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Fluorure d’aluminium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule	Masse molaire	Structure cristalline
AlF₃	83,98 g.mol^-1	Rhomboédrique de paramètres a = 0,4925 nm, c = 1,2448 nm

Données physiques

Masse volumique	Température de fusion	Solubilité dans l’eau
3,10 g.cm^-3	1 290°C (sublimation)	à 20°C : 5 g.L^-1 à 100°C : 17,2 g.L^-1

Données thermodynamiques

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -1510,4 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -1431,1 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 66,5 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 75,1 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

Fabrication industrielle

En partant d’alumine, le fluorure d’aluminium est traditionnellement préparé à partir du fluorure d’hydrogène lui même obtenu à l’aide de fluorure de calcium. Toutefois, l’obtention à partir d’acide fluosilicique coproduit lors de la fabrication de l’acide phosphorique destiné principalement à l’industrie des engrais phosphatés se développe avec, en 2017, environ 20 % de la production mondiale.

Obtention à partir du fluorure de calcium : procédé « sec ».

La réaction qui a lieu en lit fluidisé, à une température comprise entre 400 et 600°C, est représentée par l’équation suivante :

Al₂O₃ + 6 HF_(g) = 2 AlF₃ +3 H₂O_(g)

La consommation pour une t de AlF₃ est la suivante :

CaF₂	1,54 t		Al(OH)₃	1,03 t
H₂SO₄	1,85 t		Électricité	165 kWh

Le fluorure d’aluminium obtenu a une densité d’environ 1,5 et sa pureté est comprise entre 90 et 92 %, la principale impureté étant l’alumine ce qui ne présente pas d’inconvénient pour une utilisation pour l’obtention de l’aluminium.

Obtention à partir de l’acide fluosilicique : procédé « humide ».

La réaction a lieu, en solution à 100°C, entre l’acide fluosilicique purifié et l’hydroxyde d’aluminium. Après séparation de la silice qui a précipité, le fluorure d’aluminium est cristallisé en trihydrate AlF₃,3H₂O puis par chauffage au dessus de 500°C, il donne du fluorure anhydre. L’équation globale correspondante est la suivante :

H₂SiF₆ + 2 Al(OH)₃ = 2 AlF₃ + SiO₂ + 4 H₂O

Le fluorure d’aluminium obtenu est de faible densité, comprise entre 0,7 et 0,8 et de pureté élevée, de 95 à 97 %. Des évolutions de ce procédé, avec décomposition de l’acide fluosilicique ou avec la formation intermédiaire d’un fluorure d’ammonium ont été proposées.

Productions

Dans le monde, en 2018 : 1,2 million de t.

Principaux producteurs : hors producteurs chinois.

En Italie, à Cagliari, en Sardaigne, Fluorsid possède une capacité de production de 110 000 t/an. Par ailleurs, en 2016, a acquis auprès de Boliden, la société Noralf, à Odda, en Norvège, avec une capacité de production de 40 000 t/an.

Au Mexique, à Matamoros, dans l’État de Tamaulipas, Koura, filiale du groupe Orbia nouvelle dénomination de Mexichem possède une capacité de production de 60 000 t/an.

Rio Tinto possède une capacité de production de 60 000 t/an à Jonquière, au Québec, Canada.

Aux Émirats Arabes Unis, Gulf Fluor a construit, à Abu Dhabi, une usine avec une capacité de production de 54 000 t/an de HF et 60 000 t/an de AlF₃.

En Tunisie, les Industries Chimiques du Fluor, possèdent, depuis 1976, à Gabès, une capacité de production de 42 000 t/an à partir de 75 000 t/an de fluorine acide, 45 000 t/an d’hydroxyde d’aluminium, 55 000 t/an d’acide sulfurique et 20 000 t/an d’oléum.

En Suède, à Helsingborg, Alufluor, co-entreprise entre Yara et Rio Tinto, produit AlF₃ à partir d’acide fluosilicique, avec une capacité de production de 25 000 t/an.

