Économie des ressources naturelles
Contexte et introductionRédaction
Le concept de ressource perpétuelle est complexe et évolue avec l’avènement de nouvelles technologies (généralement une récupération plus efficace), de nouveaux besoins, et dans une moindre mesure avec de nouvelles économies (par exemple, l’évolution des prix de la matière, l’évolution du coût de l’énergie…). D’une part, un matériau (et ses ressources) peut entrer dans une période de pénurie et devenir un matériau stratégique et critique (une crise d’épuisabilité immédiate), mais d’autre part, un matériau peut cesser d’être utilisé, sa ressource peut devenir perpétuelle si elle ne l’était pas auparavant, puis la ressource peut devenir une paléoressource lorsque le matériau cesse presque complètement d’être utilisé (par exemple, les ressources de silex de qualité pointe de flèche). Certaines des complexités qui influencent les ressources d’un matériau comprennent l’étendue de la recyclabilité, la disponibilité de substituts appropriés pour le matériau dans ses produits d’utilisation finale, plus certains autres facteurs moins importants.
Le gouvernement fédéral a soudainement commencé à s’intéresser de manière impérieuse aux questions de ressources le 7 décembre 1941, peu après que le Japon ait coupé les États-Unis de l’étain et du caoutchouc et ait rendu certains autres matériaux très difficiles à obtenir, comme le tungstène. Ce dernier a été le pire des cas pour la disponibilité des ressources, devenant un matériau stratégique et critique. Après la guerre, un stock gouvernemental de matériaux stratégiques et critiques a été créé, comprenant une centaine de matériaux différents achetés au comptant ou obtenus en échangeant des produits agricoles américains contre ces matériaux. À plus long terme, la rareté de l’étain a conduit plus tard à substituer complètement le papier d’aluminium au papier d’étain et les boîtes de conserve en acier revêtues de polymère et les emballages aseptiques aux boîtes en acier galvanisé à l’étain.
Les ressources évoluent au fil du temps avec la technologie et l’économie ; une récupération plus efficace entraîne une baisse de la teneur en minerai nécessaire. La teneur moyenne du minerai de cuivre traité est passée de 4,0% de cuivre en 1900 à 1,63% en 1920, 1,20% en 1940, 0,73% en 1960, 0,47% en 1980 et 0,44% en 2000.
Le cobalt était dans un état d’approvisionnement douteux depuis que le Congo belge (seule source importante de cobalt au monde) a obtenu une indépendance précipitée en 1960 et que la province productrice de cobalt a fait sécession sous le nom de Katanga, suivie de plusieurs guerres et insurrections, de suppressions de gouvernements locaux, de destructions de chemins de fer et de nationalisations. Le tout a été couronné par une invasion de la province par les rebelles katangais en 1978 qui a perturbé l’approvisionnement et le transport et a fait tripler brièvement le prix du cobalt. Alors que l’approvisionnement en cobalt était perturbé et que le prix s’envolait, le nickel et d’autres substituts ont été mis sous pression.
A la suite de cela, l’idée d’une « guerre des ressources » par les Soviétiques est devenue populaire. Plutôt que le chaos résultant de la situation du cobalt zaïrois, il s’agirait d’une stratégie planifiée, destinée à détruire l’activité économique en dehors du bloc soviétique par l’acquisition de ressources vitales par des moyens non économiques (militaires ?) en dehors du bloc soviétique (tiers-monde ?), puis en retenant ces minerais à l’Ouest.
