DE L’ENERGIE
« Le Moyen Orient a du pétrole, la Chine a des terres rares ». Deng Xiaoping, ancien dirigeant de la République populaire de Chine, 1992.
« Nous connaissons tous la contagion lente pour la consommation de l’acier qui va de la construction de la tour Eiffel, il y a un peu plus de 100 ans, jusqu’aux tours des villes chinoises aujourd’hui. Ici, en ce qui concerne les métaux stratégiques, c’est plutôt une épidémie galopante. C’est unique dans ma connaissance du monde des matières premières. Tout le monde en veut pour tout et en même temps ». Discours de Didier Julienne devant l’Académie des sciences morales et politiques, 2012.
1 Introduction
Les métaux font aujourd’hui partie des ressources naturelles les plus abondamment étudiées, extraites et utilisées par nos sociétés. Ils peuvent être inclus dans le vaste ensemble hétérogène des ressources naturelles comprenant d’après la classification de l’encyclopaedia Universalis2 : les ressources naturelles biologiques et minérales. Ce second groupe peut ensuite être scindé entre plusieurs types de matières premières selon Varet (2014) : les matériaux de construction (sables, gravier…), les minéraux industriels (silice, potasse, gypse, phosphates…), les ressources minérales métalliques (les métaux), les ressources minérales fossiles (gaz, pétrole et charbon) et les pierres précieuses.
Or, l’observation des différents classements des métaux existants actuellement nous poussent à proposer des nouvelles possibilités de regroupement ou du moins de souligner les faiblesses des catégories actuelles pour appréhender certaines problématiques.
En effet, les classements majoritairement utilisés furent créés au cours du XIXième voire au début du XXème siècle. Force est de constater que les usages en relative expansion de certains métaux n’apparaissent pas dans ces classements, car la technologie et les besoins environnant
28 la création de ces classifications étaient tout autre. Le contexte d’utilisation des métaux à donc très clairement orienté l’objet et le but de ces classifications.
Sans exclure bien entendu, les classifications non économiques qui remplissent des fonctions importantes pour comprendre certains besoins, nous devons admettre que ces regroupements ne facilitent pas la compréhension du rôle et des déterminants de la plupart des métaux rares. La place grandissante de ces métaux rares dans nos usages et dans nos nouvelles technologies de l’énergie requiert une compréhension accrue de leurs fondements économiques sous-jacents. Les classifications disponibles actuelles ont plutôt tendance à rejeter ces métaux dans des classes hétérogènes pour se concentrer sur les propriétés des métaux majeurs ou précieux. Elles ne permettent donc pas d’isoler les critères distinctifs des métaux rares et les lois économiques régissant leurs marchés.
Pourtant ces métaux remplissent désormais des fonctions critiques dans la plupart des hautes technologies employées dans nos économies modernes. A ce titre, il apparait donc nécessaire de mieux saisir le caractère indispensable de ces métaux notamment dans le secteur de l’énergie.
Ce chapitre à pour but de recenser les différents types de classification existantes en apportant un éclairage sur leurs critères de discrimination. Dans un deuxième temps, il s’agira de proposer une typologie complémentaire aux autres classifications s’attachant à intégrer des critères délaissés dans les autres études mais aussi en soulignant les causes concourant à la spécificité de ces petits métaux. Enfin, une dernière partie sera consacrée à l’analyse du rôle des métaux mineurs dans les technologies énergétiques.
2 Les typologies existantes
Il existe un nombre important de classifications des métaux, le plus souvent attachées à des critères non économiques. Nous entendons par critères non économiques, des critères qui ne soient pas basés sur des indicateurs économiques (prix, PIB, coûts, …). Parfois ces classifications dont les dénominations sont répendues dans l’usage courant, ne possèdent pas toujours des critères précis de classifications. L’objectif de cette première partie est donc d’éclairer les usages de ces classifications et le contexte environnant leur création.