En Lituanie, à Kedainiai, Lifosa, filiale du groupe russe Eurochem, produit AlF₃ à partir d’acide fluosilicique, avec une capacité de production de 21 000 t/an et une production, en 2019, de 15 200 t.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs :

en tonnes
Chine	119 827	Émirats Arabes Unis	6 098
Mexique (estimation), en 2021	67 000	Jordanie	5 953
Tunisie	26 162	Canada	5 253

Source : ITC

Les exportations chinoises sont principalement destinées à 17 % à l’Australie, 14 % au Brésil, 10 % à l’Inde, 10 % à la Malaisie.

Principaux pays importateurs :

en tonnes
Mozambique	979 540	États-Unis	25 254
Inde	52 027	Australie	21 664
Bahreïn	35 401	Émirats Arabes Unis	19 682
Canada	30 613	Malaisie	17 281
Brésil	29 256	Islande	12 317

Source : ITC

Les importations du Mozambique proviennent quasi totalement de Singapour.

Situation française

En 2024.

Exportations : 268 kg totalement vers l’Italie.

Importations : 6 176 t à 89 % d’Italie, 10 % de Tunisie.

Utilisations

Consommations : la consommation mondiale, en 2017, a été de 1,5 million de t.

Secteurs d’utilisation : le fluorure d’aluminium est principalement employé dans les bains d’électrolyse de l’alumine destinés à produire l’aluminium. AlF₃ réduit la solubilité de l’aluminium dans la cryolithe, abaisse la température de fusion de cette dernière à 960°C et augmente la conductivité du bain fondu. La consommation est de 10 à 23 kg de AlF₃ pour une tonne d’aluminium.

Un bain a la composition moyenne suivante :

Cryolithe	83 %		CaF₂	5 %
AlF₃	7 %		Al₂O₃	5 %

La consommation pour une t d’aluminium est, en moyenne, la suivante :

Al₂O₃	1 930 kg	Cryolite	2 kg
Carbone	415 kg	Électricité	13 460 kWh
AlF₃	20 kg

Bibliographie

Eurofluor, Cefic, Av E. Van Nieuwenhuyne 4, Box 2, B-1160 Bruxelles, Belgique.
A. Dreveton, « Overview of the fluorochemicals industrial sectors« , Procedia Engineering, 138 (2016) 240-247.
A. Dreveton, « Manufacture of aluminium fluoride of high density and anhydrous hydrofluoridric acid from fluosilicic acid« , Procedia Engineering, 46 (2012) p 255-65.
H. Groult et al, « Le Réseau français du fluor« , L’Actualité Chimique, n°377, septembre 2013.
Réseau français du fluor.

Archives

Fluorure d’aluminium 2023

Fluorure d’aluminium 2022

Fluorure d’aluminium 2019

Hypochlorite de sodium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule	Masse molaire
NaClO	74,44 g.mol^-1

Données physiques

Masse volumique	Température de fusion	Température d’ébullition	Solubilité dans l’eau
1,11 g.cm^-3	18°C	101°C	à 0°C : 29,3 g/100 g d’eau à 25°C : 79,9 g/100 g d’eau

Données chimiques

pKa : HClO/ClO^–

7,5

Potentiels standards :

HClO₂ + 2H⁺ + 2e = HClO + H₂O	E° = 1,64 V
ClO₂^– + H₂O + 2e = ClO^– + 2OH^–	E° = 0,66 V
2HClO + 2H⁺ + 2e = Cl_2(g) + 2 H₂O	E° = 1,63 V
2ClO^– + 2H₂O + 2e = Cl_2(g) + 4OH^–	E° = 0,40 V

Données industrielles

Voir le produit eau de Javel.

Platinoïdes

Données industrielles

Matières premières

Les teneurs de l’écorce terrestre sont de 0,005 ppm, soit 5 µg/kg, pour le platine, 0,015 ppm pour le palladium, 0,0015 ppm pour l’osmium, 0,001 ppm pour le rhodium, l’iridium et le ruthénium.

