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40 % + + + de 40 à 60 % - au-delà Ces indications traduisent la très grande rigidité des utilisations de la plupart des métaux et mettent donc en lumière la durée nécessaire au jeu de véritables substitutions. On aura remarqué que bien souvent, des recherches permettent de substituer le matériau A au matériau B et que l'on fait simultanément état de travaux permettant l'inverse. Il n'y a là aucune contradiction dans l'intervention des pouvoirs publics pour promouvoir deux mouvements opposés à la fois : le résultat de cette action est une plus grande souplesse en cas de crise dont on espère qu'elle n'affectera pas toutes les matières premières à la fois. LE FACTEUR TEMPS ET LES SUBSTITUTIONS La souplesse rendue possible par la connaissance de substitutions potentielles, quelque utile qu'elle puisse être, ne doit pas faire illusion sur les délais de sa mise en œuvre. Quelques précisions méritent à cet égard d'être connues. Un premier type de substitution se présente : celui pour lequel tous les éléments techniques sont connus à l'avance, et où la faisabilité est a priori certaine. Dans la plupart des cas la substitution ne peut intervenir dans un délai inférieur à 6 mois car le produit dont la matière est substituée nécessite, pour sa fabrication, des outillages appropriés à cette matière. Ce sont eux qu'il faut changer, et qu'il faut donc souvent approvisionner si la substitution résulte d'une pénurie inopinée. Par exemple, si l'on change les métaux d'alliage dans les tôles automobiles, le consommateur final ne verra aucun changement fonctionnel : même résistance aux chocs, mêmes possibilités de corrosion... ; mais les outils d'emboutissage devront être différents. On conçoit aisément pour des raisons économiques qu'un constructeur n'approvisionne que ceux des outils qui correspondent à la nuance effectivement retenue au départ. Plus complexe est la substitution de matière dans les équipements lourds. En général, chaque élément fait l'objet d'homologations ou de certifications longues et coûteuses, ce qui justifie que ne soient agréées qu'un petit nombre de variantes. Face à une nécessité imprévue, des délais de un, deux, voire trois ans peuvent donc être nécessaires avant
le produit dont la matière est substituée nécessite, pour sa fabrication, des outillages appropriés à cette matière. Ce sont eux qu'il faut changer, et qu'il faut donc souvent approvisionner si la substitution résulte d'une pénurie inopinée. Par exemple, si l'on change les métaux d'alliage dans les tôles automobiles, le consommateur final ne verra aucun changement fonctionnel : même résistance aux chocs, mêmes possibilités de corrosion... ; mais les outils d'emboutissage devront être différents. On conçoit aisément pour des raisons économiques qu'un constructeur n'approvisionne que ceux des outils qui correspondent à la nuance effectivement retenue au départ. Plus complexe est la substitution de matière dans les équipements lourds. En général, chaque élément fait l'objet d'homologations ou de certifications longues et coûteuses, ce qui justifie que ne soient agréées qu'un petit nombre de variantes. Face à une nécessité imprévue, des délais de un, deux, voire trois ans peuvent donc être nécessaires avant de parvenir à une substitution, même si aucun problème technique n'est soulevé. Qu'on en juge par les matériaux pour centrales nucléaires par exemple : toutes leurs spécifications sont figées ne varietur pour l'ensemble d'une génération de centrales, donc leur composition ; ces dispositifs doivent résister à des tests de vieillissement qui, par définition, ne peuvent s'effectuer en quelques jours ou mois ; pour toute l'industrie nucléaire, rien ou presque ne peut être changé à délai inférieur à cinq ans. Mais le caractère de haute technicité de cette industrie n'est pas la seule motivation à ces lenteurs. On sait, par exemple, que les matières plastiques peuvent remplacer la tuyauterie en laiton dans la distribution d'eau dans l'habitat ; un équilibre s'est aujourd'hui réalisé en France, différent de celui des États-Unis, qui laisse une très grande part aux installations métalliques ; survient une crise sur le cuivre, pourrait-on instantanément changer les matériaux des canalisations ? Surement pas, car le diamètre des tubes en plastique est plus grand que celui de leurs homologues en cuivre ; tous les perçages à travers dalles ou murs en béton seraient à réparer : le parc de logements en construction devrait presque impérativement continuer à être réalisé