2.1 Les typologies de nature physico-chimique
29 Cette classification est fondée sur les propriétés chimiques des métaux. Ici, on s’intéresse à la faculté du métal à résister à la corrosion de l’air et de l’eau. Les métaux de base au sens des alchimistes n’avaient pas ces propriétés de résistance fortement recherchées comme en possèdent l’or et l’argent, et cherchaient à obtenir par une transformation chimique des métaux précieux à partir de métaux de base (transmutation). Cette classification créée certainement avant le XVIIIème siècle servit en partie à faire ressortir les métaux désirables de ceux qui l’étaient moins (les métaux communs comme le cuivre). Il faut noter que l’expression métaux de base (« base metal ») est souvent utilisée aussi pour désigner les grands métaux industriels (fer, acier, cuivre, zinc, aluminium…).
Métaux ferreux et métaux non ferreux (b)
Au contraire de la précédente, cette classification a pour critère de discrimination, les propriétés magnétiques des métaux. Le fer ou les métaux contenant une proportion importante de fer sont identifiables et séparables facilement à l’aide d’un électro-aimant. Les autres métaux non ferreux sont séparables par machine à courant de Foucault. L’origine de cette classification est plus récente puisque les propriétés de conductivité mais surtout de magnétisme des métaux ferreux ne furent découverte qu’au cours du XIXème siècle. L’activité de recyclage3
justifie en grande partie l’intérêt actuel de cette classification. La classification de Mendeleïev (c)
La classification périodique de Mendeleïev construite en 1869 est une classification des éléments qui repose sur le nombre d’atomes et qui permet d’identifier des nouvelles catégories de métaux. Dans cette classification les métaux sont regroupés par numéro atomique croissant4 et en fonction de leur configuration électronique de sorte que les éléments d’une même classe manifestent des propriétés physiques et chimiques similaires. La justification de ces comportements physicochimiques similaires s’explique par la configuration électronique des éléments d’un même groupe. On distingue ainsi des métaux alcalins, des métaux alcalino-terreux, des métaux de transition, des métaux pauvres, des lanthanides et des actinides. Cette classification peut avoir plusieurs usages. Elle permet d’expliquer en un sens certaines associations de métaux dans des minerais et leur comportement lors de la séparation. On peut l’utiliser aussi pour visualiser grossièrement quel
3 Voir l’explication de l’ADEME sur ce point :
http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?m=3&cid=96&catid=14795.
30 pourrait être les substituts proches d’un matériau remplissant des fonctions techniques précises dans un produit.
Figure 1-1 Classification périodique des éléments de Mendeleïev. Source : Wikipedia
2.2 Les typologies de nature géologique
La classification de Craig et al (2001), une classification géologique (a)
La classification de Craig et al (2001) tend à se populariser au cours des ans depuis la première publication de leur ouvrage Resources on the earth en 1988. Il n’est pas surprenant que le critère supérieur de discrimination de cette équipe de géologues soit un indice d’abondance géologique. La concentration moyenne des métaux dans la croûte terrestre sert en effet de base pour discriminer les métaux abondants des métaux rares. En dessous de 0,1% (1000ppm), le métal est considéré comme rare alors qu’au dessus de ce seuil, il appartiendra à la classe des métaux abondants. La plupart des métaux sont rares au sens géologique, si bien qu’il est plus rapide de lister les métaux abondants : fer, aluminium, silicium, magnésium, manganèse, titane. La dernière classe des métaux rares est ensuite subdivisée en quatre classes selon des critères d’usage :
- Les métaux ferreux d’alliage (améliore les alliages à base de fer, en particulier l’acier) - Les métaux de base.
31 - Les métaux précieux.
- Les métaux spéciaux (en déploiement, à la base des nouvelles technologies).
