16 Recyclage des métaux critiques et terres rares

16 Recyclage des métaux critiques et terres rares Loisirs & Culture Énergie, MOBILITÉ, Numérique ENVIRONNEMENT, Habitat, SANTÉ ET BIEN-ÊTRE, Sécurité Alimentation Correspond à une technologie clé 2015 MOTS CLÉS Métaux critiques, déchets d équipements électriques et électroniques, métaux stratégiques, terres-rares, recyclage, récupération par précipitation, fonte haute-température, extraction par solvant, décrépitation à l hydrogène, biométallurgie, opérateurs de collecte, sécurité environnementale, économie circulaire Solvay photolibrary Technologies clés 2020 n 357

Définition et périmètre Définition Un métal est dit «critique» lorsqu il répond à deux critères : Il joue un rôle clé sur le plan économique (importance dans la chaîne de valeur de certains produits, poids économique des secteurs industriels consommateurs, faible substituabilité) ; Son approvisionnement peut être soumis à des tensions, voire des contrôles à l exportation. Ces caractéristiques font varier la liste des métaux critiques dans le temps et selon les zones géographiques. Pour la zone Europe, la Commission Européenne a publié en 2010 1 une liste de quatorze métaux qualifiés de «stratégiques», qui inclut l antimoine, l indium, le béryllium, le magnésium, le cobalt, le niobium, le fluor, les platinoïdes, le gallium, le germanium, le tantale, le graphite, le tungstène et enfin un ensemble de dix-sept éléments chimiques dits «terres rares» 2, produits par la Chine à hauteur de 98 %. Applications Les métaux critiques entrent tous dans la composition de produits de haute technologie, en premier lieu dans le domaine des TIC 3 : circuits intégrés, infrarouge militaire, batteries, transistors, retardateurs de flammes, écrans tactiles, condensateurs, etc. Certains d entre eux sont également utilisés dans les domaines de la métallurgie (indium, magnésium, graphite, titane, etc.) pour des applications automobile et aéronautique, de l optique (germanium) voire de la médecine pour l antimoine et le gallium. Ils sont aussi très présents dans les applications énergie et transport (dysprosium, lithium, néodyme, palladium, platine, etc.). L enjeu du recyclage Le taux de recyclage de ces métaux a été évalué dans un rapport du Programme des Nations-Unies pour l Environnement publié en 2011 4. Parmi les 60 maté- 1 Commission Européenne, 2010 : Critical Raw Materials for the EU, actualisée en 2014 2 Ces éléments sont le scandium, l yttrium, et les 14 lanthanides stables : lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium et lutétium 3 Technologies de l information et de la communication 4 PNUE, 2011 : Recycling Rates of Metals riaux étudiés au total, seuls dix-huit avaient un taux de recyclage supérieur à 50 %. Cette situation s explique par leur dispersion dans une grande diversité de produits, au sein desquels ils ne sont présents qu en très faible quantité. Stratégiques pour l économie mais difficilement valorisables en fin de vie, leur recyclage constitue ainsi un enjeu de premier plan. Les technologies actuelles Elles varient selon les types de déchets et/ou métaux traités. Certaines d entre elles ont déjà été développées à l échelle industrielle. Elles incluent par exemple des procédés de recyclage par attaque chimique et récupération par précipitation pour les poudres luminophores. Les éléments contenus dans les batteries peuvent également être récupérés grâce à une fonte à haute température et des procédés d hydro-pyrométallurgie. D autres sont encore exploratoires. Des techniques d extraction par solvant sont étudiées pour le recyclage des tubes cathodiques. Pour les aimants permanents, les recherches portent notamment sur l extraction en phase gazeuse et le retraitement après décrépitation à l hydrogène. Pour les cartes électroniques, elles portent sur des procédés d attaque d eau supercritique. La biométallurgie 5 s inscrit également au sein des programmes de R&D de certains industriels. Pourquoi cette technologie est-elle clé? Le recyclage des métaux critiques constitue pour la France et l ensemble des pays importateurs un sujet de sécurité d approvisionnement. Le développement de ces technologies constitue l opportunité de réduire leur dépendance vis-à-vis des pays exportateurs et de diminuer les tensions sur le marché des métaux critiques. Avec d autres pays comme les États-Unis et le Japon, la France s inscrit parmi les leaders sur ce marché émergent. Son territoire accueille des infrastructures de recyclage de premier plan au niveau européen, en particulier une unité de séparation dédiée aux terres rares 6 et des unités de métallurgie de métaux stratégiques (antimoine, tungstène, etc.). Portée aussi bien 5 Utilisation de microorganismes pour la valorisation des métaux 6 La France accueille notamment à la Rochelle l une des 2 seules usines de séparation des terres rares en Europe 358 n Technologies clés 2020

