Approches d'évaluation des minéraux essentiels et exemples ... · une étude sur le terrain –...

© Sa Majesté la Reine du chef du Canada, représentée par le ministre des Ressources naturelles, 2017

Approches d'évaluation des minéraux essentielset exemples: énergie propre et aérospatiale

Leonard Surges, Ressources naturelles Canada

International Summer School on the Geopolitics of Energy & Natural ResourcesCalgary, AlbertaLe 16 avril 2017


Retour vers 1842, où le charbon régnait en maître• Le financement d’un levé géologique de la Province du Canada est accordé en

1841– L’économie industrielle a besoin d’une industrie minière viable pour être concurrentielle– Un directeur nommé en avril 1842 prépare une compilation, établi un siège social et planifie

une étude sur le terrain– Les progrès industriels en Angleterre montrent à quel point le charbon est essentiel à la

croissance économique

• En 1844, le directeur rapporte qu'aucun gisement de charbon n’a été découvert

– Toutes les roches de la province sont plus anciennes que les premières formations carbonifères connues


Les matières sont importantes• L'énergie et les matières sont utilisées pour fournir de la nourriture, des abris, des moyens de

communication, des soins de santé, des infrastructures, de la machinerie et de l’équipement, des moyens de transport, des services publics, ainsi que des moyens de défense et de sécurité

– L'intensité de l’utilisation des matières augmente au fur et à mesure que les pays se développent, s’industrialisent et augmentent leurs revenus par habitant

– Un amalgame de plus en plus diversifié de minéraux et de métaux permet l’application de technologies avancées

• La plupart des éléments sont des métaux ou des métalloïdes– Les métaux servent principalement d’alliages dans lesquels un métal est combiné à d'autres éléments,

tandis que les métalloïdes sont utilisés dans de nombreux matériaux électroniques– Les propriétés des alliages dépendent de la composition, de la structure et de l'histoire thermomécanique– L’ajout de petites quantités peut produire d’importants effets– De nombreux métaux et métalloïdes sont rarement présents en quantité et en concentration rentables


National Research Council des États-Unis4

• Cette étude fournit un cadre pour identifier et évaluer les minéraux essentiels pour l'industrie et les technologies émergentes

• Son cadre est utilisé par des ministères et des organismes gouvernementaux des États-Unis, le Canada, la Commission européenne, l'Allemagne, le Japon et le Royaume-Uni

• La méthodologie a été adaptée et appliquée par de grandes entreprises pour évaluer et gérer les risques


National Science and Technology Council des États-Unis5

• Une étude du Subcommittee on Critical and Strategic Mineral Supply Chains du National Science and Technology Council vise à fournir une alerte précoce

• Les critères de sélection des minéraux pouvant devenir essentiels ont été choisis à l’aide d’une analyse statistique

• Leur application nécessiterait des données d'utilisation détaillées


Comment évaluons-nous la criticité?• Méthode d’évaluation par les pairs employée par les États-Unis,

l'Allemagne, le Royaume-Uni, la Commission européenne et le Japon

• Axe vertical : conséquence d'une restriction de l’approvisionnement

– Les facteurs incluent la disponibilité, le rendement et le coût des substituts potentiels pour différentes applications

• Axe horizontal : risque d'une restriction de l’approvisionnement

– Concentration de la production, fiabilité de l'approvisionnement

• Une cote de 1 à 4 est attribuée à chaque dimension et groupe d'applications

– Le risque d'une restriction d'approvisionnement peut différer pour chaque groupe ou forme (p. ex. : concentré, métal raffiné, métal certifié)

– Un résultat composite peut être calculé à partir de modèles d'utilisation

– Les résultats pour les groupes d'applications donnent un aperçu des mécanismes d'ajustement et des options stratégiques

Faible Risque de restrictions de l’approvisionnement Élevé

Faib

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Co

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Élev

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Comment interprétons-nous les résultats?L’axe vertical correspond aux conséquences d'une restriction de l’approvisionnement

– Une cote de 4 indique l’absence de substitut dans un groupe d'applications, ou bien l’existence de substituts potentiels qui réduisent de façon substantielle le rendement

– Nous attribuons une note plus basse aux groupes d'applications ayant des substituts

– Une cote composite basée sur des facteurs de pondération

Des facteurs liés au marché influent sur l’attribution de cotes pour le risque de restrictions de l’approvisionnement

– Concentration et localisation de la production et du traitement à l'échelle mondiale

– Contributions des coproduits et du recyclage

– Risque lié au pays et facteurs géopolitiques

La criticité augmente du coin inférieur gauche au coin supérieur droit

– Les applications essentielles reçoivent des cotes maximales sur les deux axes

– Les applications essentielles et quasi essentielles méritent un examen plus fréquent

