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Métaux et transition énergétique : ce qu'on ne vous dit pas

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Voitures électriques, panneaux solaires, éoliennes sont souvent présentés comme si voraces en métaux que la transition énergétique ne serait qu'une chimère. On troquerait notre extraction de fossiles pour une extraction de métaux d'une ampleur encore plus grande. Mais est-ce la vérité ? Quand on la compare à l'extraction des fossiles, la transition énergétique est-elle bien une folie extractiviste qui ravagera la croute terrestre ?

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Introduction 0 min
Énergies renouvelables : plus gourmandes que les fossiles 1 min 07
Transition énergétique et extractivisme aujourd'hui 7 min 53
La transition énergétique, ça va demander beaucoup plus de métaux... 11 min 10
... mais la transition énergétique peut diminuer l'extractivisme 13 min 42
Conclusion 18 min 30

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Points clés

La transition énergétique, avec ses panneaux solaires, ses éoliennes et ses voitures électriques, est souvent présentée comme très gourmande en métaux. Et c’est vrai. Une voiture électrique ou une éolienne nécessitent respectivement 6 et 10 fois plus de métaux pour être construit que leur équivalent thermique ou à gaz.

Ces présentations sont toutefois lacunaires. Leur principal défaut est d’oublier les tonnes de fossiles extraites pour le fonctionnement des centrales électriques ou des voitures. Quand on les inclut, on remarque que, sur toute leur durée de vie, les technologies bas carbone nécessitent d’extraire beaucoup moins de matière que leurs homologues fossiles.

On touche ici une vérité troublante de l’extraction de matière. Quand, aujourd’hui, on extrait annuellement 23 millions de tonnes de métal pour la transition énergétique, on extrait 1.6 milliards de tonnes de fer et 15 milliards de tonnes de fossiles (8 milliards de charbon, 4 de pétrole et 3 de gaz). L’extraction de matière, aujourd’hui, est largement dominée par l’extraction des énergies fossiles qui a de lourds impacts. Un exemple : les mines de charbon sont à elles-seules responsables de plus d’un quart de la déforestation minière dans le monde.

Cela dit, les besoins en métaux pour la transition énergétique vont croître. Un scénario de l’AIE les voit même être multipliés par plus de 3 d’ici à 2040. La question est donc de savoir si la diminution des besoins fossiles permise par la transition énergétique va compenser cette augmentation des besoins de métaux.

Nous avons trouvé deux études scientifiques qui ont chacune des défauts mais qui parviennent à la même conclusion. Réussir la transition énergétique dans l’électricité et les voitures permettrait de faire diminuer l’extraction de matières dans le monde. C’est une bonne nouvelle et un fait selon nous trop peu mis en avant dans les débats sur la transition énergétique, ses éoliennes et ses voitures électriques.

Sources et références

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Eoliennes, panneaux solaires, voitures électriques : plus gourmands en métaux que leurs concurrents fossiles

En France, on peut entendre de nombreux experts nous alerter sur le fait que les panneaux solaires, les éoliennes, les voitures électriques, sont très gourmands en matériaux, et surtout en métaux. C’est l’enseignement de nombreux rapports – comme ici celui de l’AIE, l’Agence Internationale de l’Énergie.

La voiture électrique, avec sa batterie, qui de 200 kilos, contient + de 6 fois + de métaux que la voiture thermique et sa trentaine de kilos de métaux.

Côté production d’électricité, les éoliennes nécessitent 10 fois + de métaux que le centrales à gaz, les panneaux solaires 5 fois +

Cette analyse est juste mais, en vérité, bien incomplète.