On reprochera à cette classification deux inconvénients principaux. En premier lieu, un poids manifestement trop lourd attribué à l’abondance géologique qui ne détermine pas en totalité la rareté économique et les usages des métaux. Simplement parce que les degrés de concentration minimum requis pour les métaux varie selon ces derniers et aussi parallèlement aux techniques utilisées. En second lieu, le deuxième critère est très instable car les usages des métaux varient. Un certain nombre des métaux du groupe des platinoïdes ne possède pas d’usage en bijouterie et pourrait être considérés davantage comme des métaux spéciaux alors qu’ils sont intégrés dans les métaux précieux.
2.3 Les typologies de nature économique
Métaux majeurs et métaux mineurs (a)
Ici, le critère est d’ordre productif puisque on sépare les métaux majeurs (« major metals ») des métaux mineurs (« minor metals »).On identifiera les métaux majeurs par leurs plus-values importantes apportées à l’économie, mais aussi par une abondance géologique plus élevée justifiant leur extraction en tant que produit primaire dans la plupart des gisements miniers. Au contraire, les métaux mineurs n’ont pas une concentration suffisamment grande pour être extrait seul de façon rentable. D’un point de vue formel les métaux mineurs sont définis par Hagelüken et Meskers (2010, p.166):
«“Minor” can refer to metals that have relatively low production or usage, which occur in low ore concentrations, are regarded as rare, or are not traded at major public exchanges (e.g., the London Metal Exchange). The term is also used for “special metals” that have rather unique properties without being major or mass metals ».
D’une façon plus ancienne, Brooks (1965) établit de façon claire une liste des métaux mineurs en les différenciant des minéraux et des métaux majeurs. Les métaux contrairement aux minéraux ne peuvent pas être utilisés directement dans la forme où ils existent dans la nature au contraire des minéraux. La séparation entre métaux majeurs et mineurs est, quant à elle créée sur une limite un peu arbitraire de production de 75 kt par an. C’est la première classification qui identifie quelques spécificités des petits métaux et qui souhaite véritablement les caractériser. D’une façon plus récente, la Minor Metal Trade Association5 a
32 établi une liste de métaux mineurs en fonction de la présence ou l’absence de marché organisé. Par ailleurs, une note du Commissariat général à la stratégie et à la prospective (2013) remarque qu’aucun des métaux présents dans cette liste ne détient une production annuelle supérieure à 300 kt.
La classification de l’UNEP, un exemple de classification mixte (b)
La classification de l’United Nation Environment Program (UNEP) représente un exemple d’une classification regroupant les critères des classifications précédentes. En effet, cette classification reconnait quatre groupes principaux de métaux : les métaux ferreux, les métaux non ferreux, les métaux précieux et les métaux spéciaux. Cette classification est disponible dans leur dernier rapport sur le niveau de recyclage des métaux (UNEP, 2011b).
Métaux selon les secteurs d’usage (c)
Des classifications ayant pour critère le secteur d’usage du métal sont aussi souvent employées. On parle ainsi de métaux verts pour les métaux favorisant l’essor des technologies favorables à l’environnement (énergies vertes), ou de métaux high-tech pour ceux assurant les fondements des nouvelles technologies de pointes. Les entreprises mais aussi les médias utilisent fréquemment ces allocutions sans véritablement préciser la liste exhaustive des métaux cachés derrière ces termes. Toutefois, ce type de classification ignore les autres secteurs d’utilisation de ces métaux qui sont parfois encore majoritaires. L’indium par exemple, bien qu’il rentre dans la composition des panneaux photovoltaïques à couches minces (CIGS) pourrait être classés dans les métaux verts alors que son secteur de débouché majoritaire reste encore l’électronique via la constitution d’écran plat. De la même façon, le lithium utilisé dans les batteries (Li-ion) est souvent considéré comme un métal High-tech alors que ses usages dans les verres et les céramiques mais aussi dans l’aluminium restent encore très importants. Mais encore, on oublie aussi que les technologies vertes font usage également de métaux majeurs comme le cuivre, le nickel ou le fer.