Une façon importante de contourner une situation de cobalt ou une situation de « Guerre des ressources » est d’utiliser des substituts d’un matériau dans ses utilisations finales. Certains critères pour un substitut satisfaisant sont (1) une disponibilité immédiate au niveau national en quantités adéquates ou une disponibilité auprès des nations contiguës, ou éventuellement auprès d’alliés d’outre-mer, (2) la possession de propriétés physiques et chimiques, de performances et d’une longévité comparables au matériau de premier choix, (3) un comportement et des propriétés bien établis et connus, en particulier en tant que composant d’alliages exotiques, et (4) une capacité de traitement et de fabrication avec des changements minimaux dans la technologie, l’usine de capital et les installations de traitement et de fabrication existantes. Parmi les substitutions suggérées, citons l’alunite au lieu de la bauxite pour fabriquer de l’alumine, le molybdène et/ou le nickel au lieu du cobalt, et les radiateurs automobiles en alliage d’aluminium au lieu des radiateurs automobiles en alliage de cuivre. Les matériaux peuvent être éliminés sans substituts matériels, par exemple en utilisant des décharges d’électricité à haute tension pour façonner des objets durs qui étaient auparavant façonnés par des abrasifs minéraux, ce qui donne des performances supérieures à moindre coût, ou en utilisant des ordinateurs/satellites pour remplacer les fils de cuivre (lignes terrestres).
Un moyen important de remplacer une ressource est la synthèse, par exemple, les diamants industriels et de nombreux types de graphite, bien qu’un certain type de graphite puisse être presque remplacé par un produit recyclé. La plupart des graphites sont synthétiques, par exemple, les électrodes de graphite, la fibre de graphite, les formes de graphite (usinées ou non) et la poudre de graphite.
Une autre façon de remplacer ou d’étendre une ressource est de recycler le matériau souhaité à partir de rebuts ou de déchets. Cela dépend du fait que le matériau soit dissipé ou non ou qu’il soit disponible sous la forme d’un produit durable qui n’est plus utilisable. La récupération du produit durable dépend de sa résistance à la dégradation chimique et physique, des quantités disponibles, du prix de la disponibilité et de la facilité d’extraction du produit d’origine. Par exemple, le bismuth contenu dans les médicaments pour l’estomac est désespérément dispersé (dissipé) et donc impossible à récupérer, alors que les alliages de bismuth peuvent être facilement récupérés et recyclés. Le graphite en paillettes peut être récupéré à partir d’une ressource renouvelable appelée kish, un déchet sidérurgique créé lorsque le carbone se sépare sous forme de graphite dans le kish du métal en fusion avec les scories. Après avoir été refroidi, le kish peut être traité.
Plusieurs autres types de ressources doivent être introduits. Si les matériaux stratégiques et critiques sont le pire des cas pour les ressources, à moins d’être atténués par la substitution et/ou le recyclage, l’un des meilleurs est une ressource abondante. Une ressource abondante est une ressource dont le matériau n’a jusqu’à présent trouvé que peu d’utilisation, comme l’utilisation d’argiles à haute teneur en aluminium ou d’anorthosite pour produire de l’alumine, et le magnésium avant qu’il ne soit récupéré dans l’eau de mer. Une ressource abondante est assez similaire à une ressource perpétuelle. La base de réserve est la partie d’une ressource identifiée qui a un potentiel raisonnable de devenir économiquement disponible à un moment au-delà de celui où la technologie et l’économie actuelles sont en fonctionnement. Les ressources identifiées sont celles dont l’emplacement, la teneur, la qualité et la quantité sont connus ou estimés à partir de preuves géologiques spécifiques. Les réserves sont la partie de la base de réserves qui peut être extraite économiquement au moment de la détermination ; les réserves ne devraient pas être utilisées comme substitut des ressources car elles sont souvent déformées par la fiscalité ou les besoins de relations publiques de la société propriétaire.