EssentielleQuasi essentielleNon essentielle


Faib

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Co

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Électricité propre

Solaire photovoltaïque (PV) : un ensemble de sous-produits


Les prix et les politiques dynamisent la production

• Les préoccupations en matière de qualité de l'air font obstacle à l'autorisation de centrales au charbon

• Les centrales au gaz délogent celles au charbon si les prix sont plus bas

• Le nucléaire est en déclin• Sans le Plan d'énergie propre, on

constate un ralentissement de la croissance des énergies renouvelables et du gaz

• Le retour de charbon ne serait probablement pas une option populaire dans ce cas

Production nette d'électricité des États-Unis à partir de certains combustibles en milliards de kilowattheures Référence

Aucun Plan d’énergie propre

charbon

historique

gas naturel

nucléaireénergiesrenouvelables

pétrole


Changements des capacités de productionScénario de référence

• À court terme, les coûts d'investissement moindres des énergies éolienne et solaire et les crédits d'impôt qui y sont rattachés favorisent sa croissance

• Les prix du gaz naturel et le Plan d’énergie propre entraînent la fermeture des centrales au charbon

solaireéolienpétrole et gaznucléaireautrecharbon

fermetures

historique

Source : EIA, Annual Energy Outlook 2017

Hausse annuelle de la capacité de production d'électricité et fermetures (scénario de référence)

hausse


Les générateurs d'utilisation finale favorisent la capacité solaire PV

Secteurs Type 2016 Hausse nette 2050 Croissance %/a Hausse nette 2050 Croissance %/aSecteur de l'énergie électrique Solaire PV 19.4 128.6 148.0 6.2 86.3 105.6 5.1

Éolien 81.3 105.0 186.3 2.5 73.9 155.2 1.9Générateurs d'utilisation finale Solaire PV 14.4 211.3 225.7 8.4 207.3 221.8 8.4

Éolien 3.1 3.0 6.2 2.0 2.3 5.4 1.6Tous les secteurs Solaire PV 35.6 340.1 375.7 7.2 293.8 329.4 6.8

Éolien 84.4 108.1 192.5 2.5 76.2 160.6 1.9Source : EIA, Annual Energy Outlook 2017

Scénario de référence sans plan d'énergie propreScénario de référence

Énergie renouvelables

Scénario : scénario de référenceGW

Secteur de l'énergie électrique : capacité estivale nette : solaire photovoltaïqueSecteur de l'énergie électrique : capacité estivale nette : éolienGénérateurs d'utilisation finale : capacité estivale nette : solaire photovoltaïque

Générateurs d'utilisation finale : capacité estivale nette : éolienTous les secteurs : capacité estivale nette : éolien

Tous les secteurs : capacité estivale nette : solaire

Source : Energy Information Administration des États-Unis


Croissance mondiale du solaire PV

Source: Jessika Trancik et autres, « Technology improvement and emissions reductions as mutually reinforcing efforts: Observations from the global expansion of solarand wind energy », MIT Institute for Data, Systems and Society, novembre 2015.

• Les hausses de capacité ont été modélisées en fonction des contributions prévues déterminées au niveau national, de la disponibilité des ressources et des coûts

• Ces hausses augmentent la part du solaire PV et de l’éolien dans les grandes économies émettrices de GES

• Le solaire PV et l’éolien contribueront à entre 3,8 % et 8,9 % de la demande mondiale d'électricité estimée à 30 000 TWh en 2030, si le solaire PV et l’éolien atteignent respectivement 4,9 et 2,7 fois les niveaux de 2014

Éolien 2014Éolien 2030Solaire PV, 2014Solaire PV, 2030

Capacité de 2014 par rapport à 2030, éolien et solaire PVChine

UE-28

É.-U.

Inde

Japon


Facteurs favorisant le solaire PV• Des matières sont nécessaires à la fabrication de cellules solaires, à l’assemblage et à

l’installation des panneaux, ainsi qu’à la connexion à la grille• Les technologies silicium cristalline (c-Si); tellurure de cadmium (CdTe); sélénide du

cuivre, de l’indium, et du gallium (CIGS) et le silicium-germanium amorphe (α-SiGe) dépendent des éléments suivants :

– L'argent (Ag) dans les pâtes conductrices, et le silicium (Si)– Le cadmium (Cd) et le tellure (Te)– Le cuivre (Cu), l’indium (In), le gallium (Ga) et le sélénium (Se)– Le silicium (Si) et le germanium (Ge)