Les données de l’AIE donnent les quantités de métaux par GW. C’est quoi un GW ? C’est ce que peut produire une installation au maximum de sa puissance.
Mais une centrale à gaz, elle va fonctionner à 85% de sa puissance pendant 30 ans, le panneau solaire lui c’est uniquement 12.5 % de sa puissance pendant 20 ans. 1 GW de solaire et de gaz ne produiront donc pas du tout la même quantité d’électricité durant leur vie.
Si on veut avoir un tableau valable des besoins de métaux par technologie, faut regarder les besoins de métaux par GWh, c’est–dire pour produire la même quantité d’électricité.
Ensuite, dans ce graphique y’a des absents. Le fer, l’aluminium, le chrome, tous ces métaux pourtant très abondamment utilisés dans les voitures et l’électricité ne sont pas comptés. Ca se défend quand on réfléchit à la rareté des métaux mais là, pour réfléchir à la quantité de métal utilisé par chaque techno, c’est bien de tout compter

Si on ajoute tout ça, comme le permet cette étude de 2021 de Watari et ses collègues, voilà ce qu’on trouve.

Pour l’électricité, on voit que le solaire devient terriblement consommateur et que ce sont les énergies fossiles, la biomasse et l’hydroélectricité qui s’en sortent le mieux.

Du côté des voitures, notre électrique ne consomme plus “6 fois + de métaux” mais seulement 20% de plus. L’écart est beaucoup moins choquant. Normal vous me direz, qu’elle soit électrique ou thermique, une voiture, c’est d’abord de l’acier et d’alu.

Cette présentation est intéressante, mais elle laisse de côté une autre consommation de matière très importante, des matières qu’on va aussi chercher dans notre sous-sol : les énergies fossiles, le charbon et le gaz qu’on brûle dans les centrales, et le pétrole qui fait avancer nos voitures.

Éoliennes, panneaux solaires et voitures électriques demandent-ils plus de matières (métaux + carburants) ?

Quand on compte tous les carburants utilisés, le tableau est ENCORE bouleversé, et pas qu’un peu !

Côté électricité, la “meilleure” des fossiles, la centrale à gaz demande 3 fois + de matière pour produire de l’électricité que la “pire” des renouvelables, le panneau solaire.

L’électricité au gaz utilise aussi 57 fois de matière que l’éolien et 114 fois plus que le nucléaire. Intéressant, non ? 🙂

Je vous épargne les ratio avec les centrales à charbon, parce que là, avec tout le charbon qu’on sort de terre, la consommation de matière est délirante.

Pour les voitures, même renversement : sur sa vie, une voiture à essence ou au diesel va utiliser beaucoup, beaucoup plus de matière qu’une voiture électrique. 13 tonnes contre même pas 2 !!!

Voici un tableau qui récapitule les hypothèses retenues pour les calculs d’intensité matière et carburant durant le cycle de vie des centrales électriques et des véhicules.

Les facteurs de charges viennent des standards ACV européens de l’UENCE, à l’exception des centrales nucléaires où le facteur de charge d’EDF 2021 a été retenu. Les durées de vie des centrales viennent de la projection de coût de production d’électricité de l’AIE. Les consommations de carburants viennent des données américaines pour le gaz et le charbon et françaises pour l’uranium du nucléaire.

En conclusion provisoire; on peut retenir que oui, les technos de la transition demandent plus de métaux, mais – et c’est un grand mais, elles nécessitent BEAUCOUP moins de matière extraite du sous-sol pour fonctionner que les technologies fossiles. Je ne sais pas vous, mais pour nous, c’est un résultat très intéressant, et très encourageant ! Et je vous préviens, on est encore qu’au début de nos découvertes du jour.

Maintenant, on va prendre du recul et dézoomer, pour vous présenter l’extractivisme actuel de l’Humanité : notre consommation globale de métaux, d’énergies fossiles, et la part que représentent les technos de la transition dans tout ça.

Le poids de la transition énergétique dans l’extractivisme aujourd’hui : métaux et énergies fossiles

Voici un graphique qui récapitule les chiffres données dans l’animation “des gros cubes” ainsi que leurs sources.

On y voit que la masse totale de métaux que l’Humanité a extraite en 2021 est de près de 1.8 milliards de tonnes ce qui fait, en moyenne 227 kilos par personne.

La quasi totalité de ces métaux, c’est le fer, dont on a extrait 1,6 milliards de tonnes. L’âge du fer n’a pas disparu 🙂

Ensuite, on a d’autres grands métaux, et les métaux dits industriels. Parmi les plus extraits, l’aluminium, le chrome, le manganèse, le cuivre, ou encore le zinc.