qui, par définition, ne peuvent s'effectuer en quelques jours ou mois ; pour toute l'industrie nucléaire, rien ou presque ne peut être changé à délai inférieur à cinq ans. Mais le caractère de haute technicité de cette industrie n'est pas la seule motivation à ces lenteurs. On sait, par exemple, que les matières plastiques peuvent remplacer la tuyauterie en laiton dans la distribution d'eau dans l'habitat ; un équilibre s'est aujourd'hui réalisé en France, différent de celui des États-Unis, qui laisse une très grande part aux installations métalliques ; survient une crise sur le cuivre, pourrait-on instantanément changer les matériaux des canalisations ? Surement pas, car le diamètre des tubes en plastique est plus grand que celui de leurs homologues en cuivre ; tous les perçages à travers dalles ou murs en béton seraient à réparer : le parc de logements en construction devrait presque impérativement continuer à être réalisé conformément aux prévisions initiales. Que dire enfin des substitutions encore soumises à des recherches technologiques, ou à des préférences issues d'habitudes d'achat très anciennes ? La permanence des actions lancées par les pouvoirs publics dans les différents pays industriels témoigne dans les deux cas de la lenteur de l'avancée du matériau substituant : on travaille depuis cinq à dix ans à la recherche de substituts au chrome dans les aciers inoxydables ; on finance depuis la même durée des opérations de démonstration pour le passage du cuivre à l'aluminium dans l'électrotechnique. SUBSTITUTIONS ET DEPENDANCE TECHNOLOGIQUE Toutes les substitutions qui pouvaient être initiées sans études technologiques préalables l'ont été ; celles qui ne s'effectuent pas aujourd'hui butent généralement sur les difficultés que seules des investigations sérieuses et une expérimentation en vraie grandeur sont susceptibles de lever. Bien souvent, c'est la nuance d'un alliage, les conditions de son élaboration et le traitement de sa surface, les modalités de sa mise en forme qui déterminent la possibilité de substitution. C'est donc un savoir-faire technique, le plus souvent situé chez le fabricant de matière première qui est en cause. L'effort consenti pour promouvoir la substitution place donc l'entreprise qui effectue les recherches en position
matériau substituant : on travaille depuis cinq à dix ans à la recherche de substituts au chrome dans les aciers inoxydables ; on finance depuis la même durée des opérations de démonstration pour le passage du cuivre à l'aluminium dans l'électrotechnique. SUBSTITUTIONS ET DEPENDANCE TECHNOLOGIQUE Toutes les substitutions qui pouvaient être initiées sans études technologiques préalables l'ont été ; celles qui ne s'effectuent pas aujourd'hui butent généralement sur les difficultés que seules des investigations sérieuses et une expérimentation en vraie grandeur sont susceptibles de lever. Bien souvent, c'est la nuance d'un alliage, les conditions de son élaboration et le traitement de sa surface, les modalités de sa mise en forme qui déterminent la possibilité de substitution. C'est donc un savoir-faire technique, le plus souvent situé chez le fabricant de matière première qui est en cause. L'effort consenti pour promouvoir la substitution place donc l'entreprise qui effectue les recherches en position privilégiée pour exploiter ensuite une production couverte par des secrets de fabrication ou, dans les cas les plus favorables, par des brevets. En toutes hypothèses, c'est la garantie d'une antériorité sur les concurrents qui découle des travaux visant les substitutions. A ce titre, les entreprises commerciales devraient trouver en elles-mêmes les motivations de ces recherches techniques. Mais il n'est pas déraisonnable de penser que l'aide des pouvoirs publics constitue, dans ce domaine, une façon opportune de placer l'industrie nationale en situation privilégiée à terme, sans qu'aucune règle des accords commerciaux internationaux ne soit transgressée, ni dans la forme ni quant au fond. C'est pourquoi, ce type de réponse aux défis lancés pour notre approvisionnement doit retenir tout particulièrement l'attention : il y a matière à bénéfice simultané pour la position commerciale et la capacité scientifique du pays. Une telle conjonction n'a d'ailleurs pas manqué d'être remarquée par les pouvoirs publics américains, et c'est pourquoi ce pays s'est engagé dans un très ambitieux programme de recherches portant non seulement sur les matériaux nouveaux, mais aussi sur les conditions d'élaboration des alliages. Il faut y voir une invitation supplémentaire au maintien d'une aide publique en France. De toutes les réponses au risque
