des éoliennes, dépasserait également de loin ce qui est disponible. Cette surconsommation est largement alimentée par les types de technologies actuellement privilégiés par l'industrie, tels que les voitures électriques dotées de moteurs à aimants permanents et les éoliennes utilisant les mêmes aimants.
Cependant, l'étude ne se termine pas par un avertissement de pénuries inévitables. Les chercheurs ont testé une série de trajectoires alternatives pour voir si le changement de conception du système énergétique pouvait résoudre le problème. Ils ont découvert que des choix technologiques spécifiques et délibérés pourraient réduire considérablement le besoin de ces matériaux rares. Le levier le plus efficace qu'ils ont trouvé consiste à cesser d'utiliser des aimants permanents dans les véhicules électriques et les éoliennes. Actuellement, la plupart des voitures électriques et de nombreuses éoliennes utilisent des moteurs et des générateurs remplis d'aimants de terres rares car ils sont efficaces et puissants. Les chercheurs ont simulé un scénario où l'Europe passerait à des moteurs à induction, qui ne nécessitent pas ces terres rares. Ce seul changement a ramené la demande de terres rares à un niveau que l'Europe pourrait raisonnablement satisfaire. De même, ils ont constaté que le passage des batteries des voitures électriques des types actuels à base de lithium vers des batteries sodium-ion, qui utilisent du sel commun au lieu du lithium et du cobalt rares, soulagerait considérablement la pression sur ces matériaux.
D'autres changements ont également aidé, bien que certains comportent des compromis. Les chercheurs ont examiné le remplacement des câbles en cuivre du réseau électrique par de l'aluminium. Comme l'aluminium est beaucoup plus abondant que le cuivre, cette substitution permettrait à l'Europe de construire l'expansion nécessaire du réseau sans manquer de cuivre. Ils ont également exploré l'idée de construire nettement plus de centrales nucléaires. Comme l'énergie nucléaire nécessite très peu des minéraux critiques nécessaires pour l'éolien et le solaire, augmenter sa part réduirait la demande globale pour presque tous les matériaux de l'étude. Cependant, les auteurs ont noté que cette voie apporte ses propres défis, tels que des coûts élevés et des temps de construction longs, et augmenterait la demande d'indium, un matériau utilisé dans les panneaux solaires.
Malgré ces solutions prometteuses, les chercheurs ont identifié deux matériaux qui restent obstinément difficiles à gérer : le cuivre et le nickel. Même en combinant tous les meilleurs choix technologiques possibles, la demande pour ces deux métaux reste élevée. C'est parce qu'ils sont utilisés de manière très large dans toute l'économie, pas seulement dans l'énergie. Le cuivre est nécessaire pour tout, de l'électricité à la plomberie, et le nickel est essentiel pour l'acier inoxydable et de nombreux autres produits industriels. L'étude suggère que pour ces matériaux spécifiques, changer le système énergétique seul ne suffit pas. L'Europe devrait réduire sa consommation globale de ces métaux dans tous les secteurs de l'économie pour rester dans les limites de l'offre mondiale.
L'article remet également en question certaines hypothèses courantes sur la façon de résoudre les pénuries de matériaux. Par exemple, alors que certains ont soutenu que l'Europe devrait cesser d'utiliser des panneaux solaires à couches minces pour économiser sur les matériaux semi-conducteurs rares, les chercheurs ont constaté que cela ne ferait que très peu de différence. Ces panneaux ne représentent déjà qu'une infime fraction du marché, et les matériaux qu'ils utilisent sont relativement faciles à fournir. Au lieu de cela, l'attention devrait rester portée sur les éléments majeurs : les moteurs des voitures, les générateurs des éoliennes et les batteries de stockage. L'étude conclut qu'éviter une crise de pénurie de matériaux est possible, mais que cela nécessite plus que de construire davantage de mines. Cela exige un changement de politique pour encourager l'utilisation de technologies moins intensives en matériaux. Si l'Europe continue de suivre la tendance actuelle consistant à maximiser l'efficacité avec des matériaux rares, elle se heurtera à un mur. Mais si elle choisit de concevoir son système énergétique en tenant compte de la rareté des matériaux, elle pourra rester dans les limites de ce que le monde peut fournir.
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