• Tous, à l'exception du silicium et du cuivre, sont principalement produits en tant que sous-produits


Contraintes potentielles pour le solaire PVContraintes des sous-produits pour la conversion énergétique en technologies solaires photovoltaïques

Matières Silicium Argent Cadmium Tellure Cuivre Indium Gallium Sélénium GermaniumSymbole Si Ag Cd Te Cu In Ga Se Ge

Sous-produit Non Oui Oui Oui Non Oui Oui Oui OuiPrincipaux produits S.O. Plomb, zinc, cuivre Zinc Cuivre S.O. Zinc Bauxite, zinc Cuivre Zinc

Intensité 2 000 t/GW 25 t/GW 60 t/GW 60 t/GW 8 t/GW 15 t/GW 5 t/GW 40 t/GW ?Production annuelle

(t) 26 800 23 000 400 655 375 4 000 155Source USGS USGS USGS USGS USGS 5N USGS

Contrainte 1070 GW 380 GW 7 GW 44 GW 75 GW 100 GW ?REMARQUE: Les intensités de matières sont des moyennes courantes, qui ne tiennent pas compte des pertes de matières (Trancik et autres). Les contraintes ne tiennent pas compte du recyclage et ou d'autres utilisations.

• Le solaire PV dépend des matières pour la conversion énergétique et d'autres fonctions• La silicium cristalline (c-Si) est la technologie dominante, soit environ 90% de part de marché• Le silicium est abondant, mais un substitut d'argent pourrait être requis pour optimiser le c-Si PV• Les technologies photovoltaïques à couches minces (CdTe et CIGS) ont diminué les coûts; les

fournisseurs de c-Si ont réagi à cette baisse, mais les couches minces dépendent de matériaux produits en petites quantités

• Des niveaux élevés de déploiement dépendent de taux de croissance des sous-produits qui n'ont été observés pour aucun métal

Source : Trancik et autres (paraphrasé)


Transport propreBatteries perfectionnées pour véhicules électriques


Global EV Outlook• Le stock de véhicules électriques à batterie (VEB) a dépassé celui

des véhicules hybrides rechargeables (VHR) en 2013• Le nombre de véhicules électriques (VE) a presque doublé en 2014

et en 2015, pour atteindre 1,26 million (0,1 %)– L'Amérique du Nord représentait 34 %, l'Asie 36 % et l'Europe

près du tiers des stocks mondiaux de VE en 2015– Les ventes en Chine ont dépassé celles des États-Unis en 2015,

avec des parts de marché de 1 % et 0,7 %, respectivement• Electric Vehicles Initiative (EVI) vise 20 millions de VE d'ici 2020

(1,7 %)• La Déclaration de Paris sur l'électromobilité et les changements

climatiques et l'appel à l'action visent 100 millions de VE et 400 millions de véhicules électriques à deux et trois roues en 2030

Source: Global EV Outlook 2016: Beyond one million electric cars, Electric Vehicles Initiative, IEA


Prévision des types de batteries de VE

10% 8% 7% 6% 6%23% 18% 14% 20% 16% 12% 10%

25%25% 26% 26% 27%

25%23%

22%20%

19% 18%

16%

62% 63% 65% 67% 68%52% 59% 64% 60% 65% 70%

74%

3% 3% 2% 1%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

2016 2017F 2018F 2019F 2020F 2021F 2022F 2023F 2024F 2025F 2026F 2027F

NCA LFP NMC LMO

Source : Tahuti GlobalNCA : oxyde d’aluminium, de lithium, de nickel et de cobaltPFL : phosphate de fer lithiéNMC : oxyde de lithium, de cobalt, de manganèse et de nickelLMO : oxyde de lithium et de manganèse


Chaîne d’approvisionnement de batteries au lithium-ion

Raw materials for connections

Raw materials for battery control unit

Raw materials for electronic ci rcuits

Raw materials for mechanical systems

Raw materials for thermal systems

Steel or Aluminum

Other raw materials for electrolyte

Raw materials fororganic solvent

Raw materials forLi thium salt

Raw materials for the Separator

Raw materials for Cathode Binder

Aluminum

Lithium and other raw material for Cathode

Mining Materials Extraction

Materials ProcessingRefining & Metal Making

Components / Parts Manufacture

BatteryManufacture

CarManufacture

Internal / ExternalConnections

Battery Control

Electronic Ci rcui ts

Mechanical Systems

ThermalSubsystems

Metal recovery

Battery recycling

Landfil l

Battery Electric Vehicle

(BEV)

Plug-in Hybrid Electric Vehicle(PHEV)

Hybrid Electric Vehicle

(HEV)