Modèles complets de ressources naturellesModification
Harrison Brown et associés ont déclaré que l’humanité traitera un « minerai » de qualité de plus en plus faible. Le fer proviendra d’un matériau ferrifère de faible qualité, comme une roche brute provenant de n’importe quel endroit d’une formation ferrifère, pas très différente de l’intrant utilisé pour fabriquer des boulettes de taconite en Amérique du Nord et ailleurs aujourd’hui. À mesure que les réserves de charbon à coke diminuent, la production de fonte brute et d’acier fera appel à des procédés n’utilisant pas de coke (c’est-à-dire l’acier électrique). L’industrie de l’aluminium pourrait passer de l’utilisation de la bauxite à celle de l’anorthosite et de l’argile. La consommation de magnésium métal et de magnésie (par exemple dans les réfractaires), actuellement obtenus à partir de l’eau de mer, augmentera. Le soufre sera obtenu à partir de pyrites, puis de gypse ou d’anhydrite. Les métaux tels que le cuivre, le zinc, le nickel et le plomb seront obtenus à partir de nodules de manganèse ou de la formation Phosphoria (sic !). Ces changements pourraient se produire de manière irrégulière dans différentes parties du monde. Alors que l’Europe et l’Amérique du Nord pourraient utiliser l’anorthosite ou l’argile comme matière première pour l’aluminium, d’autres parties du monde pourraient utiliser la bauxite, et alors que l’Amérique du Nord pourrait utiliser la taconite, le Brésil pourrait utiliser le minerai de fer. De nouveaux matériaux apparaîtront (note : ils sont déjà apparus), résultat des avancées technologiques, certains agissant comme des substituts et d’autres ayant de nouvelles propriétés. Le recyclage deviendra plus courant et plus efficace (remarque : il l’a déjà fait !). En fin de compte, les minéraux et les métaux seront obtenus en traitant des roches « moyennes ». La roche, 100 tonnes de roche ignée « moyenne », donnera huit tonnes d’aluminium, cinq tonnes de fer et 0,6 tonne de titane.
Le modèle de l’USGS basé sur les données d’abondance de la croûte et la relation réserve-abondance de McKelvey, est appliqué à plusieurs métaux dans la croûte terrestre (dans le monde entier) et dans la croûte américaine. Les ressources potentielles actuellement récupérables (technologie actuelle, économie) qui se rapprochent le plus de la relation de McKelvey sont celles qui sont recherchées depuis le plus longtemps, comme le cuivre, le zinc, le plomb, l’argent, l’or et le molybdène. Les métaux qui ne suivent pas la relation McKelvey sont ceux qui sont des sous-produits (des métaux majeurs) ou qui n’ont pas été vitaux pour l’économie jusqu’à récemment (titane, aluminium à un moindre degré). Le bismuth est un exemple de métal sous-produit qui ne suit pas très bien la relation ; les réserves de plomb de 3 % dans l’ouest des États-Unis ne contiendraient que 100 ppm de bismuth, ce qui est clairement trop faible pour une réserve de bismuth. Le potentiel mondial de ressources récupérables est de 2 120 millions de tonnes pour le cuivre, 2 590 millions de tonnes pour le nickel, 3 400 millions de tonnes pour le zinc, 3 519 MILLIARDS de tonnes pour l’aluminium et 2 035 MILLIONS de tonnes pour le fer.
Divers auteurs ont d’autres contributions. Certains pensent que le nombre de substituts est presque infini, notamment avec le flux de nouveaux matériaux issus de l’industrie chimique ; des produits finis identiques peuvent être fabriqués à partir de matériaux et de points de départ différents. Les plastiques peuvent être de bons conducteurs électriques. Comme tous les matériaux sont 100 fois plus faibles qu’ils ne devraient théoriquement l’être, il devrait être possible d’éliminer les zones de dislocation et de les renforcer considérablement, ce qui permettrait d’utiliser des quantités moindres. Pour résumer, les entreprises » minières » auront des produits de plus en plus diversifiés, l’économie mondiale s’éloigne des matériaux pour se tourner vers les services, et la population semble se niveler, ce qui implique une diminution de la croissance de la demande de matériaux ; une grande partie des matériaux sera récupérée à partir de roches un peu rares, il y aura beaucoup plus de coproduits et de sous-produits d’une opération donnée, et davantage de commerce de minéraux et de matériaux.
