Chaque fois que vous utilisez votre téléphone, ouvrez votre ordinateur ou écoutez votre musique préférée sur AirPods, vous comptez sur des minéraux critiques.
Ces matériaux sont les minuscules blocs de construction alimentant la vie moderne. Du lithium, cobalt, nickel et graphite dans les batteries au gallium dans les systèmes de télécommunications qui permettent une connectivité constante, les minéraux critiques agissent comme les vitamines essentielles de la technologie moderne: petit en volume mais vital pour fonctionner.
Pourtant, les États-Unis dépendent fortement des importations pour la plupart des matériaux critiques. En 2024, les États-Unis ont importé 80% des éléments de terres rares qu’il a utilisées, 100% de gallium et de graphite naturel, et 48% à 76% du lithium, du nickel et du cobalt, pour n’en nommer que quelques-uns.
L’augmentation de la demande mondiale, la dépendance élevée à l’importation et les tensions géopolitiques croissantes ont fait de l’offre de minéraux critiques une préoccupation croissante de sécurité nationale – et l’un des défis les plus urgents en chaîne d’approvisionnement de notre temps.
Cela soulève une question: les États-Unis pourraient-ils miner et traiter des minéraux plus critiques à la maison?
En tant que géochimiste qui dirige le Centre de solutions minérales critiques de Georgia Tech et un ingénieur axé sur l’innovation énergétique, nous avons exploré les options et les obstacles à la production minérale critique américaine.
Qu’est-ce qui empêche les minéraux critiques d’être produits au niveau national?
Jetons un coup d’œil aux éléments de terres rares.
Ces éléments sont essentiels à la technologie moderne, aux véhicules électriques, aux systèmes énergétiques et aux applications militaires. Par exemple, le néodyme est essentiel pour fabriquer les aimants forts utilisés dans les disques durs, les lasers et les éoliennes. Le gadolinium est vital pour les machines IRM, tandis que le samarium et le cérium jouent un rôle clé dans les réacteurs nucléaires et les systèmes énergétiques tels que l’énergie solaire et éolienne.
Malgré leur nom, les éléments de terres rares ne sont en fait pas rares. Leurs concentrations dans la croûte terrestre sont comparables aux métaux plus couramment extraits tels que le zinc et le cuivre.
Cependant, les éléments de terres rares ne se produisent pas souvent dans des formes minérales économiquement viables facilement accessibles ou des dépôts de haut grade. En conséquence, l’identification des ressources avec une concentration suffisamment élevée et un grand volume est crucial pour permettre leur production économique.
TMY350
Les États-Unis n’ont actuellement que deux emplacements nationaux d’extraction de terres rares: la Géorgie et la Californie.
Dans le sud-est de la Géorgie, des terres rares sont produites comme un sous-produit de l’extraction de sable minéral lourde, mais les concentrés de terres rares produits sont expédiés hors de l’État puis à l’étranger pour affiner les matériaux utilisés dans les technologies d’énergie renouvelable et les aimants permanents.
L’autre emplacement se trouve à Mountain Pass, en Californie, où l’extrait de la roche dure extrait un minéral carbonate de terre rare appelé Bastnaesite. Encore une fois, une grande partie du matériel est envoyée à l’étranger pour raffinage. En conséquence, toute la chaîne d’approvisionnement – de l’exploitation minière à l’utilisation finale dans les produits – s’étend sur les continents.
US Geological Survey
Répondre à la demande américaine d’éléments de terres rares et d’autres minéraux critiques des opérations aux États-Unis nécessitera plus que l’ouverture de nouvelles mines. Il faudra développer et augmenter de nouvelles technologies, ainsi que les opérations de traitement des bâtiments.
Historiquement, le traitement s’est largement passé à l’étranger en raison des impacts environnementaux, de la demande d’énergie et des contraintes réglementaires.
Le potentiel, mais long routier, vers de nouvelles mines
L’investissement dans l’activité d’exploration pour les minéraux critiques augmente rapidement aux États-Unis
En 2017, l’US Geological Survey a lancé la Terre Mapping Resources Initiative – connue sous le nom d’IRM Earth pour identifier les sources potentielles de minéraux critiques dans le pays.