Li thium-ion battery cell

andmodules

Li thium-ion battery pack(Complete)

Anode Electrode(-)

Cathode Electrode(+)

Separator

Cas ing

Electrolyte

Raw materials for Anode Binder

Copper

Carbon and other raw material for cathode

Binder

Col lector

Graphite and /orother Material

LiNiMnCoO2 (NMC)LiNiCoAlO2 (NCA)LiFePO4 (LFP)Conductive additivesOther mixed metal oxides

Col lector

Binder

Other electrolyte components

Organic solvent

Li thium salt

Matières utilisées dans les cathodesCode Description Composition présumée

NCA Oxyde d’aluminium, de lithium, de nickel et de cobalt LiNi0,8Co0,15Al0,05O2

PFL Phosphate de fer lithié LiFePO4

NMC Oxyde de lithium, de cobalt, de manganèse et de nickel LiNi0.8Mn0.2Co0.2O2Source : Tahuti Global

Recyclage des métaux

Recyclage des batteries

Décharge

Fabricationde voitures

Fabricationde batterie

Véhicule électrique à

batterie (VEB)

Véhicule hybride

rechargeable (VHR)

Véhicule hybride

électrique (VHE)

Modules et cellule de

batterie au lithium-ion

Batterie lithium-ion (complète)

Fabrication de composants/pièces

Liant

Circuits électroniques

Séparateur

Systèmes mécaniques

Sous-systèmes thermiques

Électrolyte

Enveloppe

Électrode de cathode+-)

Électrode d’anode(-)

Connexionsinternes/ externes

Commande de batterie

Collecteur

Graphite etautres matières

Traitement et raffinage des matières et fabrication de métaux

LiNiMnCoO2 (NMC)LiNiCoAIO2 (NCA)LiFePO4 (PFL)Additifs conducteursAutres oxydes de composésmétalliques

Liant

Collecteur

Extraction dematières minières

Autres composants électrolytiques

Solvant organique

Sel de lithium)

Matières premières pour systèmes mécaniques

Matière première pour circuits électroniques

Matières premières pour dispositif de commande de batterie

Matières premières pour connexions

Matières premières pour solvant organique

Autres matières premières pour électrolytes

Acier oualuminium

Matières premières pour systèmes thermiques

Matéres premières pour liant de cathode

Matières premières pour séparateur

Matières premières pour sel de lithium

Cuivre

Matières premières pour liant

Lithium et autres matières premières pour cathode

Aluminium

Carbone et autres matières premières pour cathode


Contraintes possibles pour les VEcompte tenu de la croissance annuelle des ventes de VE de 28% totalisant 12 millions de VE en 2027 (12 %)

Matières utilisées dans les batteries pour véhicules électriquesMatières Lithium Graphite Cobalt Manganèse NickelSymbole Li Cg Co Mn Ni

Sous-produit Non Non Oui Non NonPrincipaux produits S.O. S.O. Cuivre, nickel S.O. S.O.

Production de 2016 (t)Production minière 35 000 1 200 000 123 000 16 000 000 2 250 000

Source USGS USGS USGS USGS USGSAffiné 94 000

Source CDIUtilisation en 2016

Total 37 800 85 000Source USGS CDI

Toutes les batteries 14 700 200 000 42 500 300 000Source USGS Tahuti Global Tahuti Global Tahuti Global

Véhicules électriques2016 3 000 28 000 4 000 10 000 16 0002027 45 000 325 000 75 000 188 000 300 000

Source Tahuti Global Tahuti Global Tahuti Global Tahuti Global RNCanNotes 1 2 3 4 5

1 Trois pays représentent 91 % de la production minière en 2016 : l'Australie, le Chili et l'Argentine. Les sources incluent le spodumène et les saumures.

2 De nouvelles mines sont nécessaires pour fournir du graphite doté des propriétés souhaitées.

3 Cinq pays représentent 76 % de la production de cobalt affiné en 2015 : la Chine, la Finlande, la Belgique, le Canada et l’Australie.

4Le ferromanganèse constitue la majorité de la production, tandis que le dioxyde de manganèse est utilisé dans des piles alcalines; une nouvelle capacité de raffinage est requise.

5Cinq pays représentent 67 % de la production de nickel affiné en 2015 : la Chine, la Russie, le Japon, le Canada et l’Australie. De nouvelles mines de sulfure sont nécessaires.


