Le recyclage, l'autre mine d'or des terres rares

D’abord, l’histoire de la filière est récente. « Il y a trente ans, la demande en terres rares était très inférieure. Et à l’époque, on ne recyclait que les pondéreux – cuivre, aluminium, verre – faciles à collecter et à valoriser », rappelle Solène Touzé, ingénieure au Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM). La crise sino-japonaise de 2010 a mis en lumière la dépendance mondiale à la Chine et déclenché un intérêt scientifique massif pour le recyclage. Mais plusieurs problématiques ont émergé. Certes, les produits en fin de vie constituent une source secondaire d’importance – une « mine urbaine ». Mais l’accès au gisement demeure un verrou.

« Il y a une vingtaine d’années, pour exister dans le monde des terres rares, il fallait être capable de les préparer pour des applications variées, allant du polissage du verre aux additifs pour les pigments, explique Frédéric Carencotte, fondateur de Carester, entreprise française très avancée dans le recyclage des terres rares, tout comme Solvay et MagREEsource. Mais depuis, le besoin en aimants permanents a connu une très forte croissance et représente aujourd’hui plus de 90 % de la chaîne de valeur. « 

Les terres rares magnétiques – néodyme, praséodyme, dysprosium, terbium, samarium – sont donc devenues stratégiques. Mais elles sont disséminées dans des objets très différents : il faut une tonne de téléphones pour récupérer 3,3 kg de terres rares. À l’inverse, les aimants d’éoliennes – entre 650 kg et une tonne – constituent un gisement concentré, mais ils n’arriveront massivement en fin de vie que dans vingt ans.

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Une relocalisation de la production en France

« Plus d’une centaine d’applications existent : moteurs électriques, électronique, éoliennes, défense, IRM, enceintes…, souligne Érick Petit, fondateur de MagREEsource. Tous ces marchés sont aussi une source de déchets, mais les temps d’immobilisation dépendent de la durée de vie moyenne : 12 à 15 ans pour une voiture, 25 ans pour une éolienne, 20 ans pour une IRM, moins de 5 ans pour certains produits électroniques. » Et encore faut-il identifier où sont les aimants et pouvoir les démanteler facilement. Résultat : les volumes disponibles restent faibles.

« Voilà pourquoi on a plafonné à 1 % de recyclage, conclut Stéphane Pellet Rostaing, directeur de l’Institut de chimie séparative de Marcoule. Ce pourcentage correspond surtout au recyclage des rebuts industriels. Et les rares filières existantes pour recycler les terres rares contenues dans les équipements en fin de vie ont parfois été rendues obsolètes par les évolutions technologiques, comme le recyclage des poudres de phosphore des lampes basse consommation, balayé par les LED. »

Ces problématiques n’ont pas empêché chercheurs et industriels de mettre au point des procédés efficaces et rentables. Une fois les aimants extraits, deux grandes approches coexistent. La première, dite voie courte, consiste à refabriquer un aimant à partir d’un autre, sans repasser par la séparation élémentaire. C’est celle que développe la start-up française MagREEsource, issue du CNRS, qui ambitionne de devenir leader européen dans son domaine.

« Nous avons développé trois technologies, précise Érick Petit. La première boucle courte utilise l’hydrogène : nous prenons des déchets d’aimants et les intégrons dans un réacteur. Les alliages absorbent facilement les gaz. L’hydrogène se place au niveau des joints de grains riches en terres rares. Ce phénomène fait gonfler la matière jusqu’à explosion, nous donnant de la poudre. On parle de décrépitation. » Cette poudre est ensuite compactée puis chauffée pour souder les grains de poudre afin de refabriquer un aimant aux propriétés robustes. Ce procédé réduit l’empreinte carbone de 91 % par rapport aux aimants issus de l’extraction minière, tout en relocalisant la production sur le sol français.

Pour connaître la composition exacte de chaque aimant recyclé, MagREEsource dispose d’un important laboratoire de caractérisation : « Nous contrôlons 100 % de l’entrant – environ 60 tonnes de déchets. Tous sont caractérisés pour connaître composition, microstructure et grade. Nous répartissons dans nos stocks et faisons des mélanges pour obtenir le bon mélange final. Cette connaissance fine des flux est devenue un préalable indispensable. « 

Nombre d’objets à recycler pour obtenir la même quantité de néodyme que dans un aimant d’éolienne de 5 millions de watts. SOURCE : CNRS

Une entrée en production à Lacq d’ici à 2027

Pour couvrir une gamme complète vers la très haute performance et anticiper les futures compositions des aimants, l’entreprise a aussi développé deux autres boucles. La boucle « fusion » consiste à faire fondre les déchets avant décrépitation pour travailler la microstructure et améliorer la performance. « Ici on est capable de mélanger beaucoup plus de déchets pour obtenir une composition idéale », souligne Érick Petit.