les motivations de ces recherches techniques. Mais il n'est pas déraisonnable de penser que l'aide des pouvoirs publics constitue, dans ce domaine, une façon opportune de placer l'industrie nationale en situation privilégiée à terme, sans qu'aucune règle des accords commerciaux internationaux ne soit transgressée, ni dans la forme ni quant au fond. C'est pourquoi, ce type de réponse aux défis lancés pour notre approvisionnement doit retenir tout particulièrement l'attention : il y a matière à bénéfice simultané pour la position commerciale et la capacité scientifique du pays. Une telle conjonction n'a d'ailleurs pas manqué d'être remarquée par les pouvoirs publics américains, et c'est pourquoi ce pays s'est engagé dans un très ambitieux programme de recherches portant non seulement sur les matériaux nouveaux, mais aussi sur les conditions d'élaboration des alliages. Il faut y voir une invitation supplémentaire au maintien d'une aide publique en France. De toutes les réponses au risque de pénurie, les substitutions sont donc le mode le plus complexe, car rejeté souvent dans le futur, parfois virtuel et parfois directement appliqué, quelquefois indiscernable d'avec l'évolution technique générale. Il n'en est pas moins central aussi bien pour les pouvoirs publics que pour l'industrie. Les premiers y voient à la fois une contribution à la réduction de notre vulnérabilité, souvent une amélioration de la balance commerciale et, par l'accent mis sur les techniques de pointes étudiées à cette occasion, la possibilité de confortation de l'économie nationale. Les seconds y trouvent une voie d'accès aux nouveaux marchés des substances à haute valeur ajoutée. Ils n'ont pas manqué d'en tenir compte pour lancer leur effort, mais les contours des structures industrielles qui seront, d'ici à quelques lustres, adaptés aux nouvelles réalités sont encore mal discernés, tant il est vrai que les matières traditionnelles, par leurs coûts réduits, sauront durer et que, à l'inverse, les applications nouvelles risquent d'avoir un développement explosif. Nul doute que des esquisses prospectives élaborées par les grandes entreprises concernées trouveraient, dans l'écho qu'elles recevraient de leurs partenaires extérieurs (clients, pouvoirs publics...) des éléments propres à parfaire les scénarios. Les substitutions de matériaux : la situation américaine par Jacques
fois une contribution à la réduction de notre vulnérabilité, souvent une amélioration de la balance commerciale et, par l'accent mis sur les techniques de pointes étudiées à cette occasion, la possibilité de confortation de l'économie nationale. Les seconds y trouvent une voie d'accès aux nouveaux marchés des substances à haute valeur ajoutée. Ils n'ont pas manqué d'en tenir compte pour lancer leur effort, mais les contours des structures industrielles qui seront, d'ici à quelques lustres, adaptés aux nouvelles réalités sont encore mal discernés, tant il est vrai que les matières traditionnelles, par leurs coûts réduits, sauront durer et que, à l'inverse, les applications nouvelles risquent d'avoir un développement explosif. Nul doute que des esquisses prospectives élaborées par les grandes entreprises concernées trouveraient, dans l'écho qu'elles recevraient de leurs partenaires extérieurs (clients, pouvoirs publics...) des éléments propres à parfaire les scénarios. Les substitutions de matériaux : la situation américaine par Jacques BODELLE conseiller scientifique de l'ambassade de France aux Etats-Unis Une première partie décrit la situation actuelle où il n'y a plus de crainte de ruptures d'approvisionnements, les substitutions étant surtout liées au développement de produits nouveaux. Une deuxième partie évalue les dépenses de recherche et de développement sur les substitutions de matériaux et la part de chaque acteur. Enfin, après avoir précisé les aspects techniques des substitutions, l'article évoque les perspectives des matériaux nouveaux. 1. NOTE D'AMBIANCE : LES SUBSTITUTIONS NE FONT PLUS « LA UN » 1.1. L'inquiétude s'éloigne... et pourtant... Jusqu'en 1982, il n'était pas de semaine sans qu'un journal ou un magazine à grande diffusion n'attire l'attention sur la fragilité de l'économie américaine face à sa dépendance vis-à-vis de l'approvisionnement en quelques métaux dits stratégiques ; notamment en chrome, en cobalt, et plus accessoirement en platine, en manganèse, voire encore en niobium, en tantale et en nickel. Aucun miracle ne s'est produit, qui aurait brutalement renversé le cours des choses, mais différents facteurs, largement psychologiques, ont néanmoins changé très sensiblement l'ambiance à cet égard. Au début des années 80, les Etats-Unis venaient de subir, avec le second choc pétrolier lié aux événements d'Iran, une véritable humiliation politique