Transport et énergie propres

Superalliages pour l’aérospatiale et d’autres turbines à gaz


Des solutions liées aux matières augmentent le rendement Spécifications nominales pour les superalliages à base de nickel choisis

Alliage Carbon, C Chrome, Cr Cobalt, Co Molybdène, Mo Titane, Ti Aluminium, AlIN-100 0,18 10 15 3 4,70 5,50IN-738 0,17 16 8,50 1,75 3,40 3,40713C 0,12 12,50 4,20 0,80 6,10

Alliage Vanadium, V Zirconium, Zr Boron, B Fer, Fe Manganèse, Mn Silicium, SiIN-100 0,90 0,06 0,014 LAP LAP LAPIN-738 0,10 0,010 LAP LAP LAP713C 0,10 0,012 LAP LAP LAP

Alliage Soufre, S Nickel, Ni Tungsten, W Tantale, Ta Niobium, Nb Cuivre, CuIN-100 LAP 60IN-738 LAP 61 2,60 1,75 0,90713C 76 Ta+Nb 2,20 LAP

LAPLe plus bas possible; les niveaux maximum sont également définis. Le nickel compose le reste, donc le contenu différe des niveaux indiqués.

• Des températures de fonctionnement plus élevées améliorent l'efficacité énergétique et réduisent les émissions et le bruit

• Les exigences incluent une résistance élevée à l'oxydation, une résistance élevée à une large plage de températures, une forte résistance au fluage et un faible coefficient de dilatation thermique


Le point sur le nickel, le chrome et le cobalt• L'acier inoxydable est la principale utilisation du nickel et du chrome

– L'utilisation de l'acier inoxydable dépend de la production industrielle et des biens durables– Les ferro-alliages et la fonte brute de nickel fournissent de nouvelles unités de chrome et de nickel– La ferraille réduit l'utilisation des ferroalliages dans les pays et les régions développés

• La demande aérospatiale pour les superalliages à base de nickel est en hausse– Pratt et Witney prévoit une augmentation nette de 40 % de l'utilisation du nickel sur cinq ans, malgré les

réductions de poids et le recyclage– Les superalliages exigent également du cobalt et du chrome– Le chrome provient des ferrailles et des nouvelles unités métalliques à faible teneur en fer

• Les batteries augmentent l'utilisation du cobalt et constituent une source croissante de demande en nickel, en graphite et en lithium


Sources de risque23

Passé PrésentMatières premières Minerai ou concentré Concentré, résidus, ferrailles,

matières recyclables

Métaux Principaux métaux Métaux accessoires

Minéraux Produits de base Produits spécialisés

Produits Produits de base Matériel façonné

Commerce Direct Direct et indirect

Chaînes de valeur Nationales ou régionales Mondiales

Géopolitique Guerre, interruptions du travail, sanctions commerciales

Guerre, sanctions commerciales, restrictions à l'exportation, mesures techniques


Chrome et cobalt, 201424

Acier inoxydable

Matériaux réfractaires

Superalliages

Produits chimiques, autres

Produits métallurgiques

Composite

Médicaments

Produits chimiques

Aimants

Composite

Chrome Cobalt


Faib

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nÉl

evée

Faib

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evée



Résultats des composites, 201425

CobaltTerres rares

Lithium

TantaleGraphite

Indium Chrome

Antimoine

Tungsten

PGM

Titane

Cadmium

Gallium

Sélénium

• Une cote de criticité plus élevée n'implique pas un risque socioéconomique plus élevé

• Mécanismes d'ajustement possibles :– Variation des prix, compétition des matières

et destruction de la demande– Investir dans un nouvel approvisionnement– Augmenter la collecte et le recyclage– Développer des substituts améliorés– Limiter le commerce et allouer des matières

• Les mécanismes fonctionnent à différents intervalles de temps et nécessitent une coordination

• Les études de cas et les survols historiques sont instructifsFa

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Conclusion• Le Canada est un important producteur et exportateur net de minéraux et de métaux qui est

étroitement intégré aux principales chaînes de valeur mondiales– Les entreprises sont principalement responsables d'évaluer et de gérer les risques et doivent avoir accès à des

marchés, à des matières importées et à d'autres biens et services

• La matrice de criticité fournit un cadre pour l'analyse et les décisions des entreprises et des gouvernements

– Une application efficace nécessite une compréhension des chaînes de valeur mondiales et continentales, du traitement, des risques d’approvisionnement et des priorités

– Les problèmes de sécurité des matières présentent des occasions et des menaces pour le Canada et les investisseurs

• Le capital mondial pour l’exploitation minière et de la fabrication est mobile– Des délais incertains, des lacunes dans les infrastructures, des coûts de transport et d'autres considérations

peuvent remettre en question les facteurs économiques du projet et influer sur les décisions d'investissement

Date post:	21-Aug-2020
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