Analyse de l’épuisement des ressources naturelles

L’épuisement des ressources naturelles est exacerbé par la consommation croissante prévue pour 2050, atteignant 140 milliards de tonnes. Cette étude met en lumière l’importance des méthodes hydrométallurgiques à faible impact écologique pour la récupération du ZnO, contribuant ainsi à la durabilité environnementale.

La disparité de consommation des ressources naturelles

Vers 2050, 9 milliards d’être humains consommeront 140 milliards de tonnes de minerais, d’hydrocarbures et de biomasse (bois, cultures, élevage) selon le rapport du PNUE (Programme des Nations Unies pour l’Environnement), soit 16 tonnes de ressources naturelles englouties par an et par chaque habitant de la planète. Les responsables politiques comme le grand public ne sont toujours pas convaincus des limites physiques absolues de la quantité de ressources disponibles pour l’humanité.

Au sein des pays riches, les écarts sont impressionnants. Un consommateur du Qatar, d’Australie ou des États-Unis consomme 40 tonnes de ressources naturelles par an quand un Français, un Allemand ou un Italien en utilise environ 15 tonnes. Ces chiffres ne reflètent la réalité que partiellement, notent les rapporteurs de l’ONU. Car une tonne de cuivre extraite au Chili sera imputée dans leur calcul au consommateur chilien même si elle est employée pour fabriquer un produit vendu en Chine ou en Europe¹.

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Fig. I.2. Date prévisible d’épuisement des ressources minérales

Epuisement des ressources naturelles

L’épuisement des ressources du fait de la surconsommation humaine concerne la biodiversité, les ressources végétales (déforestation, prélèvement végétal), l’extinction des espèces mais aussi les minerais et matières premières.

Les ressources non renouvelables : ce sont principalement des matières premières minérales et les combustibles fossiles, qui proviennent de gisements formés au cours de l’histoire géologique de la Terre et correspondant à un stock, par essence même, épuisable.

Les ressources renouvelables : ces ressources peuvent être consommées sans être épuisées car elles peuvent se régénérer en permanence. Ces ressources sont notamment l’air, l’eau, les sols (terres cultivables) ou encore des ressources biologiques de la flore et de la faune (forêts, pâturages, pêcheries maritimes, biodiversité – espèces animales et végétales) et par les ressources génétiques (variétés de plantes cultivées et races d’animaux domestiques).

On connait le stock de ressources naturelles à notre disposition ainsi que sa vitesse d’exploitation. La date d’épuisement théorique est donc facile à extrapoler comme pour l’uranium (fin en 2040), le pétrole (fin en 2050), le gaz (fin en 2072), les métaux rares et même non précieux tels que le fer dont la fin est annoncée pour 2087. Qu’il s’agisse d’électronique d’environnement ou d’énergie (pile à combustible), le progrès technologique passe quoi qu’il en soit par la maîtrise de matières premières rares venant souvent du bout du monde. Trois niveaux de réserves peuvent être considérés :

• Réserves prouvées (avérées)
• Réserves probables (certitude de l’existence de la réserve mais incertitude quant à son étendue)
• Réserves possibles (incertitude quant à l’existence de la ressource et pas encore de moyen technique pour vérifier l’hypothèse).

L’épuisement des ressources minières ne signifie pas que la planète ne recèle plus des quantités diffuses mais que l’exploitation du matériau en question à l’échelle industrielle n’est plus possible. Les estimations varient d’ailleurs au fil du temps en fonction des découvertes et des réévaluations de réserves¹.

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Fig. I.3. Réserves mondiale disponible à cours terme¹

V.1. Calendrier de l’épuisement des minerais¹

Les ressources minières sont indispensables à notre système économique et à la croissance. Pourtant, elles font partie de ces ressources naturelles non renouvelables et donc appelées à s’épuiser. La cryolithe a déjà disparu, les mines d’argent seront épuisées dans 10 ans et les autres minerais suivent.

Après la cryolithe, le terbium, le hafnium, l’argent et l’antimoine, le palladium est le suivant sur la liste des futurs disparus. Les gisements métalliques et énergétiques, à la base de notre économie moderne auront pour l’essentiel été consommés d’ici 2025, date de la fin de l’or, de l’indium et du zinc et 2158, date de la fin du charbon. En voici quelques exemples :

La disparition de la Cryolithe et du Terbium

• La fin de la cryolithe (1980)

Il n’y aurait plus de réserves de cryolithe. La cryolithe est composée de fluorure double de sodium et d’aluminium, de formule NaAlF également noté 3NaF, AlF₃. La cryolithe est principalement utilisée pour la production d’aluminium et dans l’industrie des céramiques.