de matériaux et la part de chaque acteur. Enfin, après avoir précisé les aspects techniques des substitutions, l'article évoque les perspectives des matériaux nouveaux. 1. NOTE D'AMBIANCE : LES SUBSTITUTIONS NE FONT PLUS « LA UN » 1.1. L'inquiétude s'éloigne... et pourtant... Jusqu'en 1982, il n'était pas de semaine sans qu'un journal ou un magazine à grande diffusion n'attire l'attention sur la fragilité de l'économie américaine face à sa dépendance vis-à-vis de l'approvisionnement en quelques métaux dits stratégiques ; notamment en chrome, en cobalt, et plus accessoirement en platine, en manganèse, voire encore en niobium, en tantale et en nickel. Aucun miracle ne s'est produit, qui aurait brutalement renversé le cours des choses, mais différents facteurs, largement psychologiques, ont néanmoins changé très sensiblement l'ambiance à cet égard. Au début des années 80, les Etats-Unis venaient de subir, avec le second choc pétrolier lié aux événements d'Iran, une véritable humiliation politique qui avait sérieusement entamé le moral du pays. L'OPEP avait réussi à faire patiner la machine économique américaine en fermant les robinets du pétrole. Pourquoi ne verrait-on pas, dans la même logique d'affrontement entre pays producteurs et pays consommateurs de matières premières, une action du même type des producteurs de métaux stratégiques, pour créer une situation de pénurie et une augmentation des prix ? Le phénomène ne s'est, de toute évidence, pas produit... ou pas encore produit. Quant à la grande crainte d'une instabilité politique majeure en Afrique méridionale, origine d'une large part des métaux stratégiques importés par les Etats-Unis, au Zaïre, en Zambie, au Zimbabwe ou en Afrique du Sud, là aussi la situation s'est pour le moins stabilisée sinon améliorée depuis un ou deux ans. La crise économique a touché de plein fouet l'industrie sidérurgique, principale consommatrice de trois des quatre grands métaux stratégiques, le platine étant surtout utilisé dans des processus de catalyse, pour la lutte contre les pollutions par les gaz d'échappement des voitures ou dans l'industrie chimique. Les consommations de chrome, de cobalt et de manganèse ont chuté jusqu'en fin 1982, pour ne se redresser qu'au début ou vers le milieu de 1983 ; et
métaux stratégiques, pour créer une situation de pénurie et une augmentation des prix ? Le phénomène ne s'est, de toute évidence, pas produit... ou pas encore produit. Quant à la grande crainte d'une instabilité politique majeure en Afrique méridionale, origine d'une large part des métaux stratégiques importés par les Etats-Unis, au Zaïre, en Zambie, au Zimbabwe ou en Afrique du Sud, là aussi la situation s'est pour le moins stabilisée sinon améliorée depuis un ou deux ans. La crise économique a touché de plein fouet l'industrie sidérurgique, principale consommatrice de trois des quatre grands métaux stratégiques, le platine étant surtout utilisé dans des processus de catalyse, pour la lutte contre les pollutions par les gaz d'échappement des voitures ou dans l'industrie chimique. Les consommations de chrome, de cobalt et de manganèse ont chuté jusqu'en fin 1982, pour ne se redresser qu'au début ou vers le milieu de 1983 ; et la tendance des prix a été plutôt à la baisse, globalement. Tout cela ajoute aux facteurs qui expliquent le manque d'intérêt, au moins apparent, des États-Unis pour les problèmes d'approvisionnement en matières premières minérales, et, de ce fait même, pour les problèmes de substitution. On verra cependant que cette attitude cache un mouvement profond d'évolution des matériaux utilisés dans l'industrie qui, indirectement, conduit à des substitutions. On ne saurait manquer de faire un rapprochement avec la situation qui prévaut pour les substances énergétiques : là aussi le spectre d'une rupture des approvisionnements semble, au public, s'être éloigné : la dépendance des États-Unis à l'égard du pétrole importé a chuté sous l'effet d'une baisse globale de la consommation et d'une lente augmentation, maintenant stabilisée, de la production intérieure. Les prix internationaux se sont également effrités. Et le public américain tend à oublier la crise qui a secoué deux fois le monde, en 1973 et 1979, alors que les causes profondes d'inquiétude n'ont pas disparu. Elles n'ont pas disparu non plus en matière de métaux stratégiques : les États-Unis importent toujours plus de 90 % du chrome, du cobalt, du manganèse et du platine qu'ils consomment, et n'ont aucune production minière dans
