Près de 100 milliards de dollars de terres rares pourraient être enfouis aux États-Unis.

Les déchets issus de la combustion des énergies fossiles pourraient bien dissimuler un gisement d’éléments de terres rares valant des milliards de dollars.

D’après une étude parue en 2024, des géologues estiment que les cendres de charbon produites par les centrales thermiques au charbon pourraient renfermer jusqu’à 165 milliards de dollars américains (US$165 billion) d’éléments de terres rares, et qu’une part atteignant 97 milliards de dollars (up to $97 billion) pourrait, en pratique, être récupérable.

Cendres de charbon et éléments de terres rares : une ressource nationale potentielle

Selon une équipe pilotée par des géoscientifiques de l’Université du Texas à Austin, développer des filières de récupération de ces éléments offrirait aux États-Unis une source domestique d’éléments critiques, sans l’effort d’une nouvelle exploitation minière et sans dépendre des importations, qui fournissent aujourd’hui la majorité des terres rares utilisées dans le pays.

« Cela illustre parfaitement le mantra “des déchets au trésor” », explique la géologue Bridget Scanlon de la Jackson School of Geosciences. « Nous essayons essentiellement de boucler la boucle et d’utiliser des déchets pour y récupérer des ressources, tout en réduisant les impacts environnementaux. »

Que sont les terres rares, et pourquoi sont-elles stratégiques ?

Les éléments de terres rares (souvent abrégés en ETR) regroupent 17 éléments : les 15 lanthanides du tableau périodique, auxquels s’ajoutent l’yttrium et le scandium. Aux États-Unis, ils figurent parmi les « minéraux critiques » et sont indispensables à des centaines d’industries et de technologies, notamment les batteries, les éoliennes, les voitures électriques et les smartphones.

Or, les États-Unis disposent de peu de réserves propres d’ETR. Ils dépendent donc presque entièrement des importations, dont la plus grande partie - environ 70 % - provient de Chine.

Un gisement « à ciel ouvert » : des décennies de cendres accumulées

Des travaux récents suggèrent pourtant l’existence d’un stock d’ETR encore largement inexploité, littéralement sous nos yeux : les 52 milliards de tonnes de déchets de cendres de charbon générés par les centrales électriques américaines depuis les années 1950.

Le principe est le suivant. Le charbon - de la matière végétale ancienne fossilée - n’est pas une substance pure : au cours de sa formation et de sa consolidation sur des durées immenses, il incorpore des traces d’autres matériaux. À ce stade, ces quantités sont si faibles que leur extraction n’aurait aucun intérêt ; leur valeur ne dépasserait de toute façon pas celle du charbon comme source d’énergie fossile.

Pourquoi la combustion concentre les ETR dans les cendres

Quand le charbon brûle, la situation change. Les composés combustibles - comme le carbone, l’hydrogène et le soufre - se transforment en gaz et s’échappent, tandis que les fractions non combustibles demeurent. Parmi elles : des minéraux argileux, du quartz et des éléments de terres rares.

Comme une grande partie de la masse du charbon se volatilise sous forme de fumées, la concentration d’ETR dans la cendre vitreuse restante devient 4 à 10 fois plus élevée que dans le charbon non brûlé.

Il faut toutefois préciser que ces teneurs restent nettement inférieures à celles des minerais exploités commercialement. Mais le raffinage des cendres de charbon ne nécessite pas d’ouvrir de nouvelles mines : il s’appuie sur un matériau déjà extrait, ce qui peut en faire une option intéressante.

Ce que chiffrent les données (1985–2021) et les montants en jeu

Coprésidée par Bridget Scanlon et le géologue Robert Reedy, l’équipe a rassemblé des décennies d’informations portant sur la composition des cendres, l’efficacité des procédés d’extraction et l’emplacement des sites de stockage à travers les États-Unis. Les chercheurs évaluent à 11 millions de tonnes la quantité d’ETR potentiellement présente dans des dépôts de cendres accessibles entre 1985 et 2021 - soit près de huit fois la quantité figurant dans les réserves américaines actuelles.

La valeur théorique totale des 15 lanthanides présents dans l’ensemble des cendres de charbon américaines serait d’environ $56 billion. Toutefois, selon les sites, 30 à 70 % de ces cendres seraient réellement accessibles, ce qui ramènerait la valeur totale des cendres accessibles à $14 billion.

D’après leurs calculs, les lanthanides qu’il serait possible d’extraire de manière réaliste à partir de ces cendres accessibles atteindraient une valeur pouvant aller jusqu’à $8.4 billion.

Mais si l’on ajoute l’yttrium et le scandium à l’ensemble, les estimations grimpent fortement : la valeur totale atteint US$165 billion, dont $97 billion seraient récupérables, selon l’étude.

Un potentiel encore largement théorique, mais pris au sérieux

Ces chiffres restent en grande partie théoriques, car les méthodes d’extraction font encore l’objet de recherches. Néanmoins, l’enjeu est suffisamment important pour que des scientifiques - et le gouvernement américain - examinent ces pistes avec sérieux.

« En plus de renforcer la sécurité énergétique aux États-Unis grâce au développement de ressources en ETR, la valeur économique liée à la production de ces ETR pourrait contribuer à compenser les coûts de remise en état de décharges ou de bassins de cendres non étanchéifiés situés dans des zones environnementalement vulnérables », concluent les auteurs.

« Le potentiel de développement de ressources en ETR à partir de cendres de charbon devrait être évalué à l’échelle mondiale dans les pays où des cendres de charbon sont disponibles. »

D’autres sources possibles d’éléments de terres rares, avec leurs propres défis

Il existe de nombreuses autres voies envisagées pour s’approvisionner en éléments de terres rares, mais plusieurs d’entre elles pourraient également présenter des difficultés d’extraction.

Ces dernières années, des scientifiques ont par exemple avancé que les volcans pourraient constituer une source riche en minéraux de valeur.

« Les volcans éteints riches en fer sont souvent exploités pour leur minerai de fer », expliquait le géologue Michael Anenburg de l’Université nationale australienne sur La Conversation.

« Nos résultats indiquent que des mines existantes dans ce type d’endroits peuvent potentiellement être adaptées pour produire aussi des terres rares. »

Une autre piste vient du monde végétal. Dans une étude publiée ce mois-ci, des chercheurs ont identifié une fougère dotée d’une capacité remarquable, inscrite dans ses tissus : celle de capter et de stocker des éléments de terres rares à partir de sols métallifères, extrayant ainsi naturellement ces ressources du sol.

« Les éléments de terres rares sont des métaux critiques pour l’énergie propre et les applications de haute technologie, mais leur approvisionnement se heurte à des défis environnementaux et géopolitiques », expliquent dans leur article le géoscientifique Liuqing He (Académie chinoise des sciences) et ses collègues.

« La phytomine, une stratégie verte utilisant des plantes hyperaccumulatrices pour extraire des métaux du sol, offre un potentiel pour un approvisionnement durable en ETR, mais reste encore peu explorée. »

Tandis que la recherche continue d’examiner ces opportunités, il est clair que beaucoup dépendra de la manière dont le monde choisira d’extraire ces éléments précieux.

L’étude sur les cendres de charbon a été publiée en novembre 2024 dans la Revue internationale de la science et de la technologie du charbon.