Certaines zones qui semblent prometteuses pour les éléments de terres rares ont beaucoup d’altération chimique, dans lesquelles des roches contenant des éléments de terres rares sont décomposées en réagissant avec l’eau et l’air. L’exploration est en cours sur plusieurs de ces sites, y compris dans des endroits du Wyoming et du Montana.
USGS
L’identification d’une ressource n’est cependant pas la même que la production.
L’exploitation traditionnelle peut prendre une décennie ou deux de l’exploration à la production et jusqu’à 29 ans aux États-Unis, la deuxième plus longue chronologie du monde. Bien que ce calendrier puisse évoluer sous l’administration actuelle, les entreprises pourraient toujours faire face à des incertitudes majeures liées aux permis, au développement des infrastructures et, à certains endroits, à l’opposition communautaire. La gestion des impacts environnementaux, tels que la pollution de l’air et de l’eau et la consommation élevée de l’eau et la consommation d’énergie, peut encore augmenter les coûts et étendre les délais du projet.
Étant donné que les projets d’exploration mentionnés ci-dessus sont encore à un stade précoce, les États-Unis ont besoin d’efforts parallèles supplémentaires qui peuvent apporter des ressources sur le marché à un rythme accéléré.
Miner les matériaux que nous avons déjà extraits
L’un des moyens les plus rapides d’augmenter la production de terres rares peut ne pas nécessiter de creuser de nouveaux trous dans le sol – mais plutôt de revenir aux anciens.
La région de la côte atlantique se démarque sur la carte IRM de la Terre comme une zone particulièrement prometteuse. Ce qui est encore mieux, c’est que cette région a déjà établi des activités minières étendues et une infrastructure mature, ce qui permet de commercialiser une vitesse beaucoup plus rapide.
La Géorgie a des dépôts de sable minéral riches en titane, en zirconium et en terres rares. Le titane et le zirconium – tous deux utilisés dans l’aérospatiale, l’énergie et les applications médicales – sont déjà extraites en Floride et en Géorgie. Dans le sud-est de la Géorgie, les éléments de terres rares trouvés avec ces sables minéraux lourds sont déjà récupérés sous forme de concentrés de terres rares.
Kaolin, une argile blanche utilisée dans du papier, de la peinture et de la porcelaine, a été exploitée en Géorgie depuis plus d’un siècle, et elle peut également contenir des éléments de terres rares. La Géorgie génère plus de 8 millions de tonnes de Kaolin par an, ce qui en fait le principal producteur américain et un grand exportateur. Cela vient également avec des millions de tonnes de résidus d’extraction et de traitement, ou ce que l’on appelle des résidus.
Des études de recherche récentes suggèrent qu’il existe un potentiel important pour extraire des éléments de terres rares dans les résidus.
Les résidus sont déjà extraits et assis à la surface. Il n’est pas nécessaire de forer ou de faire exploser. Cela signifie une infrastructure existante, des délais plus rapides et des coûts inférieurs et des nouvelles opérations minières.
Les innovations technologiques, telles que la bioliachage, l’extraction et la séparation et la séparation électrochimiques basées sur le ligand, rendent désormais possible ces gaspillements hérités. De nouvelles installations de traitement pourraient être construites à proximité de Kaolin ou d’opérations de sable minéral lourdes existantes ou d’anciens sites de mines, mettant le marché des matériaux dans quelques années plutôt que des décennies.
L’avenir de l’extraction des déchets
Cette approche fait partie d’une stratégie plus large connue sous le nom de «l’exploitation des déchets», de «l’exploitation urbaine» ou de «l’exploitation minière du cycle anthropique».
Elle implique la récupération de minéraux critiques à partir des flux de déchets existants tels que les résidus miniers, les cendres de charbon et les sous-produits industriels. Il fait également partie de la construction d’une économie circulaire, où les matériaux sont réutilisés et recyclés plutôt que jetés.
Les États-Unis ont le potentiel de catalyser de nouvelles chaînes d’approvisionnement intérieures pour les matériaux essentiels à la sécurité nationale et à la technologie. L’extraction et le recyclage des déchets sont des pièces critiques pour assurer la durabilité à long terme de ces chaînes d’approvisionnement.