En quantités extraites encore plus petites, on peut isoler les métaux technologiques et les métaux précieux. On a le lithium, et ses 232 000 tonnes, le cobalt, ou encore l’argent 26 000 tonnes, et l’or, 3000 tonnes seulement.

La transition énergétique utilise une partie de tous ces métaux. Si on regroupe tous les métaux utilisés aujourd’hui par la transition ( sans le fer parce qu’on a pas les datas) ils représentent quasiment 15% du total des métaux qu’on produit aujourd’hui, c’est pas négligeable.

Maintenant, ajoutons les énergies fossiles. Avec le pétrole, le gaz et le charbon même les 1.6 milliards de tonnes de fer paraissent petites.

Le monde sort chaque année des entrailles de notre planète près de 8 milliards de tonnes de charbon, plus de 4 milliards de tonnes de pétrole et + de 3 milliards de tonnes de gaz.

Le charbon, c’est l’énergie fossile qui émet le plus de CO2. Mais ce qu’on oublie parfois, c’est que c’est aussi une roche qu’on extrait dans des mines, et que les mines de charbon ont des énormes impacts.

Juste un exemple : pour exploiter les énormes mines à ciel ouvert qu’on trouve un peu partout dans le monde, en Indonésie comme en Allemagne, il faut souvent raser des forêts. Des chercheurs ont évalué l’impact des mines du monde entier sur la déforestation, et l’ONG WWF en a fait un rapport en 2023.

[ SOURCE : WWF report, « Extracted Forests: Unearthing the role of mining-related deforestation as a driver of global deforestation », 2023, p.17 L’étude source : Giljum et. al., « A pantropical assessment of deforestation caused by industrial mining », 2022 ]

Entre 2009 et 2019, les mines de charbon ont causé 27% de la déforestation minière.

Les mines de charbon, c’est les mines qui détruisent le plus de forêts après les mines d’or. 30,5% de la déforestation minière vient du précieux métal jaune. L’or et le charbon, c’est à eux deux plus de 57% de la déforestation causée par les mines sur la décennie passée, avec tous les impacts que vous pouvez imaginer sur la biodiversité.

Si vous voulez en savoir plus, sur les énormes impacts des mines de charbon sur l’environnement et sur la santé, on vous recommande d’aller voir la vidéo du Réveilleur. Vous y découvrirez à quel point les mines de charbon, c’est sale. C’est très important de comprendre à quel point les énergies fossiles, et en premier lieu le charbon, ne sont pas qu’un problème pour le climat.

Dans tous les cas, on comprend que c’est bien le monde fossile qui est extractiviste, qui, en plus de perturber définitivement notre climat, fracasse notre croûte terrestre.

Alors ok, les énergies fossiles, c’est sale, et surtout le charbon. Ok, aujourd’hui, les métaux qu’on utilise pour les voitures électriques, les éoliennes et les panneaux solaires, c’est pas grand chose. Mais qu’est-ce qu’ils vont représenter à l’avenir, si le monde s’équipe massivement en éoliennes, en panneaux solaires et en voitures électriques, pour limiter le changement climatique ?

La transition énergétique, ça va demander beaucoup plus de – certains – métaux….

C’est sûr, la transition énergétique va demander plus de métaux. L’Agence internationale de l’énergie fournit une estimation des besoins en métaux pour décarboner l’électricité et les voitures. Ce scénario est hyper ambitieux – il vise à maintenir le réchauffement climatique sous les 1.5° en 2100. Si vous avez vu cette vidéo de notre site, vous savez ce qu’on pense de cet objectif, et si vous ne l’avez pas encore vue, foncez, elle est essentielle pour se repérer dans les scénarios climatiques.

L’AIE projette que oui, la demande de métal pour la transition énergétique va exploser si on veut tenir des objectifs ambitieux.

Au total, il y aurait une multiplication par plus de 3 des principaux métaux pour la transition énergétique d’ici à 2035.

Mais cette augmentation moyenne est “écrasée” par les grands métaux. Même si l’AIE ne compte pas le fer, le cuivre et l’aluminium empêchent de se rendre compte de l’ampleur de la tâche.

