Le graphite, une matière première d’avenir

Le marché des matières premières évolue, avec l’entrée en jeu de « minerais stratégiques », c’est-à-dire confrontés à des restrictions d’approvisionnement, et qui font partie intégrante de l’industrie de la défense nationale, de l’aérospatiale ou de l’énergie. Ainsi, le graphite lamellaire : plus de 80 % de l’approvisionnement provient d’un seul pays ; il est essentiel pour le secteur de l’énergie, pour les réacteurs nucléaires modernes, les piles à combustible, et l’évolution de l’électronique. Outre ses multiples utilisations actuelles, sous sa forme « graphène » il est encore plus prisé.

Le graphite est un carbone aux propriétés uniques. Avec le diamant, ce sont les deux seuls polymères naturels de carbone. Les deux sont très résistants, peuvent supporter une chaleur extrême, et résister à l’attaque des produits chimiques et à la corrosion. Un diamant est une structure de carbone cristalline tridimensionnelle, le graphite bidimensionnel. C’est un très bon conducteur de chaleur et d’électricité. En raison de sa composition chimique et de ses propriétés physiques, de nouvelles utilisations industrielles, commerciales et de haute technologie sont constamment découvertes.

Les gisements de graphite sont généralement de trois types : en lamelles, amorphes ou en morceaux. L’exploitation minière est actuellement limitée à une poignée de pays, principalement la Chine, l’Inde, le Brésil et le Canada. Seulement 40% de la production mondiale produit du graphite lamellaire, aux applications à forte valeur ajoutée et forte croissance. Son niveau de production annuel n’est que de 400.000 tonnes. Seuls le graphite lamellaire et le synthétique, fabriqué à partir de coke de pétrole à travers un processus très coûteux, peuvent être utilisé dans les batteries au lithium-ion, le marché qui pilote la demande actuelle pour cette substance essentielle. La demande des fabricants de batteries lithium-ion est en augmentation de 20 % par an.

Les États-Unis ont l’intention de mettre 250.000 voitures électriques sur les routes chaque année d’ici 2015, et la Chine un million. Avec 50 kg de graphite nécessaires pour la batterie de chaque voiture électrique, le marché aura besoin de trouver 250.000 tonnes supplémentaires de graphite lamellaire pour satisfaire cette seule demande. Mais ce n’est pas tout … la batterie des téléphones mobiles en contient également. Elle est certes beaucoup plus petite qu’une batterie de voiture, mais il y a, selon l’Union internationale des télécommunications, sur une population de 7 milliards de personnes vivant aujourd’hui, 5,9 milliards de téléphones mobiles en usage dans le monde. D’ici 2015, on estime qu’il y aura plus de téléphones mobiles que d’habitants sur la planète. N’importe quel gadget électrique aura une batterie au graphite. Les voitures électriques, téléphones mobiles, ordinateurs portables, tablettes, perceuses sans fil, brosses à dents électriques …. Tous ces dispositifs vont significativement augmenter la demande en graphite lamellaire.

En outre, une nouvelle génération de réacteurs nucléaires, dits à lit de galets, utilisent de grandes quantités de graphite lamellaire. Ils doivent leur nom aux galets de graphite mélangés avec de l’uranium qu’ils contiennent. Cette structure leur permet de produire de l’énergie plus efficacement – et en toute sécurité – que les réacteurs classiques. Cette technologie permet des réacteurs plus petits, faciles à faire fonctionner. La demande de graphite provenant des ces seuls réacteurs pourrait surpasser la production annuelle actuelle d’ici la fin de cette décennie. La Chine détient un prototype d’exploitation et est en train de construire deux premières unités commerciales, avec le projet d’en avoir 30 d’ici 2020.

Mais le véritable avenir de graphite se trouve dans les piles à combustible et le « graphène ». Dores et déjà, des chariots élévateurs alimentés par ces piles à combustible sont utilisés dans les entrepôts américains ; certains taxis ou bus sont alimentés par ces piles, et la plupart des grands constructeurs automobiles se mettront à la production de véhicules à piles à combustible d’ici 2015. Les véhicules électriques et à pile à combustible ne remplaceront certes pas les moteurs à combustion interne, mais ils permettront de réduire notre dépendance aux ressources énergétiques non renouvelables

Une pile à combustible peut se définir comme une grande batterie qui produit de l’énergie par des procédés chimiques. Il faut parfois « faire le plein », et le carburant contient du graphite.
Le graphène, quant à lui, est une feuille d’une molécule de graphite d’épaisseur, plus résistant que le diamant, plus élastique que la soie ; il peut prendre n’importe quelle forme. Il conduit l’électricité à la vitesse de la lumière, et peut transmettre 1000 fois plus de courant électrique que le cuivre. A terme, il devrait remplacer la silicone dans les microcircuits et les microprocesseurs, car il conduit l’électricité à un taux 30 fois plus rapide que le silicium. Il pourrait être utilisé dans des dispositifs médicaux pour repérer les maladies dans leurs premières étapes ; améliorer l’efficacité des téléphones mobiles, la clarté du signal sans fil et la qualité de radar ; permettre de créer des téléphones pliables, ou encore des batteries qui permettrait de tripler la gamme de véhicules électriques d’aujourd’hui sans augmenter le poids ou la taille de la batterie. Les applications pratiques sont innombrables.

Certes la production de graphène ne génère pas encore de demande réelle de graphite. Mais si les scientifiques ont raison, le graphène pourrait changer le monde, et le prix du graphite va monter en flèche. Or le plus souvent il ne peut être remplacé par un autre matériau de moindre prix, et la production ne suit pas. Avec une demande en plein essor, il faudra plus d’un doublement de la production mondiale actuelle de graphite pour répondre aux besoins des marchés traditionnels comme l’Amérique du Nord et en Europe, ainsi que des marchés émergents comme la Chine, l’Inde, la Russie et le Brésil. Sur la base de cette demande accrue, les prix du graphite lamellaire est passé de 1 000 $ à 3 000 $ la tonne au cours des cinq dernières années. Avec peu de production nouvelle, et tant de nouveaux projets, il est difficile d’imaginer comment la demande sera satisfaite. Le produit qui a doublé en trois ans, et son prix va encore augmenter.

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