Enfin, elle développe un pilote pour une troisième boucle courte, avec ajout de métallisation. « L’idée, c’est d’aller se fournir en oxydes de terres rares recyclés pour en ajouter à nos mélanges afin de fabriquer des aimants performants en récupérant n’importe quel déchet contenant des aimants. » Pour cette troisième boucle, MagREEsource s’appuiera donc sur la seconde approche : la voie longue. Cette technologie constitue le cœur de métier de Carester. Ici les aimants sont décortiqués pour séparer chimiquement chaque terre rare et produire des oxydes d’une pureté identique à celle des métaux sortis de mine. Elle combine pyrométallurgie, hydrométallurgie, filtration et séchage. Si ce procédé, contrairement à la voie courte, est similaire à celui utilisé en sortie de mine, le recyclage par voie longue reste beaucoup plus vertueux. Car la concentration minimale de terres rares dans un aimant est de 30 %, quand dans une mine on parle de 500 g par tonne.

Aujourd’hui, MagREEsource comme Carester finalisent des projets d’usine pensés pour réduire au maximum leurs impacts : recyclage intégral de l’eau, captation et recyclage du CO2, optimisation énergétique, zéro effluent rejeté. Caremag, l’usine de Carester à Lacq (Pyrénées-Atlantiques), devrait entrer en production d’ici à 2027.

Objectif : produire chaque année 800 tonnes d’oxyde de néodyme, 500 tonnes d’oxyde de dysprosium et 100 tonnes d’oxyde de terbium. Des objectifs très ambitieux : « Avec 800 tonnes d’oxyde de néodyme par exemple, il est possible de reproduire 2700 éoliennes offshore, sachant que notre parc est actuellement d’environ 300 éoliennes offshore », souligne Stéphane Pellet-Rostaing. Des contrats de long terme ont déjà été signés, notamment avec des partenaires japonais et le groupe Stellantis.

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Sécuriser l’approvisionnement en aimants permanents

Quant à MagREEsource, elle passera d’une production de 80 t/an à Noyarey (Isère) à une capacité de 1000 t d’aimants néodyme et 100 t d’aimants samarium en 2029, quand sa Magfactory sortira de terre. Ce qui représentera 4 % du marché des aimants néodyme en Europe et 20 % des aimants samarium. Ces projets contribueront ainsi à sécuriser l’approvisionnement en terres rares et aimants permanents sur un marché européen évalué à 25.000 tonnes en 2026 et appelé à doubler d’ici à 2035.

Alors que l’industrialisation en cours devrait accroître significativement les volumes recyclés d’ici à cinq ans, la recherche s’attache désormais à réduire l’impact environnemental des procédés, en particulier ceux de la voie longue. « L’objectif, c’est d’utiliser moins d’eau, moins d’acides et d’éviter les solvants d’origine pétrolière, explique Stéphane Pellet-Rostaing. Les laboratoires explorent des acides organiques, comme l’acide acétique, capables de dissoudre sélectivement les terres rares. Ils développent aussi des extractants dits Chon (carbone, hydrogène, oxygène et azote), dépourvus de phosphore et de soufre, plus facilement dégradables. « 

D’autres pistes émergent. Ainsi l’utilisation de molécules appelées hydrotropes doit améliorer les capacités de lixiviation, c’est-à-dire de dissolution chimique pour extraire les métaux d’un minerai. Avec la biolixiviation ou la biominéralisation, il s’agit de mobiliser des micro-organismes pour solubiliser ou précipiter les métaux. Ces procédés restent encore lents ou sensibles, mais leur potentiel est prometteur.

Cependant, souligne Stéphane Pellet-Rostaing, le recyclage ne peut être pensé isolément. « Il faut réindustrialiser toute la chaîne : collecte, démantèlement, désassemblage et recyclage.  » Et, même optimisé, il ne suffira pas à couvrir une demande en croissance rapide. « Les besoins doublent tous les cinq ans. Le recyclage ne pourra jamais tout absorber.  » Le parallèle avec le cuivre est éclairant : malgré un taux de recyclage de 53 %, le cuivre secondaire ne couvre que 20 % de la demande mondiale. Les terres rares suivront la même logique : le recyclage est indispensable, mais il ne remplacera pas l’extraction primaire.

L’objectif du CRMA (Critical raw materials act), voté en 2024 par la Commission européenne, est de couvrir 25 % des besoins européens par le recyclage. L’avenir passera donc par une combinaison : mines responsables, recyclage optimisé, valorisation des déchets industriels… et sobriété. Une équation incontournable pour sécuriser des métaux critiques largement associés à la transition énergétique.

Le potentiel des résidus industriels

Certaines industries génèrent des résidus qui concentrent naturellement des terres rares : cendres de charbon, résidus de bauxite issus de la production d’aluminium, ou phosphogypse provenant de l’industrie des phosphates. Produits en quantités massives et déjà extraits du sol, ils constituent des sources secondaires stratégiques.

Leur teneur en terres rares reste faible (0,04 à 0,25 %), mais les volumes accumulés sont considérables : les cendres de charbon contiendraient environ 320.000 tonnes d’éléments de terres rares, et les résidus de bauxite près de 150.000 tonnes. Certains renferment aussi du scandium, un métal très coûteux, susceptible d’améliorer la rentabilité des procédés. Mais les stocks européens sont encore mal quantifiés.