Les aimants permanents, qui contiennent les éléments critiques néodyme, praséodyme, terbium et dysprosium, sont largement utilisés dans les moteurs de véhicules électriques et les générateurs d'éoliennes. À mesure que l'utilisation des terres rares dans ces applications magnétiques se généralise, les aimants en fin de vie deviendront une source alternative essentielle de terres rares critiques, en complément des sources minérales primaires. IDTechEx prévoit que d'ici 2045, la valeur des terres rares critiques récupérées à partir de sources secondaires telles que les moteurs à aimants permanents s'élèvera à 1,2 milliard de dollars.
Pourquoi les aimants en terres rares sont-ils importants ?
En 2023, les applications magnétiques représentaient 29 % de la demande mondiale de terres rares en poids. Les aimants permanents en terres rares, notamment les aimants au néodyme (NdFeB) et au samarium-cobalt, servent à convertir l'énergie électrique en énergie cinétique. De ce fait, ils sont couramment utilisés dans les moteurs de véhicules électriques et les éoliennes. Parmi leurs autres applications fréquentes, on peut citer les actionneurs de disques durs, les équipements médicaux tels que les appareils d'IRM et les haut-parleurs.
Demande mondiale de terres rares pour les applications et utilisations courantes des aimants. Source : IDTechEx
Les objectifs climatiques internationaux imminents, qui reposent sur la décarbonation des technologies énergétiques et de transport, stimulent la demande en aimants permanents à base de terres rares. Les moteurs à aimants permanents à base de terres rares utilisés dans les véhicules électriques offrent généralement la puissance, la densité de couple et le rendement les plus élevés, à un coût de fabrication relativement faible, comparativement aux autres technologies de moteurs. De ce fait, les moteurs à aimants à base de terres rares ont conservé plus de 77 % du marché des moteurs pour véhicules électriques au cours des neuf dernières années. IDTechEx prévoit que le nombre de moteurs électriques déployés doublera d'ici 2035.
L'impact des difficultés d'approvisionnement en terres rares sur les aimants
La forte concentration régionale de l'approvisionnement en terres rares et des capacités de raffinage représente un risque persistant pour le marché des aimants. La Chine transforme chaque année plus de 90 % des terres rares mondiales ; pour les terres rares lourdes, comme le dysprosium et le terbium, ce chiffre atteint presque 100 %. Cette concentration régionale de l'approvisionnement s'étend également aux étapes de transformation en aval, où 92 % de la production d'alliages magnétiques à plus forte valeur ajoutée (par exemple, NdPr et NdFeB) et la fabrication d'aimants sont réalisées en Chine.
Le prix des principaux matériaux magnétiques a connu une forte volatilité ces dernières années en raison des problèmes d'approvisionnement en terres rares. En 2011, les restrictions à l'exportation de terres rares imposées par la Chine ont multiplié par plus de sept le prix du néodyme, tandis que celui du dysprosium a bondi d'environ 2 000 %. Plus récemment, les prix des terres rares ont atteint un pic en 2022, soit environ quatre fois leur moyenne des huit dernières années. Le risque de nouvelles fluctuations de prix représente toujours une menace importante pour les marchés des aimants à base de terres rares, dans un contexte de demande croissante.
L’interdiction récente par la Chine des exportations de technologies d’extraction et de séparation des terres rares a accru l’intérêt du marché pour les sources alternatives de précurseurs d’aimants. En septembre 2024, la Nouvelle-Zélande est devenue le dernier pays en date à classer les terres rares parmi les matériaux critiques, rejoignant ainsi l’UE, les États-Unis, le Royaume-Uni, le Japon et d’autres. L’émergence de listes de matériaux critiques à travers le monde souligne la demande croissante de développement de capacités nationales de production et de transformation des terres rares critiques.
Comment récupérer les terres rares contenues dans les aimants en fin de vie ?
