Quel est l’impact de l’éolien sur l’extraction de terres rares ?

En résumé : Les terres rares regroupent un ensemble de 17 métaux. Contrairement à leur appellation, ces métaux sont en fait aussi abondants que le nickel ou le cuivre, ils ne sont donc pas si rares, mais beaucoup plus dispersés dans la croute terrestre. Cela implique des précautions lors de leur exploitation, pour prévenir les pollutions qu’elles peuvent engendrer. Cet enjeu des terres rares reste minoritaire lors des débats sur l’éolien, puisque 97 % des éoliennes installées en France n’utilisent pas de terres rares dans leur génératrice. Les 3,3 % d’éoliennes concernées par les terres rares utilisent des aimants permanents, qui impliquent un recours au terres rares. L’utilisation des terres rares n’est donc pas indispensable pour l’énergie éolienne. Il s’agit simplement d’un choix technologique, actuellement très minoritaire.

Proportion des éoliennes avec terres rares en France

97 % des éoliennes installées en France n’utilisent pas de terres rares dans leur génératrice. Le procès qui est fait aux éoliennes de consommer de grandes quantités de terres rares n’est donc pas fondé, particulièrement sur le territoire français et s’agissant d’éoliennes terrestres. Sur les 3 658 éoliennes étudiées dans le rapport sur l’analyse du cycle de vie de l’éolien français, 83 éoliennes utilisaient des aimants permanents (qui contiennent des terres rares) soit 2,3 % du total (Cycleco pour l’Ademe 12/2015 chiffres p.20)

« Le parc éolien terrestre français est peu consommateur d’aimants permanents : seuls 3 % de la capacité installée y a recours. » Source : Ademe – Les avis de l’Ademe l’énergie éolienne – 04/2016

« En France, seuls 3 % du parc éolien terrestre installé comportent des aimants permanents » Source : CGEDD & Conseil général de l’économie – Rapport Economie circulaire dans la filière éolienne terrestre en France 05/2019 (p.7)

D’après les chiffres des installations fin 2018, on comptabilisait moins de 3 % d’éoliennes ayant recours à des terres rares par leur choix technologique.

• Vestas a installé en France un modèle de turbine synchrone à aimants permanents avec multiplicateur la Vestas V112 3.0 Gridstream qui représentait environ la moitié des V112, soit 180 MW installés en France.
• Siemens-Gamesa dispose d’un modèle utilisant des aimants permanents, en l’occurrence la plateforme Siemens 3.X direct drive, qui représentait 316 MW installés fin 2018.
• Chez les autres constructeurs minoritaires, les technologies des marques WinWind, Vensys, Goldwind et Poma Leitwind utilisent des aimants permanents. Ces constructeurs cumulent 54 MW de puissance installée.

Au total, c’est donc 550 MW de puissance installée en France, soit 2,9 % du parc français, qui utilise des aimants permanents.

« En terrestre, aucune modification majeure de la structure du parc éolien n’est prévue pour les années à venir, et les aimants permanents devraient rester très largement minoritaires. » Source : Ademe – Fiche technique : Terres rares, énergies renouvelables et stockage d’énergie – 12/2019 (p.7)

Technologie des éoliennes avec terres rares

Seules les éoliennes utilisant une technologie synchrone nécessitant des aimants permanents ont besoin d’une certaine quantité de terres rares. Dans ce cas, les terres rares représentent environ 30 % de la masse des aimants permanents, dont une majorité de néodyme puis du praséodyme, du dysprosium et du terbium. Ces matériaux permettent de construire des aimants puissants et compacts.

« Les terres rares interviennent dans la composition des générateurs dits « synchrones » dans lequel le rotor est un aimant permanent. » Source : Ministère de la Transition Écologique et Solidaire – Programmation Pluriannuelle de l’Énergie 2019-2023 / 2024-2028 (Projet pour consultation)

L’utilisation des terres rares n’est donc pas indispensable pour l’énergie éolienne. Il s’agit simplement d’un choix technologique actuellement très minoritaire.

Le choix d’une technologie à aimants permanents permet une génératrice plus compacte et donc moins de poids en nacelle. C’est la raison pour laquelle les génératrices à aimants permanents sont majoritairement utilisées pour les éoliennes en mer (offshore), d’autant que ces dernières sont plus puissantes. Ce sont également des éoliennes dont les coûts de maintenance sont plus élevés, du fait de leur localisation, et qui exigent des technologies avec une maintenance réduite.

La technologie à aimant permanent avec transmission directe nécessite environ 8 fois plus d’aimants permanents que celle avec multiplicateur, qui permet de réduire significativement la taille de la génératrice.

Réduction et alternatives aux terres rares

Les terres rares regroupent un ensemble de 17 métaux dont les 4 nécessaires pour les aimants permanents représentent environ 20 % du volume extrait. Ces matériaux ne sont en fait pas vraiment rares à l’échelle mondiales, mais ils sont très peu concentrés dans la croute terrestre. Leur extraction liée à d’autres matériaux, est donc limitée aux sites avec une bonne concentration. Les constructeurs qui ont recours à ce type de matériaux sont très attentifs aux conditions d’extraction de cette matière première.

 « La problématique de l’utilisation des aimants permanents a donc été bien prise en compte par les constructeurs. Ce n’est donc pas un sujet critique pour les éoliennes terrestres. » Source : Ademe – Fiche technique : Terres rares, énergies renouvelables et stockage d’énergie – 12/2019 (p.7)

Depuis 1970, les terres rares sont utilisées dans de nombreuses autres applications et technologies telles que l’automobile, l’aéronautique, la téléphonie, l’informatique, le pétrole…

Les constructeurs utilisant ce type de technologie travaillent sur des aimant permanents utilisant une part plus faible de terres rares, en particulier les terres rares lourdes. Certaines recherches portent également sur des aimants permanents substituant la ferrite aux terres rares.

« Les fabricants d’éoliennes cherchent à s’affranchir de cette dépendance en utilisant des aimants permanents à plus faible teneur en terre rare (réduction d’un quart de la quantité de dysprosium), voire en développant des prototypes de génératrice synchrone sans aimants à terres rares (ils sont remplacés par des aimants à ferrite) » Source : CGEDD & Conseil général de l’économie – Rapport Economie circulaire dans la filière éolienne terrestre en France 05/2019 (p.41)

Rappelons par ailleurs que la consommation des terres rares concerne de nombreux autres secteurs que l’éolien offshore. Il s’agit donc d’un sujet plus large à traiter à l’échelle mondiale et industrielle.