Tendance aux ressources perpétuellesEdit
A mesure que les nouvelles technologies radicales ont un impact de plus en plus puissant sur le monde des matériaux et des minéraux, les matériaux utilisés sont de plus en plus susceptibles d’avoir des ressources perpétuelles. Il y a déjà de plus en plus de matériaux qui ont des ressources perpétuelles et de moins en moins de matériaux qui ont des ressources non renouvelables ou qui sont des matériaux stratégiques et critiques. Certains matériaux à ressources perpétuelles comme le sel, la pierre, le magnésium et l’argile commune ont été mentionnés précédemment. Grâce aux nouvelles technologies, les diamants synthétiques ont été ajoutés à la liste des ressources perpétuelles, car ils peuvent être facilement fabriqués à partir d’un morceau d’une autre forme de carbone. Le graphite synthétique, quant à lui, est fabriqué en grande quantité (électrodes en graphite, fibre de graphite) à partir de précurseurs de carbone tels que le coke de pétrole ou une fibre textile. Une entreprise appelée Liquidmetal Technologies, Inc. utilise l’élimination des dislocations dans un matériau avec une technique qui permet de surmonter les limitations de performance causées par les faiblesses inhérentes à la structure atomique du cristal. Elle fabrique des alliages métalliques amorphes, qui conservent une structure atomique aléatoire lorsque le métal chaud se solidifie, plutôt que la structure atomique cristalline (avec dislocations) qui se forme normalement lorsque le métal chaud se solidifie. Ces alliages amorphes ont des propriétés de performance bien supérieures à la normale ; par exemple, leurs alliages Liquidmetal zirconium-titane sont 250 % plus résistants qu’un alliage de titane standard. Les alliages Liquidmetal peuvent supplanter de nombreux alliages à haute performance.
L’exploration des fonds marins au cours des cinquante dernières années a révélé des nodules de manganèse et des nodules de phosphate en de nombreux endroits. Plus récemment, des gisements de sulfures polymétalliques ont été découverts et des « boues noires » de sulfures polymétalliques sont actuellement déposées par des « fumeurs noirs » La situation de pénurie de cobalt de 1978 a maintenant une nouvelle option : le récupérer à partir des nodules de manganèse. Une entreprise coréenne prévoit de commencer à développer une opération de récupération des nodules de manganèse en 2010 ; les nodules de manganèse récupérés contiendraient en moyenne 27% à 30% de manganèse, 1,25% à 1,5% de nickel, 1% à 1,4% de cuivre et 0,2% à 0,25% de cobalt (qualité commerciale) Nautilus Minerals Ltd. prévoit de récupérer des matériaux de qualité commerciale contenant en moyenne 29,9 % de zinc, 2,3 % de plomb et 0,5 % de cuivre dans des gisements massifs de sulfures polymétalliques au fond des océans, à l’aide d’un dispositif sous-marin ressemblant à un aspirateur qui combine certaines technologies actuelles d’une manière nouvelle. Les partenaires de Nautilus sont Tech Cominco Ltd et Anglo-American Ltd, des entreprises internationales de premier plan.
Il existe également d’autres techniques d’exploitation minière par robot qui pourraient être appliquées sous l’océan. Rio Tinto utilise des liaisons par satellite pour permettre à des travailleurs situés à 1500 kilomètres de distance de faire fonctionner des appareils de forage, de charger des cargaisons, d’extraire du minerai et de le déverser sur des bandes transporteuses, et de placer des explosifs pour faire sauter ensuite la roche et la terre. L’entreprise peut ainsi mettre les travailleurs à l’abri du danger et utiliser moins de travailleurs. Cette technologie réduit les coûts et compense la baisse de la teneur en métaux des réserves de minerai. Ainsi, une variété de minéraux et de métaux peuvent être obtenus à partir de sources non conventionnelles avec des ressources disponibles en énormes quantités.
Enfin, qu’est-ce qu’une ressource perpétuelle ? La définition de l’ASTM pour une ressource perpétuelle est la suivante : » une ressource qui est pratiquement inépuisable à l’échelle de temps humaine « . Les exemples donnés sont l’énergie solaire, l’énergie marémotrice et l’énergie éolienne, auxquels il faut ajouter le sel, la pierre, le magnésium, les diamants et les autres matériaux mentionnés ci-dessus. Une étude sur les aspects biogéophysiques de la durabilité a abouti à une règle de prudence selon laquelle un stock de ressources doit durer 700 ans pour atteindre la durabilité ou devenir une ressource perpétuelle, ou dans le pire des cas, 350 ans.