Elle a été découverte sur la cote ouest du Groenland. C’est un minéral rare ; aussi, pour faire face aux besoins de l’industrie, la cryolithe est désormais produite artificiellement. La dernière mine de cryolithe en activité, située au Groenland, a fermé dans les années 80.

La fin du terbium (2012)

Le terbium est un élément chimique, de symbole Tb et de numéro atomique 65. Le terbium est une substance phosphorescente utilisée dans les tubes cathodiques, activateur des phosphores verts et dans les ampoules basse consommation. Ces dernières n’existeraient pas sans terbium, une terre rare qui coûte 800 000 dollars la tonne. Le terbium permet de réduire de 80 % la consommation des ampoules électriques.

La fin de l’argent (2021)

Au rythme de consommation actuelle, l’épuisement est prévu entre 2021 et 2037. L’argent sert dans l’industrie (électricité, électronique, brasures, soudures et autres alliages : 41%). Il y a un stock de 270 000 à 380 000 tonnes d’argent sur Terre. Les réserves connues sont surtout en Pologne (20%), en Mexique (14%) et au Pérou (13%).

Depuis 1950, le monde a assisté à un effondrement de 93% des stocks mondiaux d’argent et la demande ne s’arrête pas. Dix des plus importants états américains producteurs d’argent métal ont abandonnés la production en dépit de toutes les nouvelles technologies existantes pour extraire ce métal précieux. Les fabricants de produits high-tech, d’ordinateurs, de téléphones portables et de tablettes qui sont gourmands en métaux précieux ont consommé 7500 t d’argent en 2011.

La fin du palladium (2023)

Il y a un stock de 3480 millions de tonnes de palladium sur Terre. Les réserves connues sont surtout en Russie et en Afrique du Sud. 13% du palladium servent pour l’industrie électronique surtout pour la production de condensateurs multicouches en céramique (MLCC) qui entrent dans la fabrication de composants électriques.

Autres utilisations du type électro- déposition pour les connecteurs et les composants de puces pour les circuits électroniques et les circuits intégrés hybrides. Le palladium fait partie des PGM, les Platinum Group Minerals qui regroupe six éléments métalliques proches dans la classification de Mendeleiev, présents dans les mêmes minerais. Il s’agit du ruthenium, du rhodium, du palladium, de l’osmium, de l’iridium et du platine.

Le palladium et le platine sont les plus importants. Ils ont des propriétés très semblables, surtout des propriétés catalytiques. Généralement ils sont extraits comme sous-produits de l’exploitation du nickel.

La fin de l’or (2025)

La production totale d’or depuis les débuts de l’humanité remplit un cube de 20 mètres de coté ; l’or est utilisé dans l’électronique pour ses propriétés de conductivité, d’inaltérabilité, d’inoxydabilité. La Chine est le 1^er producteur avec près de 300 tonnes extraites en 2008, suivie par les Etats-Unis et l’Australie (moins de 250 tonnes). Les principales utilisations de l’or sont : bijouterie et joaillerie 86%, utilisations industrielles 14% dont : électronique 6%, monnaies et médailles 3%, industries diverses 3%, prothèses dentaires 2%. Les fabricants de produits high-tech d’ordinateurs, de téléphones portables et de tablettes qui sont gourmands en métaux précieux ont consommé 320 tonnes d’or en 2011.

La fin du cuivre (2039)

Il y a un stock de 490 millions de tonnes de cuivre sur Terre. Les réserves connues sont surtout au Chili (33%), en Indonésie et aux USA (7% chacun). Avec 55% d’utilisation, il est essentiellement mis en œuvre dans l’industrie électrique (câbles, bobinages). La production mondiale de cuivre raffiné s’élève à près de 17,3 Mt en 2006.

L’Automobile représente 15 % de la demande mondiale de cuivre. Le cuivre est très utilisé dans la fabrication des câbles constituants les réseaux de distribution électrique et électronique. Le cuivre est en effet un très bon conducteur d’électricité, cela représente 60% de la demande mondiale. Il est aussi utilisé pour les sanitaires, chauffage et toiture car c’est un bon conducteur de chaleur, cela représente 25% de la demande mondiale.

La demande mondiale de cuivre a progressé de 40 % sur les 10 dernières années. L’Europe est le plus gros consommateur de cuivre avec près de 30% de la demande mondiale mais la Chine a également une part importante avec 22%.