La classification du BRGM, une classification fondée sur les cycles (d)
Le Bureau de Recherches Géologiques et Minieres (BRGM) reste à ce jour l’un des seuls instituts à s’être penché de manière approfondie sur la possibilité d’une typologie économique des métaux. Le BRGM est l'organisme public français référent dans le domaine des sciences de la Terre pour la gestion des ressources et des risques du sol et du sous-sol. Leur approche plus empirique que théorique se fonde principalement sur la différenciation des métaux par
33 l’allure de leur cycle. L’article de Hocquart et Samama (2006) décrit 4 groupes de métaux principaux : les métaux ferreux, les métaux de base, les petits métaux et les métaux lourds. Les métaux ferreux possèdent une cyclicité molle et une croissance faible à long terme proche de la croissance du PIB. Les métaux de base ont une cyclicité accentuée et une croissance à long terme plus importante (3-5% par an) soutenue par la croissance de la production industrielle. Les petits métaux montrent une exposition aux crises aiguës souvent provoquées par des innovations généralisées à des produits de grande consommation. Pour finir, les métaux lourds connaissent une décroissance de leur usage au niveau des pays de l’OCDE. Cette classification a le mérite d’ouvrir l’horizon des typologies économiques en soulignant les moteurs des différents métaux. Toutefois, elle n’est pas dépourvue d’un manque de quantification du critère qualifiant le cycle. A partir de quel moment un métal rentre-t-il dans telle classe ou telle classe ? Elle ne qualifie pas non plus les métaux précieux bien que les auteurs les évoquent dans leur article en rapportant que « les métaux précieux ont des comportements variés ». Sous l’angle de la classification du BRGM, les métaux précieux sont donc difficilement caractérisables et sont par conséquent exclus de la typologie.
Nous pouvons regretter que les métaux lourds soient seulement envisagés au niveau des pays de l’OCDE, peut être faudrait-il aussi prendre en compte la consommation des pays émergeants qui peuvent contrebalancer ce mouvement. Enfin, on reproche principalement à cette classification de discriminer les métaux seulement par leur cycle sans prendre en compte d’autres facteurs économiques.
La discrimination par le chiffre d’affaire (e)
Un autre classement économique possible consiste à séparer les métaux par l’importance de leur marché, autrement dit la valeur de leur production. Un exemple de ce type de classification peut être observé dans l’ouvrage de Laznicka (2010, p.8). Il identifie ainsi cinq catégories : les métaux fondamentaux (plus de 10G$), les métaux très importants (plus d’un milliard de dollars), les métaux importants (100 M$ ou plus), les métaux mineurs ou spéciaux (plus de 10M$), les métaux très mineurs (moins de 10M$).
Cette classification est une première approche économique mais elle n’est pas non plus dénuée d’inconvénients. A titre d’exemple, on agglomère l’or, le cuivre et le fer qui n’ont pas le même comportement économique et qui n’assurent pas le même rôle dans l’économie. Au contraire on sépare, le niobium de l’indium qui pourtant ne doivent pas être si différents en termes de comportement économique.
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2.4 Les typologies de nature stratégique
Métaux stratégiques et métaux non stratégiques (a)
Les métaux comme d’autres matières premières dépendent aussi de motifs militaires stratégiques. Certains métaux sont ainsi associés à des usages militaires et assurent des fonctions capitales. On pense à certaines terres rares comme le samarium et le néodyme indispensables aux systèmes de guidage missile. Quand ces éléments s’avèrent difficilement substituables et qu’ils cumulent en plus des risques de ruptures d’approvisionnement du fait de l’absence de production nationale, on les classe comme stratégiques. Les Etats-Unis ont l’habitude de discriminer les éléments de cette manière afin de mettre en lumière les faiblesses de la force militaire américaine (voir en particulier le rapport du NRC et du NDS6). L’usage de ce genre de classification peut être la constitution de stocks stratégiques ou de partenariats privilégiés avec certains pays producteurs.