Une fois ces grands métaux mis de côté, on voit des croissances de demande vertigineuses. Il faudrait autour de 15 fois + de Lithium et autour de 10 fois plus de Graphite, Nickel ou manganèse pour construire les éoliennes, les panneaux solaires et les voitures électriques dont on a besoin pour un scénario 1,5°. Forcément, avec de telles augmentations, la transition énergétique va capter une part toujours plus importante de la demande de métal.

L’AIE ne donne des estimations que pour certains métaux de la transition énergétique. Je vous le dis tout de suite, ces estimations sont à prendre avec beaucoup de pincettes (le scénario de transition de l’AIE est extrêmement ambitieux, la réalité ira sûrement moins vite et il y’aura probablement l’une ou l’autre évolutions technologiques qui modifieront les prévisions. Mais malgré ces limites, l’AIE nous montre que OUI, pour de nombreux métaux, la transition énergétique va tirer la demande.

Le lithium utilisé dans les transports et l’électricité va rapidement représenter 90% de la demande mondiale du métal. Pour le nickel ou le cobalt – aussi utilisés dans les batteries – ce sera autour de 60% et même pour un métal aussi utilisé que le cuivre, la transition énergétique dans l’électricité et les transports va représenter la moitié de la demande.

Donc oui, construire les infrastructures nécessaires à la transition énergétique va bien demander de plus en plus de métaux. Mais comme on l’a vu, les voitures électriques, les panneaux solaires et les éoliennes permettent de se passer de pétrole, de charbon et de gaz. Il faudrait donc regarder si AU TOTAL, quand on prend en compte toutes les énergies fossiles qu’on aura plus à extraire, la transition énergétique est bien plus gourmande en matériaux que notre monde actuel.

… Mais la transition énergétique peut diminuer l’extractivisme

La transition énergétique va-t-elle augmenter ou diminuer l’extractivisme, la quantité de matière qu’on extrait du sol chaque année ?

Deux études récentes qui cherchent à répondre à cette question. Elles ne sont pas parfaites, elles ont des avantages et des défauts, mais elles nous permettent de nous faire une petite idée.

La première met en regard la consommation de métaux dans le scénario ambitieux de transition énergétique de l’AIE qu’on vous a montré avec la consommation de charbon qu’elle permet de diminuer.

[ SOURCE : Ninjens et. al., “Energy transition will require substantially less mining than the current fossil system”, 2023 ]

Sa particularité c’est qu’il ne prend pas en compte seulement la quantité de MÉTAL ou de CHARBON consommé mais aussi les MINERAIS qu’il a fallu extraire pour le faire.

Ca, c’est très important, parce que jusqu’ici, on a fait comme si extraire 1 kilo de fer, c’était pareil que d’extraire un kilo de cuivre ou un kilo d’or. Mais pas du tout. Extraire 1kg de fer d’un minerai qui en contient 44% en moyenne, ça demande d’extraire beaucoup moins de roches d’une mine que d’extraire 1kg de cuivre d’un minerai qui en contient 0,64%, la moyenne mondiale actuelle.

[ SOURCE : Nassar et al. Rock-to-Metal Ratio: A Foundational Metric for Understanding Mine Wastes, table S4, 2022 ]

Et je ne vous parle même pas de l’or, dont la concentration moyenne est de 0,00008%. 0,00008%, ça fait 0,8 grammes / tonne. La concentration, c’est important, pas seulement pour écouter une vidéo, mais aussi extraite des métaux 🙂

Quand on passe du métal extrait aux minerais, ça multiplie l’extraction nécessaire par 1.5 pour le charbon, par 9 pour les éoliennes, par 13 pour les panneaux solaires et enfin par 56 pour les batteries des voitures électriques. Impressionnant ! L’impact “matière” de la transition énergétique est donc encore plus important quand on tient compte du minerai.

Alors, est-ce qu’avec le minerai, la transition devient plus extractiviste que les énergies fossiles ?