La fin du zinc (2025)

Après l’argent et le palladium, le zinc est la septième ressource non renouvelable amenée à disparaitre du fait de l’exploitation humaine intensive en même temps que l’or et l’indium. Les gisements exploitables à un coût acceptable seront épuisés en 2025. En 1950, le US Geological Survey avait estimé les réserves mondiales de zinc à 77 millions de tonnes.

Pourtant, la prospection et l’amélioration des techniques d’exploitation ont permis de mettre au jour plus de 293 millions de tonnes de ce métal sur les 50 années qui ont suivi. En 2000, le gouvernement américain a annoncé que les réserves de zinc n’atteignaient pas moins de 209 millions de tonnes. Le zinc est utilisé dans l’électronique et par l’industrie informatique (fabrication des « magnetic random access memory » (MRAM)).

Les principales utilisations du zinc sont : Galvanisation 47 % ; Laiton et autres métaux d’alliage 19 % ; Moulage en coquille 14 % ; Demi-produits marchands 8 % ; Chimie et divers 9 %. La Chine est le premier producteur de zinc avec plus d’un quart de la production mondiale du métal dont elle consomme elle-même un tiers.

La fin du cadmium (2040)

Le cadmium n’existe pas à l’état natif. Son minerai, la greenockite CdS, est très rare et inexploité. Le cadmium est présent dans presque tous les minerais de zinc (la teneur en cadmium varie de 0,01 à 0,05 %), et est obtenu industriellement comme sous-produit de la métallurgie du zinc. Aucun minerai de cadmium n’existe en quantité exploitable.

La majorité cadmium est diffusée dans l’environnement de façon naturelle. Environ 25 000 tonnes de cadmium sont libérées dans la nature par an. Environ la moitié de ce cadmium est libéré dans les rivières lors de l’usure de la roche et, du cadmium est libéré dans l’air lors des feux de forêts et par les volcans.

Le reste du cadmium relâché provient des activités humaines.

Le recyclage des métaux

Afin de mieux quantifier la performance du système industriel mondial en termes d’utilisation des matières premières, le Panel International sur les Ressources du Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE) a publié en 2011 un rapport intitulé « Recycling Rates of Metals ». Sur les 60 métaux étudiés, seuls 18 avaient un taux de recyclage supérieur à 50 %².

Il s’agissait soit de métaux de base (fer, aluminium, cuivre, zinc, plomb…), qui génèrent des flux de déchets importants dans des circuits logistiques aux technologies de recyclage matures, soit de métaux précieux (or, argent, platine), dont le prix élevé rend le recyclage rentable. Le reste du tableau est plus préoccupant : sur 37 métaux identifiés comme étant critiques pour l’économie, notamment pour le développement de la transition énergétique et des technologies de l’information, seuls 10 avaient un taux de recyclage supérieur à 1%. Voici le taux de recyclage d’un certain nombre de ressources et matières premières que nous consommons :

• Plomb : 72%
• Aluminium : 49%
• Or : 43%
• Germanium : 35%
• Nickel : 35%
• Cuivre : 31%
• Etain : 26%
• Zinc : 26%
• Chrome : 25%
• Tantale : 20%
• Gallium : 0%
• Indium : 0%
• Phosphore : 0%
• Platine : 0%
• Uranium : 0%

Le tableau de Mendeleïev ci-dessous indique les principaux éléments avec risque de pénurie.

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Fig. I.4. Tableau de Mendeleïev montrant les risques de pénurie des espèces minérales

Les enjeux du recyclage

La protection de l’environnement constitue le fondement des politiques adoptées par les gouvernements pour gérer le contrôle de la production des biens, le devenir des déchets et la consommation des ressources naturelles et énergétiques. En effet, la préservation des ressources naturelles et la diminution de la quantité de déchets, entraînée par le recyclage, sont les principaux enjeux liés à l’environnement. Bien entendu, si l’objectif est le même aux pays en voie de développement et le monde développé, les moyens disponibles pour l’atteindre diffèrent d’un pays à un autre. Par conséquent, les niveaux d’exigence contenus dans les politiques environnementales ne peuvent pas être identiques de même que les résultats enregistrés sur le terrain³.

Les enjeux économiques liés au recyclage et à la valorisation des déchets découlent de l’interaction des déchets avec les ressources naturelles et énergétiques. En effet, le déchet, en tant que matériau issu de la transformation de ressources naturelles ou objet transformable en énergie, présente des intérêts économiques certains. Par exemple, recycler 1 kg d’aluminium permet d’économiser 8 kg de bauxite, 4 kg de produits chimiques et 14 kWh d’électricité⁴.

