Les perturbations de l’approvisionnement en terres rares ont des impacts à long terme, selon un modèle informatique

Les perturbations de l'approvisionnement en terres rares ont des impacts à long terme, selon un modèle informatique

Les matériaux de terres rares sont essentiels à une variété de secteurs économiques, y compris les soins de santé et l’énergie propre. Dans une nouvelle étude, les scientifiques de l’Argonne ont mis en évidence les éléments des terres rares pouvant être particulièrement vulnérables aux perturbations. Crédit: Département américain de la Défense et Laboratoire national d’Argonne

Les matériaux de terres rares sont essentiels à une variété d’industries. Une nouvelle étude d’Argonne explore les effets des perturbations d’approvisionnement telles que les fermetures de mines.

Des téléphones aux avions de combat, une gamme d’appareils et de machines repose sur des éléments de terres rares qui sont extraits et raffinés en grande partie en Chine. Les perturbations de cet approvisionnement peuvent avoir des conséquences importantes, mais la compréhension de la manière dont ces perturbations se produisent sur les marchés mondiaux est limitée. Des chercheurs du Laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE) utilisent un modèle informatique unique pour comprendre les effets.

La plupart des 17 éléments classés comme terres rares ne sont pas vraiment rares, mais ils sont difficiles et coûteux à extraire du sol et à séparer les uns des autres. Les éléments des terres rares sont essentiels à de nombreuses technologies émergentes, y compris celles qui soutiennent un avenir énergétique propre. Ils comprennent le néodyme, le praséodyme et le dysprosium, qui sont des composants d’aimants permanents écoénergétiques utilisés dans les éoliennes et les véhicules électriques, entre autres produits; et le gadolinium, que vous pourriez reconnaître comme l’agent de contraste que vous prenez avant une IRM. Le gouvernement américain classe ces éléments comme des matériaux critiques en partie en fonction de leur importance dans la fabrication de produits qui soutiennent la sécurité nationale.

La Chine domine le marché mondial des terres rares. Le pays produit environ 58% des terres rares extraites et contrôle environ 85% de la capacité mondiale de raffinage. Les États-Unis représentaient plus de 15% de la production minière de terres rares en 2020, mais ce matériau est exporté pour la transformation et la production à valeur ajoutée.

Divers événements perturbateurs peuvent affecter l’approvisionnement en terres rares, notamment des catastrophes naturelles, des conflits de travail, des retards de construction et – dans l’esprit de tous en ce moment – une pandémie.

Dans une étude récemment publiée, les chercheurs d’Argonne ont analysé les effets potentiels de trois scénarios de rupture d’approvisionnement sur 10 éléments de terres rares, ainsi qu’une poignée de composés associés, afin de déterminer les effets sur le marché. Pour mener l’analyse, qui a été soutenue par l’Agence de logistique de défense du département américain de la Défense, ils ont utilisé l’outil Global Critical Materials (GCMat) d’Argonne.

GCMat est un modèle basé sur des agents, qui est un cadre de calcul pour simuler les interactions entre différentes entités dans un système donné. Cela permet de prévoir la dynamique du marché des terres rares en modélisant les décisions que les projets miniers individuels, les producteurs et les consommateurs pourraient prendre. Ces «agents» mettent continuellement à jour les prix de leurs produits, les achats de fournitures, les volumes de production et les plans de capacité en fonction des prix du marché et de la disponibilité de l’offre.

«Avec la modélisation basée sur les agents, nous pouvons capturer ce qui se passe sur un marché avec beaucoup plus de fidélité et de détails que ce ne serait possible avec d’autres types de modélisation», a déclaré Matthew Riddle, assistant scientifique en énergie chez Argonne et auteur principal de l’étude.

L’équipe GCMat utilise le cluster Bebop de calcul haute performance d’Argonne au Centre de ressources informatiques de laboratoire pour calibrer le modèle et évaluer les incertitudes sur une gamme de scénarios de marché divers.

«La modélisation basée sur les agents examine les paramètres qui déclenchent des décisions, comme l’ouverture ou la fermeture d’une mine, et la manière dont ces décisions se répercutent sur le marché et la chaîne d’approvisionnement», a déclaré Allison Bennett Irion, co-auteur de l’étude et présidente d’Argonne’s Advanced Initiative d’analyse de la chaîne d’approvisionnement.

Les résultats de l’étude ont mis en évidence les éléments des terres rares pouvant être particulièrement vulnérables aux perturbations. Les hausses de prix les plus importantes en réponse aux perturbations se sont produites pour l’oxyde de dysprosium, qui est utilisé dans les aimants permanents, les alliages spéciaux et d’autres applications. L’oxyde de didyme, qui est un mélange de néodyme et de praséodyme, s’est également révélé sujet à des flambées de prix.

En général, l’analyse a révélé que dans le cas de scénarios temporaires – un arrêt des exportations d’un an et un arrêt de la mine de deux ans – les effets sur les prix avaient tendance à s’étendre des années au-delà de la période d’interruption. Les effets sur la production, la capacité et la demande pourraient également durer plus longtemps. Le modèle suggérait que certaines mines qui avaient démarré en dehors de la Chine en réponse à une perturbation ne seraient probablement pas en mesure de continuer à fonctionner après la récupération des approvisionnements primaires.

L’équipe GCMat travaille actuellement sur des modifications du modèle qui l’aideront à s’aligner sur les objectifs américains de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Ils améliorent les représentations des marchés des aimants aux terres rares pour les moteurs écoénergétiques, y compris ceux utilisés dans les éoliennes et les véhicules électriques. Et de nouveaux modèles basés sur des agents de la chaîne d’approvisionnement des batteries lithium-ion évalueront comment les pénuries de matériaux mondiaux pourraient affecter l’adoption de technologies de batteries importantes pour les marchés des véhicules électriques.

GCMat, qui a également été soutenu par l’ancien Bureau d’analyse des politiques et des systèmes énergétiques du DOE, est basé sur Repast Simphony d’Argonne, une boîte à outils open source pour la mise en œuvre et l’utilisation de la modélisation basée sur les agents.

«Chez Argonne, nous sommes en mesure de tirer parti de notre expertise dans une gamme de systèmes énergétiques – les batteries, par exemple – et de combiner cela avec des capacités de modélisation et de calcul uniques pour effectuer des recherches comme celle-ci», a déclaré Riddle.

Les chercheurs prévoient également d’utiliser GCMat pour évaluer l’efficacité de stratégies telles que le recyclage, la conservation et la diversification des approvisionnements pour réduire la gravité des perturbations sur les marchés des terres rares.

L’étude «Modélisation basée sur les agents des perturbations d’approvisionnement sur le marché mondial des terres rares» a été publiée dans le numéro de janvier de Ressources, conservation et recyclage.


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Plus d’information:
Matthew E. Riddle et al, Modélisation basée sur les agents des perturbations d’approvisionnement sur le marché mondial des terres rares, Ressources, conservation et recyclage (2020). DOI: 10.1016 / j.resconrec.2020.105193

Fourni par le Laboratoire National d’Argonne

Citation: Les perturbations de l’approvisionnement en terres rares ont des impacts à long terme, modèles informatiques (2021, 21 mai) récupérés le 21 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-rare-earth-disruptions-long-range-impacts .html

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