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L'urban mining désigne la récupération de métaux et d'autres matériaux précieux dans les flux de déchets, plutôt que de les mettre en décharge. Le lithium et le cobalt sont depuis longtemps considérés comme des ressources importantes, notamment pour les technologies de batteries utilisées dans des appareils tels que les smartphones et les véhicules électriques. Ces derniers temps, les terres rares prennent de plus en plus d'importance. Souvent appelées "vitamines de l'industrie", les terres rares jouent un rôle essentiel dans de nombreuses applications, notamment les piles à combustible hydrogène-oxygène, la fabrication du verre, les aimants permanents, les catalyseurs, les appareils électroniques et l'imagerie par résonance magnétique.
Le lithium et le cobalt sont largement considérés comme des matières premières importantes et font partie des ressources les plus demandées au monde. Selon l'Australian Strategic Policy Institute (ASPI), la Chine domine 66 des 74 technologies critiques et continue d'exercer un contrôle écrasant sur le marché des terres rares. Cette domination a permis à la Chine d'utiliser les terres rares comme un instrument géopolitique, notamment pour marginaliser les États-Unis lors de différends tarifaires. La Chine détient actuellement un quasi-monopole sur les terres rares, et les récentes restrictions à l'exportation ont un impact croissant non seulement sur les marchés mondiaux, mais aussi sur des pays comme la Suisse, ce qui suscite des inquiétudes croissantes quant à la sécurité de l'approvisionnement et à l'incertitude du marché.
Ces dernières années, on a observé une baisse des prix des terres rares, notamment depuis 2021 pour le néodyme, le dysprosium, le praséodyme et le terbium, des matériaux indispensables à la transition énergétique(en savoir plus). Cependant, malgré les fluctuations de prix à court terme, la tendance des prix à long terme reste clairement à la hausse. Bien que les aimants ne représentent qu'environ 30 % du volume total des terres rares, ils représentent plus de 80 % de la valeur totale du marché. La demande mondiale de terres rares magnétiques devrait augmenter fortement, passant d'environ 59 kilotonnes en 2022 à 176 kilotonnes en 2035. La dépendance persistante à l'égard d'un nombre limité de pays exportateurs, notamment la Chine, représente donc un risque stratégique et économique considérable.
La Suisse importe des terres rares principalement sous forme de produits intermédiaires et finis transformés, tels que des aimants, des batteries et d'autres produits de haute technologie. En règle générale, l'industrie suisse ne se procure pas les matières premières minérales directement dans les pays producteurs, mais par l'intermédiaire de l'Union européenne, souvent via des sociétés mères ou des filiales. Comme la part des coûts des terres rares dans les produits finis est relativement faible, même une hausse importante des prix n'aurait qu'un impact limité sur la compétitivité globale de l'industrie suisse.
Toutefois, en cas de pénurie d'approvisionnement ou de forte hausse des prix, la garantie de l'accès aux matières premières relève en premier lieu de la responsabilité du secteur privé et nécessite des préparatifs(L'approvisionnement de la Suisse en terres rares. et Approvisionnement de l'industrie suisse en matières premières minérales pour la transition énergétique.) L'exploitation minière domestique n'est pas une option viable en Suisse. En lieu et place, des stratégies potentielles telles que la substitution par des matières premières non critiques, l'amélioration de l'efficacité des matériaux et la fermeture des cycles de matériaux sont envisageables. Cependant, aucun substitut non critique viable n'est actuellement en vue, et l'industrie travaille déjà à la limite de l'efficacité des matériaux.
La seule option qui reste est donc le recyclage, ce que l'on appelle l'"urban mining". Toutefois, le recyclage est loin d'être gratuit, et la récupération des métaux traces tels que le gallium, le cadmium, le tellure et autres est un défi technique et économique, contrairement aux métaux plus facilement recyclables comme l'aluminium ou le cuivre.
En Suisse, le recyclage des terres rares contenues dans les déchets électroniques reste à un niveau faible. A l'échelle mondiale, moins d'un pour cent des terres rares sont actuellement recyclées, bien que les développements de la recherche indiquent que l'efficacité du recyclage pourrait être considérablement améliorée à l'avenir. Un recyclage efficace doit cependant surmonter trois obstacles :
Les approches biotechnologiques doivent être intégrées dans une chaîne de recyclage à plusieurs niveaux. Combinées à la robotique et à l'intelligence artificielle, elles recèlent le potentiel nécessaire à la mise en place de procédés à grande échelle hautement sélectifs, efficaces et plus respectueux de l'environnement.