par le secteur public que privé, la R&D est particulièrement dynamique. Liens avec d autres technologies clés Les technologies clés suivantes ont pour l instant une influence faible sur le recyclage des métaux critiques et des terres rares : Métaomique : elle peut permettre de mieux comprendre l impact de certains agents sur les métaux critiques et ouvrir de nouvelles voies pour leur recyclage ; Modélisation, simulation et ingénierie numérique : le développement des procédés de recyclage des métaux critiques repose en partie sur des technologies de modélisation. Les marchés Le recyclage des métaux critiques représente actuellement un marché émergent, dont le potentiel de développement reste mal évalué. Dans les produits en fin de vie, le recyclage est encore limité aux métaux ayant une très forte valeur comme le platine, le palladium et le cobalt 7. En 2010, l ADEME ajoutait également à cette courte liste le lithium issu des accumulateurs lithium-ion ainsi que les terres rares contenues dans les lampes fluo-compactes 8. Plusieurs éléments laissent néanmoins présager une montée en puissance des activités de recyclage à l horizon 2020. Tout d abord, l arrivée sur le marché d un nombre toujours plus élevé de produits en fin de vie générera de nouveaux gisements de déchets qu il conviendra de traiter. Avec 41,8 millions de tonnes en 2014 contre 39,8 millions de tonnes en 2013 9, les déchets électriques et électroniques (DEEE), premier contenant de métaux critiques, ont atteint un nouveau pic au niveau mondial 10. Leur volume devrait continuer de progresser de manière exponentielle à l horizon 2020. En France, les opérateurs de traitement 7 Géologues, n 170, 16/10/2012 : «Le défi des métaux critiques» 8 ADEME, 2010 : Étude du potentiel de recyclage de certains métaux rares 9 Université des Nations-Unies, 2015 : The Global E-waste Monitor 2014: Quantities, Flows and Resources 10 Moins d un sixième de ces déchets étaient recyclés, alors même qu ils renfermeraient pour près de 47 milliards d euros de fer, cuivre, or argent ou aluminium, amenant le sous-secrétaire général des Nations-Unies M. David MALONE à évoquer une «mine urbaine» attendent ainsi une multiplication par 5 des déchets de DEEE qu ils collectent dans les 5 années à venir 11. Ensuite, la structure de l offre en métaux critiques devrait renforcer la pertinence du recyclage dans les prochaines années. D une part, la production est concentrée dans un petit nombre de pays. La Chine n assure pas moins de 97 % de la production en terres rares et de 50 % de la production de 7 autres métaux critiques 12. Le Brésil bénéficie également d une situation quasi-monopolistique pour l extraction du niobium. Les pays fortement consommateurs de biens intégrant des métaux critiques y compris la France devraient ainsi être fortement motivés à améliorer le recyclage pour réduire leur dépendance de ces quelques pays exportateurs ; D autre part la hausse des coûts d exploitation 13 et les contraintes environnementales toujours plus vives tendent à limiter le potentiel de production 14, tandis que la demande devrait continuer de croître rapidement, générant des tensions d approvisionnement. Enfin, le recyclage des métaux critiques fait l objet d initiatives de promotion d ampleur internationale. Pour des raisons principalement écologiques 15, le Panel International des Ressources 16, hébergé par le Programme des Nations-Unies pour l Environnement, soulignait l urgence de recycler les métaux dans 2 rapports publiés en 2013 17. Ces démarches politiques favorisent l émergence d un marché du recyclage à l horizon 2020. Les défis technologiques à relever Le recyclage des métaux critiques rencontre plusieurs verrous sur le plan technique qui entraînent la perte de volumes importants de matières premières. 11 Arrêté du 31 mars 2015 12 Données du BRGM 13 Celle-ci est notamment provoquée par l exploitation de gisements de qualité moindre, en raison de la raréfaction des ressources 14 Analyse de MTL Index 15 Le recyclage des métaux critiques permet de réduire significativement le coût environnemental et énergétique de leur utilisation par rapport à l extraction minière 16 Créée en 2007, ce panel produit une évaluation scientifique indépendante sur l exploitation des ressources naturelles et leur impact environnemental 17 PNUE, 2013 : Metal Recycling: Opportunities, Limits, Infrastructure et Environmental Risks and Challenges of Anthropogenic Metals Flows and Cycles Technologies clés 2020 n 359