Métaux critiques et métaux non critiques (b)
Contrairement à ce qu’on pourrait croire la criticité d’un métal n’est pas tout à fait identique à son caractère stratégique. La méthodologie est globalement la même, mais on évalue dans cette classification l’importance d’un métal par sa place dans la chaîne de valeur de l’économie nationale, d’un secteur, ou d’une entreprise et non plus dans les applications militaires. On détermine ensuite le risque de rupture d’approvisionnement du métal par divers critères (concentration de la production, stabilité politique du pays…). Un métal réunissant à la fois un risque de rupture d’approvisionnement élevé et une place capitale dans la chaîne de valeur de l’économie est considéré comme critique. L’Europe et le Japon ont davantage recours à ce type d’évaluation7
bien que les Etats-Unis via le département de l’énergie américain adoptent aussi cette démarche8. Il faut noter que certains pays comme la France et l’Angleterre9
ont décidé de doubler l’existence d’une stratégie supranationale par une stratégie
6 Voir le rapport du National Research Council: Managing Materials for a Twenty-first Century Military et le rapport du National Defense Stockpile: Reconfiguration of the National Defense Stockpile Report to Congress. 7 Voir le rapport de la commission européenne, critical raw materials for the UE :
http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/files/docs/report-b_en.pdf et les différents rapports sur les métaux critiques du NEDO au Japon : http://www.nedo.go.jp/english/index.html.
8 Rapport du département de l’énergie américain (DOE), critical materials strategy :
http://energy.gov/sites/prod/files/edg/news/documents/criticalmaterialsstrategy.pdf
9 Pour en savoir plus, consulter le rapport du Senat qui rend compte de la création du comité pour les métaux stratégique (COMES) : http://www.senat.fr/rap/r10-782/r10-782.html et la réponse stratégique anglaise :
http://www.parliament.uk/business/committees/committees-a-z/commons-select/science-and-technology-committee/inquiries/strategically-important-metals/
35 également nationale sur les métaux. La création de ce type de catégorie est relativement récente surement cantonné au XXIème siècle.
2.5 Conclusion sur les typologies disponibles
Il n’existe pas de meilleure classification en soi, la pertinence d’une typologie dépend de l’objet de l’étude. Plusieurs critiques peuvent cependant être adressées aux classifications actuelles, ces faiblesses sont rassemblées en trois points principaux :
La faible présence de critères économiques ou dans des circonstances particulières qui ne font rejaillir qu’une partie des sous-jacents économiques de l’économie des métaux.
La focalisation des classifications sur un critère particulier qui aboutit à une classification du type doté ou non doté du critère (binaire) qui ne rend pas compte d’une réalité plus complexe. Avec cette hiérarchie on souligne évidement un groupe aux caractéristiques homogènes mais on forme en parallèle un groupe totalement hétérogène. Cela peut conduire à des interprétations erronées lorsqu’on évoque ce groupe hétérogène, d’autant plus si on souhaite établir des conclusions ayant trait à l’économie des métaux.
Le faible nombre de critères et surtout le choix des critères en fonction de l’objet d’étude biaisent les résultats en faveur de la réalité empirique constatée.
Tandis que nous pouvons corriger les deux premières faiblesses des typologies existantes, la troisième plus difficile à appréhender pourrait demeurer.
3 Evaluation d’une typologie économique via l’ACP et le CAH
3.1 Les critères pour une nouvelle classification économique des métaux
La réalité économique des métaux est complexe, par conséquent nous feront usage de plusieurs variables pour correctement refléter cet état. Toutefois, les marchés des métaux sont loin d’être parfait et l’asymétrie d’information reste la règle sur la plupart des marchés. Or, un critère de discrimination se doit d’être accessible, ce qui limite le champ des indicateurs aux données publiques et disponibles. Notre étude est un compromis entre un nombre de variables et d’individus raisonnables compte tenu de l’information disponible.
Nous avons choisi huit variables principales caractérisant l’usage économique de ces variables. Le choix de ces variables fut orienté dans l’atteinte de deux objectifs principaux : les données pour ces variables sont représentatives de l’activité économique relative aux