Environ 13,7 milliards d'années se sont écoulées depuis le big bang. Les premières formes de vie procaryotes sont apparues il y a environ quatre milliards d'années et la photosynthèse oxygénique microbienne a commencé il y a 3,0 à 2,7 milliards d'années, donnant lieu à une extraordinaire diversité de vie microbienne. La recherche de solutions biotechnologiques est toutefois fortement limitée par le fait que seul un pour cent environ des espèces bactériennes sont connues et peuvent être cultivées à l'aide de techniques de laboratoire standard. Certes, nos connaissances sur les champignons et les microalgues sont un peu plus avancées, mais là encore, plus de quatre-vingt-dix pour cent de ces organismes restent inexplorés. Au vu de la multitude de produits et de services déjà obtenus à partir de la petite partie des organismes connus aujourd'hui, on ne peut qu'imaginer l'énorme potentiel qui reste encore à découvrir.
La biotechnologie présente quatre avantages décisifs :
Compte tenu de la forte consommation d'énergie et de l'impact environnemental des méthodes physico-chimiques traditionnelles d'extraction des terres rares, des procédés biologiques durables tels que le bioleaching, la biosorption et la bioaccumulation font l'objet de recherches croissantes.
Les conditions difficiles associées au traitement et à l'extraction des déchets électroniques favorisent l'utilisation d'extrêmophiles qui se développent à des pH et des températures extrêmes. Ces organismes produisent souvent des protéines liant les métaux ou des molécules chélatrices, et dans certains taxons, les terres rares servent même de cofacteurs enzymatiques. Bien qu'il existe d'autres systèmes biologiques, les extrêmophiles sont particulièrement adaptés à l'urban mining, car ils combinent la tolérance aux environnements difficiles avec le potentiel de processus évolutifs et respectueux de l'environnement.
Le développement d'outils biosourcés pour l'urban mining nécessite la collecte, l'isolement et le criblage ciblés d'organismes dans des environnements naturels. Le criblage in silico, beaucoup plus simple, qui consiste à rechercher dans les bases de données de séquences d'ADN existantes, n'est pas pertinent, car cette approche métagénomique présente l'inconvénient de ne pas permettre la découverte de nouvelles activités ou structures. La recherche d'outils biosourcés pour le biomining urbain nécessite la collecte d'organismes dans des environnements naturels. Bien que l'environnement de recherche académique suisse en sciences environnementales soit fort au niveau international, ses activités se concentrent largement sur la surveillance de l'environnement, la détection et l'évaluation de la biodiversité plutôt que sur l'isolement systématique d'organismes et le criblage fonctionnel. Historiquement, SwissAustral Biotech SA a été l'une des rares entreprises en Suisse à s'engager activement dans de tels efforts de "bioprospection", à exploiter des laboratoires à Monthey et à maintenir une bibliothèque spéciale d'extrêmophiles. Depuis lors, des initiatives comparables à l'échelle industrielle, axées sur la découverte et l'utilisation de nouveaux micro-organismes environnementaux, ont largement disparu du paysage suisse.
La start-up REEcover, fondée en 2023 à l'EPF de Zurich, a développé une technologie brevetée, issue du groupe de recherche de Victor Mougel, qui permet d'extraire les terres rares des déchets électroniques(Recovery of europium from E-waste using redox active tetrathiotungstate ligands, Nature 2024). La première preuve de concept porte sur le recyclage de l'europium et de l'yttrium des lampes à économie d'énergie. Le processus dépend toutefois de ligands synthétiques de tétrathiotungstate plutôt que d'alternatives biosourcées.
À l'ETH Zurich , Raffaele Mezzenga a développé des agrégats de protéines à base de fibrilles amyloïdes qui peuvent être utilisés pour fabriquer des membranes fonctionnalisées pour la purification de l'eau ou la récupération de l'or dans les déchets électroniques(en savoir plus).
Indépendamment de cela, une équipe d'étudiants de l'ETH Zurich a mis au point, dans le cadre d'un projet iGEM 2025, un système de photobioréacteur permettant de cultiver des algues afin de bioaccumuler les boues rouges produites lors du raffinage de la bauxite en alumine.
Methylobacterium extorquens synthétise la lanmoduline, une protéine de liaison des lanthanides capable d'adsorber les terres rares ( Lanmodulin : A Highly Selective Lanthanide-Binding Protein from a Lanthanide-Utilizing Bacterium ). L'entrepreneur suisse Oliver Siegel a envisagé de créer la start-up Magmatic en Suisse, mais c'est finalement à Vienne que l'entreprise a été fondée sous sa direction.
Le biomining des terres rares est une nouvelle méthode prometteuse et, depuis 2023(Terres rares - comment faire face aux défis futurs), le paysage technologique s'est déplacé vers des solutions intégrées combinant la biotechnologie, l'IA et la robotique. Toutefois, pour atteindre l'évolutivité et la rentabilité, des progrès sont nécessaires à plusieurs niveaux et sur différents sites, ce qui souligne le caractère fondamentalement interdisciplinaire de cette approche.
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