Des gisements éparpillés les fonderies de cuivre qui en assurent le traitement peinent à s y adapter. Les défis commerciaux et d usage à relever Le financement du recyclage : un enjeu central En France, la question du financement reste clé pour le recyclage des métaux critiques, et ce à double titre. En amont, la dispersion et la faible teneur des métaux critiques dans les déchets recyclés complexifient la collecte. Avec les industriels et les opérateurs de collecte, elles nécessitent de mettre en place des filières de collecte structurées qui soient adaptées à la fois à la diversité des déchets concernés et des métaux critiques. En partie en l absence de telles filières, en 2011, moins de 1 % des terres rares étaient recyclées au niveau mondial 18. Au niveau du tri, la mesure de la teneur en matériaux critiques des déchets reste un enjeu. Les instruments de mesure ne permettent pas systématiquement une évaluation documentée du gisement potentiel. La difficulté du traitement de mélanges complexes Lors du traitement, les mélanges complexes et les alliages constituent des défis pour les technologies actuelles 19. À titre d exemple, le béryllium contenu dans les circuits électroniques, utilisé en alliage avec le cuivre, ne peut être récupéré lors du recyclage. Un outillage difficile à rentabiliser Les équipements de recyclage étant généralement spécifiques à un métal, leur viabilité doit être mise en regard des flux accessibles. Par ailleurs, la modification de la composition de certains déchets limite la taille des flux homogènes et nécessite de faire évoluer au même rythme les outils de traitement. Par exemple, les cartes électroniques contiennent toujours plus de plastiques et de composés nouveaux ; en conséquence, Solvay photolibrary D une part, l absence de recyclage à une échelle industrielle pour la plupart des métaux ne permet pas le développement de filières de recyclage rentables. En particulier, leur dispersion au sein d une diversité de produits génère encore des coûts de collecte et de séparation trop élevés par rapport aux bénéfices qui peuvent en être attendus ; Par ailleurs, sans être une spécificité du recyclage, la levée de fonds reste souvent ardue pour les porteurs de projets innovants. Les institutions financières, notamment, attendent souvent une rentabilité des projets à court-moyen termes, incompatible avec la temporalité à long terme de l innovation dans le domaine du recyclage. Devant l absence d appui financier, certaines entreprises françaises comme Terra Nova se sont ainsi tournées vers des investisseurs étrangers. Un déficit de compétences Le recyclage des métaux critiques requiert également un niveau de technicité élevé, qui nécessite des compétences spécialisées. En France, l enjeu à l horizon 2020 est de développer une offre de formation à la mesure du potentiel que représente le recyclage des métaux critiques. Une étude de faisabilité produite dans le cadre de l office parlementaire d évaluation des choix scientifiques et technologiques soulignait en 2014 l insuffisance de l offre actuelle 20. Il n y aurait notamment aucune formation dédiée au sujet des terres rares. Les enjeux réglementaires Des réglementations incitatives Au niveau européen, le recyclage des métaux critiques s inscrit dans des démarches plus larges de 18 PNUE, 2011 : Recycling Rates of Metals 19 Entretien avec M. MENAD, chef de projet recyclage des déchets industries au sein du BRGM, cité dans matenvironnement, 03/09/2014 : «Métaux stratégiques : les industriels cherchent le bon filon» 20 Office parlementaire d évaluation des choix scientifiques et technologiques, étude présentée par M. Patrick HETZEL, député, et Mme Delphine BATAILLE, sénatrice : Étude de faisabilité de la saisine sur «les enjeux stratégiques des terres rares». Transmission à la Commission des Affaires économiques du Sénat le 24/02/2014 360 n Technologies clés 2020

promotion de l économie circulaire, leviers essentiels pour développer les pratiques de recyclage. Les objectifs fixés pour les pays membres au sein de la Directive Cadre 2008/98/CE ont été revus à la hausse en 2014. Ils visent aujourd hui un recyclage de 70 % des déchets municipaux d ici à 2030, tout en interdisant la mise en décharge des déchets recyclables d ici 2025. La Directive DEEE encadre le recyclage des déchets d équipements électriques et électroniques 21. Prenant effet à partir de 2018, sa révision en 2012 a permis d ouvrir son champ d application à l ensemble des EEE, à quelques exceptions près. Ces mesures réglementaires vont ainsi étendre la collecte et amplifier le gisement de matières premières. L enjeu de fixer des objectifs dédiés aux métaux critiques Malgré son ambition, la réglementation actuelle n aménage pas une place spécifique pour le recyclage des métaux critiques. Son effet réel risque d être réduit, car les objectifs de recyclage peuvent être atteints sans les métaux critiques, qui représentent une part infime des volumes des DEE ou des véhicules hors d usage (VHU). En particulier, aucun objectif de collecte / traitement des métaux critiques n est fixé, une mesure appelée pourtant par un certain nombre d observateurs au niveau national 22. Cette situation peut notamment être expliquée par la difficulté de l exercice, dans la mesure où ces objectifs devraient être adaptés à chacun des métaux selon les priorités du législateur pour être réellement pertinents 23. 22 En 2010, l ADEME appelait de tels objectifs dans un rapport dédié aux métaux rares. ADEME, 2010 : Étude du potentiel de recyclage de certains métaux rares 21 Cette Directive a été transposée dans le droit français à travers le décret du 22 août 2014 23 Cette difficulté était soulignée par le Panel international des ressources (UNEP) sur le site de l UNEP dans un communiqué remontant à avril 2013 Technologies clés 2020 n 361

