Comment réussir une transition écologique la plus propre possible ? Grâce aux géologues. Trois chercheurs du laboratoire Géosciences Montpellier* ambitionnent de mieux comprendre les processus de formation des métaux rares utilisés dans les technologies dites « vertes » afin de relocaliser et faciliter leur exploitation.

Lithium, tungstène, germanium, gallium, indium… Ces métaux ont tous une particularité : ils sont indispensables aux nouvelles technologies. Le tungstène ? Précieux dans certains alliages aéronautiques. Le lithium ? Essentiel aux technologies automobiles et informatiques. Quant aux métaux rares que ce sont le gallium, le germanium et l’indium, ils sont nécessaires à la fabrication de panneaux solaires, ce qui fait d’eux les ingrédients incontournables du développement des énergies renouvelables.

« Pour diminuer nos émissions de carbone, on plébiscite les énergies renouvelables, qu’on considère parfois comme des énergies propres, explique Bénédicte Cenki-Tok. Mais la seule énergie propre, c’est celle que l’on n’utilise pas » précise la géologue. Et pour cause : la chaîne d’approvisionnement de ces fameux métaux rares utilisés dans les technologies vertes peut difficilement être qualifiée de « propre ».

Énergies « propres »

« Actuellement, le marché mondial des métaux rares est dominé par la Chine, explique Alexandre Cugerone qui a consacré sa thèse à ce sujet. La dépendance de l’Europe est quasi totale vis-à-vis de l’Asie, des Amériques et de l’Afrique. L’importation de ressources métallifères pour nos technologies du 21e siècle, dont certaines avec une forte connotation « vertes » ou « renouvelables », en provenance de pays lointains avec des règles environnementales d’exploitation laxistes ou inexistantes, est particulièrement paradoxale », déplore le chercheur.

C’est là qu’interviennent les géologues. « Ces métaux sont indispensables pour développer ces technologies, ce qu’il faut faire c’est donc tenter de les exploiter d’une manière réfléchie et intelligente », explique Émilien Oliot. Et pour mieux les exploiter, il est avant tout nécessaire de comprendre comment ils se forment et se concentrent dans la nature. « Nous connaissons depuis longtemps les processus qui engendrent les roches métamorphiques et les chaînes de montagne, les conditions de température et de pression inhérentes à leur formation. Ces connaissances qui peuvent paraître désuètes sont en fait justement celles qui permettent de comprendre les processus de formation et de concentration des métaux critiques impliqués dans les technologies modernes », complète Bénédicte Cenki-Tok.

Terrils miniers

L’objectif des géologues : inspirer de nouvelles méthodes d’exploration et de valorisation écoresponsables de certains déchets issus de l’exploitation minière passée. Car ces métaux précieux ne se trouvent pas uniquement au bout du monde, mais parfois sous notre nez, ou presque. « Pour certains métaux rares, on sait quels sont les minéraux de base porteurs, et on sait donc où aller les chercher », explique Emilien Oliot. Où ? Dans les terrils miniers par exemple, ces collines artificielles construites par accumulation de sous-produits de l’exploitation minière.

On trouve ces métaux critiques soit en infimes quantités, disséminés dans les minerais de base comme par exemple le zinc et le cuivre, soit parfois dans des minéraux hyperconcentrés, plus petits qu’un dixième de millimètre. Pour mieux comprendre l’intérêt de ces terrils, les chercheurs utilisent une analogie culinaire. « Considérons un seul gâteau, avec de la poudre de chocolat répartie uniformément dans la pâte à gâteau, et des pépites de chocolat. Sous quelle forme le chocolat est-il le plus facile à récupérer pour les gourmands une fois le gâteau réalisé ? Les pépites bien sûr. Le principe est le même dans notre étude : il est plus facile d’extraire les métaux critiques concentrés dans des petits minéraux – nos pépites de chocolat – plutôt que disséminés dans le minerai de base – la poudre de chocolat dans la masse du gâteau. »

Pépites de chocolat

Les chercheurs ont par exemple montré que la déformation du minerai de sulfure de zinc, contemporaine de la formation de chaînes de montagnes, favorise la re-concentration du germanium dans des minéraux hyperconcentrés, « nos fameuses pépites de chocolat, que l’on retrouve notamment au coeur des Pyrénées ». Pour les géologues, il devient donc très intéressant de rechercher les sites miniers où la déformation par des processus géologiques naturels a joué un rôle de « concentrateur naturel » de métaux rares.

« De nombreux sites miniers ont anciennement été exploités pour leurs métaux de base uniquement et les terrils provenant de cette exploitation passée pourraient être valorisés, notamment dans les Pyrénées, le Massif central mais aussi dans les Alpes, ou dans les montagnes scandinaves du nord de l’Europe. Ils peuvent constituer de potentielles ressources en métaux rares », soulignent les géologues.

Redistribuer les ressources

Avec un autre avantage de poids : ces métaux pourraient être plus faciles à extraire. « Quand un métal rare, par exemple le germanium, est disséminé dans le minerai, l’extraction est complexe et nécessite des processus lourds. Par contre, si ces métaux rares sont concentrés – comme des pépites de chocolat – dans de petits minéraux, leur séparation pourrait être simplifiée », précise Alexandre Cugerone.

Une piste prometteuse pour sortir de la dépendance quasi-totale des pays européens en matière de métaux rares. « Les impacts sociaux et environnementaux de cette exploitation sont préoccupants, on ne peut pas se contenter de délocaliser la pollution générée par cette exploitation, mettent en garde les géologues. Il faut avant tout travailler de manière inclusive avec les pays producteurs et intégrer tous les acteurs, afin de mieux redistribuer les ressources. » Que chacun ait sa part… du gâteau.

* Géosciences Montpellier (UM – CNRS – Université des Antilles)
Redistribution of germanium during dynamic recrystallization of sphalerite. Alexandre Cugerone, Bénédicte Cenki-Tok, Emilien Oliot, Manuel Muñoz, Fabrice Barou, Vincent Motto-Ros, Elisabeth Le Goff, Geology (2020) 48 (3): 236–241