Cette énergie économisée ou produite par les déchets représente le principal enjeu économique de leur recyclage. Cet enjeu est très important pour les pays disposant de peu d’énergie et de ressources naturelles, où accroître la durée de vie des matériaux utilisés, à travers la production locale artisanale ou industrielle, permet de faire des économies sur les budgets et de développer des activités de production et de transformation génératrices d’emplois et de flux financiers⁵.

Conclusion

L’exploitation minière remonte à l’antiquité, quand l’homme préhistorique a commencé à creuser le sol à la recherche de roches afin de fabriquer des armes, des pigments et des outils. Les métaux sont donc indispensables pour assurer le fonctionnement des économies modernes et pour atteindre et maintenir un certain niveau de vie dans tous les pays.

Après avoir épuisé les gisements les plus facilement accessibles, et alors que la pression de la demande croit sur certains métaux, l’industrie minière doit souvent consommer plus d’énergie et parfois prendre plus de risques, tout en produisant souvent plus de déchets. De nos jours, la réalité de la diminution des ressources minières a incité les industriels à la récupération et la valorisation des matériaux déjà utilisés.

Leur réintroduction dans le circuit normal de production, autrement dit leur recyclage, est une solution qui a été adoptée autant par les pays développés que par ceux en voie de développement.

Références

1. Baudet, J.C., 2004. Penser la matière. Une histoire des chimistes et de la chimie, Paris : Vuibert.
2. Lafferty, P., 1993. La matière : la molécule dans tous ses états, Gallimard Jeunesse, coll. « Passion des sciences ».
3. Gornushkin, I.B., Smith, B.W., Nasajpour, W., 1999. Identification de solid materials by correlation analysis using a microscopic laser induced plasma spectrometer. Anal. Chem., 71:5157–5164.
4. Sattmann, R., Monch, I., Krause, H., Noll, R., Couris, S., Hatziapostolou, A., 1998. Laser-induced breakdown spectroscopy for polymer identification. Appl. Spectrosc., 52:456–461,
5. Wisbrun, R., Schechter, I., Niessner, R., Hartmut, S., Kompa, K., 1994. Detector for trace elemental analysis of solid environmental samples by laser plasma spectroscopy. Anal. Chem., 66:2964–2975.
6. Younan, N.H., Zhang, H., 1999. Adaptive signal enhancement of laser-induced breakdown spectroscopy. Appl. Spectrosc., 53:612–617.
7. Samek, O., Telle, H.H., Beddows, D., 2001. Laser-induced breakdown spectroscopy : a tool for real-time, in vitro and in vivo identification of carious teeth. BMC Oral Health, 1.
8. Fink, H., Panne, U., Nissner, R., 2002. Process analysis of recycled thermoplasts from consumer electronics by laser-induced plasma spectroscopy. Anal. Chem., 74:4334–4342.
9. Lalor, G.C., Zhang, C., 2001. Multivariate outlier detection and remediation in geochemical databases. Sci. Total Environ., 281:99–109.
10. http://Encyclo-ecolo.com
11. Varet, J., Mai 2007. Ressources minérales et développement durable, rapport de l’encyclopédie du développent durable, Editions des Récollets.
12. Ndiaye, M.B., Novembre 2006. Le recyclage de métaux d’origine industrielle au Sénégal, mémoire doctorat, Ecole doctorale Matériaux de Lyon.
13. Profil, A., (sept 2005). ”The european emission trading and the aluminium sector”, I.E.A. workshop Paris.
14. Ministère de l’environnement et de la protection de la nature du Sénégal, (juin 1994). Programme des nations unies pour l’environnement, projet GF/4102-92-33, inventaire des émissions de gaz à effet de serre.

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¹ http://Encyclo-ecolo.com ↑

² Varet, J., Mai 2007. Ressources minérales et développement durable, rapport de l’encyclopédie du développent durable, Editions des Récollets. ↑

³ Ndiaye, M.B., Novembre 2006. Le recyclage de métaux d’origine industrielle au Sénégal, mémoire doctorat, Ecole doctorale Matériaux de Lyon. ↑

⁴ Profil, A., (sept 2005). ”The european emission trading and the aluminium sector”, I.E.A. workshop Paris. ↑

⁵ Ministère de l’environnement et de la protection de la nature du Sénégal, (juin 1994). Programme des nations unies pour l’environnement, projet GF/4102-92-33, inventaire des émissions de gaz à effet de serre. ↑