Analyse AFOM ATOUTS La présence sur le territoire d unités de recyclage des métaux critiques Des entreprises de premier plan au niveau mondial Un tissu de R&D public et privé innovant FAIBLESSES Des filières de collecte dans l ensemble peu structurées et peu rentables Des usines non adaptées pour le traitement de produits à la composition complexe Une absence de réglementation spécifique pour les métaux critiques permettant de tirer le marché de leur recyclage Des porteurs de projets innovants qui rencontrent des difficultés pour la levée de fonds OPPORTUNITÉS Une dépendance de plus en plus importante de nombreux pays développés, y compris la France, vis-à-vis des pays exportateurs de métaux critiques Un gisement de déchets croissant, concernant en particulier les DEEE Des démarches de soutien au recyclage au niveau international et national MENACES Des verrous techniques difficiles à lever au niveau de la collecte et de la séparation des métaux critiques Un déficit de compétences qui pourrait s accentuer Une concurrence de certains pays comme les États-Unis et le Japon Facteurs clés de succès et recommandations Aux pouvoirs publics Le principal enjeu est de soutenir la structuration de filières du recyclage au niveau national et européen. Cela implique notamment les actions suivantes : Porter au niveau européen une stratégie de recyclage des métaux critiques, avec des objectifs adaptés à chacun d entre eux ; Inciter financièrement le recyclage de certains métaux critiques quand celui-ci n est pas rentable pour les entreprises ; Renforcer le soutien financier aux projets de R&D pour faciliter notamment la commercialisation de solutions industrielles. Aux entreprises Mettre en œuvre des collaborations intégrant les différents maillons de la chaîne du recyclage (collecte et traitement) ; Engager une réflexion coût / bénéfice pour identifier les métaux à haut potentiel de marché au niveau français et mondial. Aux académiques Développer des formations dédiées au recyclage des métaux critiques à destination des entreprises. 362 n Technologies clés 2020

Acteurs clés Au niveau mondial, la France se situe aux avant-postes pour le recyclage des métaux critiques. Quelques grands groupes mènent des projets de R&D prometteurs, certains d entre eux ayant déjà développé des solutions à une échelle industrielle. Un vivier de PME et start-up conduisent également des projets innovants, en particulier dans le nord de la France. Grands groupes : Rhodia, Solvay, Recylex, Eramet, mais aussi des usines détenues par des groupes étrangers comme Nyrstar à Auby, etc. ; PME : Recytech, Baudelet Environnement, Terra Nova, Neo Eco, etc. ; Start-up : Verseau, Recupyl, NIREATM, etc. La recherche technologique est également portée par plusieurs structures telles que les pôles de compétitivité Team 2, Elastopôle, AXELERA et Matéralia, le CEA, les instituts Carnot ISIFoR et Ingénierie@Lyon ou encore le BRGM, qui participe à plusieurs projets comme Valoplus 24 ou Enviree 25. Créé en 2013, l IRT-M2P 26 a lui pour objectif de développer des équipements semiindustriels pour la métallurgie et le traitement des matériaux (tri des matières, analyse du cycle de vie, etc.). Par ailleurs, la filière est soutenue par les pouvoirs publics à travers plusieurs démarches comme : La création d un Comité des métaux stratégiques, créé en janvier 2011 avec pour objectif d étudier la vulnérabilité des entreprises face à la raréfaction des matériaux ; L introduction du recyclage dans le programme de la Nouvelle France Industrielle (solution industrielle du quotidien «Nouvelles ressources») en 2015 et dans les 7 ambitions à fort potentiel pour l économie française en 2013 27 ; Des appels à projets. Lancée en 2015, la troisième édition de l appel à projets de recherche «Production durable de matières premières en Europe», porté par l ADEME et les membres du réseau européen ERA- MIN 28, porte spécifiquement sur le recyclage des métaux critiques. Position des acteurs français Position des entreprises françaises dans la compétition mondiale En position de leadership Dans la moyenne En retard Position des acteurs académiques français dans la compétition mondiale En position de leadership Dans la moyenne En retard 24 Récupération des terres rares dans les lampes basse consommation. 25 Traitement des déchets miniers et industriels. 26 Institut de Recherche Technologique «Métallurgie, Matériaux et Procédés». 27 Des projets innovants dans le domaine du recyclage des métaux ont été subventionnés à hauteur de 200 000 euros chacun. Ce subventionnement s inscrit dans le cadre du Programme d Investissements d avenir, et plus particulièrement du concours mondial d innovation. 28 Réseau européen d agences de financement de projets de recherche sur les matières premières non énergétiques, de l extraction des matières premières vierges au recyclage. Technologies clés 2020 n 363