cache un mouvement profond d'évolution des matériaux utilisés dans l'industrie qui, indirectement, conduit à des substitutions. On ne saurait manquer de faire un rapprochement avec la situation qui prévaut pour les substances énergétiques : là aussi le spectre d'une rupture des approvisionnements semble, au public, s'être éloigné : la dépendance des États-Unis à l'égard du pétrole importé a chuté sous l'effet d'une baisse globale de la consommation et d'une lente augmentation, maintenant stabilisée, de la production intérieure. Les prix internationaux se sont également effrités. Et le public américain tend à oublier la crise qui a secoué deux fois le monde, en 1973 et 1979, alors que les causes profondes d'inquiétude n'ont pas disparu. Elles n'ont pas disparu non plus en matière de métaux stratégiques : les États-Unis importent toujours plus de 90 % du chrome, du cobalt, du manganèse et du platine qu'ils consomment, et n'ont aucune production minière dans aucun de ses quatre métaux, malgré un projet en cours de développement pour le cobalt : les quelques pour cent qui ne sont pas importés proviennent du recyclage. De plus, à la fois la structure de la production mondiale et ses caractéristiques géopolitiques restent inquiétantes. Pour le chrome, l’Afrique du Sud et le Zimbabwe possèdent à eux deux la quasi-totalité des réserves de minerai actuellement reconnues ; l’Afrique du Sud est de très loin le premier producteur, suivi d'un groupe de pays socialistes (URSS, Albanie, Cuba). Les États-Unis sont donc tributaires, pour plus de 70 % de leurs importations, de l’Afrique du Sud, de l’URSS et de l’Albanie (fig. 1). Pour le cobalt, le Zaïre tient une large part des réserves (38 %), qui sont cependant mieux partagées : les États-Unis ont même 10 % des réserves mondiales, contre 12 % à la Zambie et 3 % à la Nouvelle-Calédonie. Les États-Unis dépendent pourtant de trois pays, le Zaïre, la Zambie et l’Afrique du Sud, pour plus de 75 % de leurs importations (fig. 2). Pour le platine et les métaux du groupe du platine (palladium, ruthénium, rhodium, iridium et osmium), les réserves sont situées pour 99 % en URSS
Sud et le Zimbabwe possèdent à eux deux la quasi-totalité des réserves de minerai actuellement reconnues ; l’Afrique du Sud est de très loin le premier producteur, suivi d'un groupe de pays socialistes (URSS, Albanie, Cuba). Les États-Unis sont donc tributaires, pour plus de 70 % de leurs importations, de l’Afrique du Sud, de l’URSS et de l’Albanie (fig. 1). Pour le cobalt, le Zaïre tient une large part des réserves (38 %), qui sont cependant mieux partagées : les États-Unis ont même 10 % des réserves mondiales, contre 12 % à la Zambie et 3 % à la Nouvelle-Calédonie. Les États-Unis dépendent pourtant de trois pays, le Zaïre, la Zambie et l’Afrique du Sud, pour plus de 75 % de leurs importations (fig. 2). Pour le platine et les métaux du groupe du platine (palladium, ruthénium, rhodium, iridium et osmium), les réserves sont situées pour 99 % en URSS et en Afrique du Sud, et les États-Unis dépendent presque totalement, directement ou indirectement, de ces deux pays pour leurs importations. Pour le manganèse, enfin, les réserves sont, certes, surtout concentrées en Afrique du Sud et en URSS, mais avec des gisements également répartis dans d’autres pays réputés plus stables, comme l’Australie, le Gabon et le Brésil, ce qui permet aux États-Unis de dépendre pour leurs importations avant tout de ces trois derniers pays, et d’Afrique du Sud pour seulement 9 %. On voit donc l’importance stratégique de l’Afrique australe à cet égard, puisqu’elle recèle 95 % des réserves de chrome, 86 % de celles de platine, 53 % de celles de manganèse et 52 % de celles de cobalt. Cela, joint au fait que l’URSS est également un large détenteur de réserves pour ces quatre métaux ou groupe de métaux, a de quoi inquiéter les États-Unis sur les moyens dont peut disposer en la matière l’URSS, directement ou par les effets d’une déstabilisation politique des pays d’Afrique australe. Or, ces métaux sont vitaux dans de nombreux secteurs de l’économie, notamment dans les industries de défense : le chrome confère aux alliages spéciaux leur résistance à la corrosion chimique, à