Et bien non ! L’étude montre bien que, dans ce scénario de transition énergétique, l’extraction nécessaire à la transition dans l’électricité et les transports va bien exploser – elle va passer de quasi rien à 4 milliards de tonnes. Ca c’est notre explosion de la consommation de métaux. Mais en même temps, l’extraction de charbon va, elle, tellement s’effondrer qu’au total : dans un monde qui suivrait ce scénario de transition énergétique de l’AIE, l’humanité aurait besoin d’extraire MOINS de ressources du sous-sol qu’aujourd’hui. Et même BEAUCOUP moins. Avec les niveaux actuels de recyclage des métaux, une transition énergétique rapide, gourmande en renouvelables et en voitures électriques, diviserait par 2 la quantité de minerais extraits chaque année en 30 ans. C’est énorme !

Et c’est pas tout 🙂 Avec une amélioration du recyclage des métaux, on peut même diviser par presque 4 la quantité de minerai à extraire chaque année. C’est dingue ! Si c’est bien vrai, c’est une super nouvelle. Mais attention, notre étude n’est pas béton béton : elle a deux défauts.

D’un côté, elle sous-estime ce qu’on peut économiser en extraction des fossiles, parce qu’elle ne compte que les roches, donc le charbon. Elle ne compte pas le pétrole – liquide – qu’on laissera dans le sol grâce aux voitures électriques. Pareil pour l’électricité. Elle ne compte pas le gaz qu’on brûle aujourd’hui dans les centrales au gaz et qui va lui aussi diminuer.
Inversement, cette étude ne compte que les métaux critiques pour la transition analysés par l’AIE : le cuivre, le lithium, etc. Elle ne compte pas les deux gros métaux ultra communs que sont le fer et l’aluminium. Aucune raison de les exclure quand on réfléchit à l’extractivisme de la transition.
Cette étude minimise donc à la fois les quantités de matières extraites pour la transition énergétique ET les quantités de fossiles que cette transition nous permet de laisser dans le sol.

On a trouvé une deuxième étude, très récente elle aussi, qui n’a pas ces défauts – elle compte bien l’extraction de tous les métaux nécessaires à la transition énergétique – donc aussi le fer et l’alu – ET elle regarde la diminution de toutes les énergies fossiles et pas seulement le charbon.

[ SOURCE: Watari et. al., “Sustainable energy transitions require enhanced resource governance”, 2021 ]

Et bonne nouvelle, cette étude trouve la même chose que la première. Par contre, si cette deuxième étude n’a pas les défauts de la première, elle en a d’autres. Et oui, l’étude parfaite n’existe pas 🙂 en tout cas, pas encore 😉

Sa première limite, c’est qu’elle se base sur des données assez anciennes (+- 2015), qui majorent la consommation en métal des panneaux solaires et des éoliennes. Ça veut dire que les besoins en métaux de la transition sont sûrement exagérés.
Le deuxième défaut va dans l’autre sens : l’étude ne compte pas toute la transition électrique, mais seulement la production des éoliennes et des panneaux solaires. Les besoins en métaux pour construire le réseau électrique et les moyens de stockage nécessaires pour faire tourner un système électrique fortement renouvelable sont laissés en dehors des calculs, alors que l’étude d’avant les comptait. Ca sous-estime les besoins en métaux de la transition. Les réseaux par exemple, c’est des millions de tonnes de câbles en cuivre ou en alu !
Enfin, notre deuxième étude ne compte pas seulement le minerai extrait du sol pour obtenir les métaux ou le charbon. Elle utilise un concept un peu mal défini, celui de “Total material requirement”, les besoins matériels totaux qui semble inclure beaucoup de choses : le minerai extrait, mais aussi les résidus miniers et les matières requises pour le raffinage jusqu’au carburant et à l’eau utilisé dans la mine.

Mais vous pouvez retenir que dans l’état actuel des connaissances, réaliser la transition dans l’électricité et les voitures, ça demande plus de métaux, oui, mais ça fait aussi diminuer l’extractivisme, la quantité de trucs qu’on doit extraire du sol de notre planète.

Et ça, c’est à la fois une bonne nouvelle et un fait très peu connu du grand public 🙂