La disponibilité limitée des minéraux de terres rares primaires dans de nombreuses régions fait des aimants en fin de vie une source alternative essentielle de ces éléments critiques. Les aimants permanents peuvent contenir davantage de terres rares que de nombreuses sources minérales primaires. Par exemple, un aimant NdFeB contient environ 33 % de terres rares en poids, dont jusqu'à 31 % de néodyme. En revanche, les minéraux à faible teneur en terres rares généralement extraits en contiennent environ 1 % en poids.
Les start-ups adoptent différentes approches pour récupérer le néodyme, le praséodyme, le terbium et le dysprosium contenus dans les aimants en fin de vie.
Les procédés de récupération à cycle long permettent d'extraire, de séparer et de récupérer les terres rares critiques contenues dans les aimants sous forme d'oxydes de terres rares isolés. Des entreprises telles qu'Ionic Technologies, Carester et Shin-Etsu Chemical développent des technologies d'extraction par solvant classiques, tandis que ReElement utilise un procédé de séparation chromatographique pour récupérer les terres rares des aimants en réduisant la consommation de solvant.
L'un des avantages de la récupération des terres rares par cycles longs réside dans la possibilité d'utiliser, au besoin, des matières premières minérales primaires. De plus, la commercialisation d'oxydes de terres rares isolés sur divers marchés d'application (autres que celui des aimants) contribue à la viabilité des modèles économiques en phase de démarrage, le temps que les filières de recyclage des aimants se mettent en place.
Récupération critique des terres rares à court et à long terme à partir d'aimants en fin de vie. Source : IDTechEx
Le recyclage en circuit court traite directement les aimants aux terres rares pour les convertir en matériau magnétique pur recyclé. Noveon Magnetics utilise la métallurgie des poudres, un procédé de frittage à haute température, pour recycler les aimants en fin de vie et les transformer en nouveaux aimants conservant 84 % de leur force magnétique initiale. HyProMag, quant à elle, emploie un procédé de décrépitation à l'hydrogène (réaction avec de l'hydrogène gazeux) pour extraire un alliage NdFeB pur des aimants aux terres rares en fin de vie.
IDTechEx estime que 195 tonnes d'aimants aux terres rares seront recyclées en 2024 grâce à des procédés en boucle courte. À mesure que l'utilisation des terres rares se généralise dans les applications magnétiques, les procédés en boucle courte devraient devenir des stratégies de valorisation de plus en plus intéressantes, du fait de leur efficacité énergétique et chimique supérieure à celle des solutions en boucle longue.
Conclusions et perspectives du marché
L'électrification des parcs automobiles mondiaux continue de stimuler la demande d'aimants à base de terres rares. Cette demande ne devrait pas faiblir : la Chine étant le plus grand marché de véhicules électriques, les moteurs à aimants permanents à base de terres rares devraient conserver la majorité des parts de marché. Si les capacités critiques de raffinage des terres rares et de traitement des aimants resteront concentrées en Chine dans un avenir prévisible, cela représente une opportunité évidente pour le développement de sources alternatives de terres rares, notamment la récupération des aimants eux-mêmes.
IDTechEx prévoit que d'ici 2045, 1,2 milliard de dollars de terres rares critiques pourront être récupérés annuellement à partir de sources secondaires, et que la valeur de ces terres rares récupérables devrait croître à un TCAC de 14,9 %. Le choix entre les stratégies de récupération à cycle long et à cycle court reste à déterminer. L'un des objectifs actuels des jeunes entreprises de recyclage des terres rares est de développer des modèles économiques durables en attendant que des volumes importants de matériaux en fin de vie soient disponibles pour la récupération. À cet égard, les entreprises de traitement à cycle long sont bien positionnées, car les principaux acteurs complètent actuellement leurs matières premières avec des déchets miniers et d'autres minéraux primaires provenant de petites mines d'Amérique du Nord, d'Australie et d'Afrique centrale.
Auteur : Dr Jack Howley, analyste technologique chez IDTechEx
