Pendant des millions d’années, la nature s’est essentiellement débrouillée avec quelques éléments du tableau périodique. Le carbone, le calcium, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote, le phosphore, le silicium, le soufre, le magnésium et le potassium sont les éléments constitutifs de presque toute la vie sur notre planète (troncs d’arbres, feuilles, cheveux, dents, etc.). Cependant, pour construire le monde des humains – y compris les villes, les produits de santé, les chemins de fer, les avions et leurs moteurs, les ordinateurs, les smartphones, etc. – de nombreux autres éléments chimiques sont nécessaires.
Un article récent, publié dans Tendances en écologie et évolution et rédigé par des chercheurs du CREAF, de l’Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) et du Conseil national de la recherche espagnol (CSIC), avertit que la gamme d’éléments chimiques dont les humains ont besoin (quelque chose scientifiquement connu sous le nom d’élémentome humain) s’écarte de plus en plus de celle dont la nature exige (l’élémentome biologique).
En 1900, environ 80 % des éléments utilisés par l’homme provenaient de la biomasse (bois, végétaux, aliments, etc.). Ce chiffre était tombé à 32 % en 2005 et devrait se situer autour de 22 % en 2050. Nous nous dirigeons vers une situation où 80 % des éléments que nous utilisons sont d’origine non biologique.
Les éléments non biologiques sont rares ou pratiquement absents dans les organismes vivants, et rares en général ; dans de nombreux cas, leurs principales réserves sont situées dans une poignée de pays seulement. Ils doivent être obtenus à partir de sources géologiques, ce qui implique l’extraction, le commerce entre les pays et le développement de technologies de recyclage efficaces, tandis que leur rareté et leur localisation créent un potentiel de conflits sociaux, économiques, géopolitiques et environnementaux.
Ainsi, ce qui pourrait apparaître au premier abord comme une question purement scientifique a en réalité des répercussions beaucoup plus profondes. « Maintenir l’élémentome humain sera de plus en plus compliqué et risqué ; il faudra le faire en termes de justice environnementale, et bien sûr, avec une utilisation plus rationnelle des ressources limitées de la Terre », résume Jaume Terradas, fondateur du CREAF. , professeur honoraire à l’UAB et l’un des trois auteurs de l’article.
L’humanité, fermement liée à son utilisation expansive du tableau périodique
L’étude revient sur l’histoire de l’humanité en relation avec son utilisation des éléments du tableau périodique. « L’homme est passé de l’utilisation de matériaux communs, tels que l’argile, la pierre et la chaux, dont les éléments sont constamment recyclés dans le sol, dans la nature et dans l’atmosphère, à l’utilisation de nombreux autres éléments, dont notamment ceux dits terres rares. « , déclare Jordi Sardans, chercheur au CREAF et co-auteur de l’étude. Selon l’article, les élémentomes humains et biologiques ont commencé à diverger dans la décennie des années 1900, en raison de la croissance continue de l’utilisation de matériaux non issus de la biomasse (combustibles fossiles, matériaux métalliques/industriels et matériaux de construction).
En 1900, 79 % de tous les matériaux que l’homme utilisait annuellement étaient des matériaux issus de la biomasse, contre 32 % en 2005 et le chiffre de 22 % actuellement prévu pour 2050. Les éléments utilisés dans la construction, les transports, l’industrie et, plus récemment, les nouvelles technologies, tels que les appareils informatiques et photovoltaïques et les téléphones portables, ont été ajoutés à l’élément humain au cours du XXe siècle.
Ils comprennent le silicium, le nickel, le cuivre, le chrome et l’or, ainsi que d’autres moins courants, tels que le samarium, l’ytterbium, l’yttrium et le néodyme. Au cours des deux dernières décennies, il y a eu une augmentation de l’utilisation de ces éléments rares, en raison de la mise en œuvre et de l’expansion de nouvelles technologies et de sources d’énergie propres.
« La consommation/extraction d’éléments minéraux augmente à un rythme d’environ 3 % par an, et cela se poursuivra jusqu’en 2050 », déclare Josep Peñuelas, chercheur au CREAF et au CSIC et l’autre co-auteur de l’étude. « Dans ce scénario, il est possible que nous ayons épuisé toutes nos réserves de certains de ces éléments (or et antimoine) d’ici 2050, et d’autres (molybdène et zinc) d’ici cent ans. »
Risques environnementaux, économiques, sociaux et géopolitiques
L’article ne laisse planer aucun doute : l’extraction des éléments chimiques de la Terre pourrait être un facteur limitant et conduire à des crises à tous les niveaux. L’utilisation de plus d’éléments du tableau périodique implique l’extraction de plus de minéraux, l’augmentation de la consommation d’énergie et les émissions de CO2 associées. De plus, la raréfaction des éléments en question menace leur disponibilité, notamment en ce qui concerne les pays les plus pauvres, et rend difficile le maintien de la production même pour les pays riches, affectant ainsi le développement économique.
Dans ce contexte, il existe également des considérations géopolitiques importantes et problématiques. Les réserves naturelles de certains éléments, dont les terres rares, sont situées dans un nombre limité de pays (Chine, Vietnam, Brésil, États-Unis, Russie et République démocratique du Congo) ; La Chine contrôle en fait plus de 90 % de l’offre mondiale et près de 40 % des réserves. Leur disponibilité est donc soumise aux fluctuations de l’offre et des prix causées par des intérêts géopolitiques opposés, avec le risque de conflits qui en découle.
Exit l’obsolescence programmée, place au recyclage et à la valorisation
Les auteurs soulignent la nécessité de mettre un terme à l’obsolescence programmée (la politique de planification ou de conception d’un produit pour avoir une durée de vie artificiellement limitée), ainsi que de développer de nouvelles technologies qui contribuent à une utilisation plus rentable des éléments rares et permettent leur recyclage et leur réutilisation répandus et efficaces.
À l’heure actuelle, il existe peu ou pas d’alternatives à bon nombre de ces éléments, et leurs taux de recyclage sont faibles car ils sont utilisés en petites quantités en combinaison avec d’autres matériaux dans une large gamme de produits. Les techniques de récupération actuelles ont des niveaux d’efficacité médiocres et comportent un risque élevé de pollution en raison de la toxicité des éléments de terres rares.
L’article mentionne différentes technologies qui pourraient être utilisées pour la récupération des éléments rares. L’une est la biolixiviation, l’extraction des métaux de leurs minerais à l’aide d’organismes vivants, tels que des bactéries, qui peuvent accumuler des éléments de terres rares s’ils entrent en contact avec des déchets industriels.
Pour éviter la pollution, les scientifiques étudient quant à eux la biosorption, un processus physico-chimique qui se produit naturellement chez certains organismes et leur permet de filtrer les polluants, comme les métaux lourds, dans les eaux usées.
D’autres possibilités incluent le cryobroyage, dans lequel la récupération a lieu par dépôt électrochimique ; l’utilisation de différents nanomatériaux à base de carbone comme moyens de sorption pour préconcentrer les éléments de terres rares des solides dissous dans les eaux usées ; l’hydrométallurgie pour la récupération substantielle d’éléments de terres rares et de métaux lourds à partir d’apatite et de différents déchets ; et la pyrométallurgie, ou l’extraction de fluides supercritiques au CO2.
Dans tous les cas, développer de nouvelles manières de produire et de recycler ces éléments à grande échelle est essentiel.
Plus d’information:
Josep Penuelas et al, divergence croissante entre les élémentomes humains et biologiques, Tendances en écologie et évolution (2022). DOI : 10.1016/j.tree.2022.08.007