Si une ressource qui dure 700 ans ou plus est perpétuelle, celle qui dure de 350 à 700 ans peut être qualifiée de ressource abondante, et est ainsi définie ici. La durée de récupération de la matière à partir de sa ressource dépend du besoin humain et de l’évolution de la technologie depuis l’extraction jusqu’à l’élimination finale en passant par le cycle de vie du produit, plus la recyclabilité de la matière et la disponibilité de substituts satisfaisants. Plus précisément, cela montre que l’épuisement ne se produit pas tant que ces facteurs ne s’affaiblissent pas et ne jouent pas : la disponibilité de substituts, l’étendue du recyclage et sa faisabilité, une fabrication plus efficace du produit de consommation final, des produits de consommation plus durables et plus longs, et même un certain nombre d’autres facteurs.
Les informations et les conseils les plus récents sur les types de ressources à prendre en compte sont couverts sur le Guide des ressources-Mise à jour
Transition : des ressources perpétuelles aux paléoressourcesMise à jour
Les ressources perpétuelles peuvent effectuer une transition vers le statut de paléoressource. Une paléoressource est une ressource dont la demande pour la matière qui en est extraite est faible ou nulle ; une matière obsolète, les humains n’en ont plus besoin. La paléoressource classique est un silex de qualité flèche ; personne ne fabrique plus de flèches ou de pointes de lance en silex – il est beaucoup plus simple d’utiliser un morceau de ferraille aiguisé. Les produits obsolètes comprennent les boîtes de conserve, le papier d’aluminium, le tableau noir en ardoise des écoles et le radium dans la technologie médicale. Le radium a été remplacé par le cobalt 60 et d’autres radio-isotopes, beaucoup moins chers, dans les traitements par radiation. Le plomb non corrosif comme revêtement de câble a été remplacé par les plastiques.
L’anthracite de Pennsylvanie est un autre matériau où la tendance à l’obsolescence et à devenir une paléoressource peut être montrée statistiquement. La production d’anthracite était de 70,4 millions de tonnes en 1905, 49,8 millions de tonnes en 1945, 13,5 millions de tonnes en 1965, 4,3 millions de tonnes en 1985 et 1,5 million de tonnes en 2005. La quantité utilisée par personne était de 84 kg par personne en 1905, de 7,1 kg en 1965 et de 0,8 kg en 2005. Comparez cela aux réserves d’anthracite de l’USGS de 18,6 milliards de tonnes et aux ressources totales de 79 milliards de tonnes ; la demande d’anthracite a tellement baissé que ces ressources sont plus que perpétuelles.
Puisque les ressources d’anthracite sont si loin dans la gamme des ressources perpétuelles et que la demande d’anthracite a tellement baissé, est-il possible de voir comment l’anthracite pourrait devenir une paléoressource ? Probablement en continuant à faire disparaître les clients (c’est-à-dire en les convertissant à d’autres types d’énergie pour le chauffage des locaux), le réseau d’approvisionnement s’atrophie à mesure que les revendeurs de charbon anthracite ne parviennent pas à conserver suffisamment d’activité pour couvrir les coûts et ferment, et que les mines dont le volume est trop faible pour couvrir les coûts ferment également. Il s’agit d’un processus qui se renforce mutuellement : les clients se convertissent à d’autres formes d’énergie plus propres qui produisent moins de pollution et de dioxyde de carbone, puis le négociant en charbon doit fermer parce que le volume des ventes n’est pas suffisant pour couvrir les coûts. Les autres clients du négociant en charbon sont alors contraints de se convertir, à moins qu’ils ne trouvent un autre négociant en charbon à proximité. Enfin, la mine d’anthracite ferme parce qu’elle n’a pas assez de volume de ventes pour couvrir ses coûts.