Les gisements de platinoïdes se trouvent généralement dans des roches magmatiques qui sont remontées en surface au travers de la croûte terrestre. C’est le cas du principal gisement mondial, celui du complexe du Bushveld, en Afrique du Sud, mais aussi de ceux de Great Dyke, au Zimbabwe, de Stillwater, aux États-Unis, de Norilsk en Russie. Dans ces gisements, les platinoïdes sont associés à des sulfures de nickel et de cuivre.

La teneur en platinoïdes des minerais d’Afrique du Sud est comprise entre 3 et 10 g/t. Aux États-Unis, cette teneur est, en moyenne, de 15 g/t. En Russie, dans le gisement de Norilsk-Talnakh, les teneurs varient entre 8 et 11 g/t pour les platinoïdes présents avec les sulfures massifs de nickel ou de cuivre et 3 et 9 g/t pour les platinoïdes présents dans les sulfures disséminés. Pour récupérer une once (31,1035 g) de platinoïdes, il faut extraire de 8 à 16 t de minerai.

En Afrique du Sud et aux États-Unis, les gisements sont exploités pour les platinoïdes contenus, le nickel et le cuivre étant coproduits. A Norilsk, en Russie, et à Sudbury, au Canada, les platinoïdes sont coproduits de mines de nickel.

Il existe une faible production alluviale, sous forme de platine natif, en Colombie et en Russie.

Les exploitations minières sont le plus souvent souterraines.

Productions minières

Production minière de platine

En tonnes de platine contenu, en 2023, sur un total mondial de 180,1 t. Source : Johnson Matthey

en tonnes de métal contenu
Afrique du Sud	124,4 t		Zimbabwe	16,0 t
Russie	24,3 t		Canada, États-Unis	9,0 t

Source : Johnson Matthey

La production de l’Union européenne, en 2023, en Finlande, est de 953 kg.

Production minière de palladium

En tonnes de palladium contenu, en 2023, sur un total mondial de 203,6 t. Source : Johnson Matthey

en tonnes de métal contenu
Russie	84,0 t		Canada, États-Unis	26,8 t
Afrique du Sud	73,0 t		Zimbabwe	13,3 t

Source : Johnson Matthey

La production de l’Union européenne, en 2023, en Finlande, est de 762 kg.

Production minière de rhodium

En 2023 : monde : 21,8 t.

en tonnes de métal contenu
Afrique du Sud	17,4 t		Zimbabwe	1,4 t
Russie	2,2 t		Canada, États-Unis	0,6 t

Source : Johnson Matthey

Production minière des autres platinoïdes

Ruthénium : environ 40 t/an, à 89,8 % en Afrique du Sud, 4,5 % au Zimbabwe, 4,2 % en Russie et 1,4 % au Canada. En 2023, la production a été de 32,0 t.

Iridium : environ 9 t/an, à 80,9 % en Afrique du Sud, 9,0 % en Russie, 7,4 % au Zimbabwe, 2,6 % au Canada. En 2023, la production a été de 7,0 t.

Osmium: environ 1 t/an.

En Afrique du Sud, l’énorme gisement du Bushveld (voir ci-dessous), découvert en 1924 par Hans Merensky, s’étend sur une surface de 66 000 km² et une profondeur d’environ 15 km. Il s’est formé pendant 1 à 5 millions d’années, il y a 2 053 millions d’années, par l’intrusion d’un magma basique au travers de la croûte terrestre. Lors de son refroidissement, les minéraux de composition et de température de solidification différentes se sont déposés par cristallisation fractionnée en couches homogènes. Le gisement affleure selon trois lobes :

à l’ouest, selon un arc de 300 km de long, de Pretoria à Thabazimbi, en passant par Rustenburg,
à l’est, sur 100 km de long, au nord-est de Middleburg,
au nord, sur 100 km au nord de Mokopane.

Carte géologique du complexe du Bushveld (Source : Minéralinfo)

Les platinoïdes se trouvent dans 3 couches, dénommées reefs, à environ 2 000 m de profondeur : Merensky Reef d’une épaisseur moyenne de 30 cm, Upper Group 2 (UG-2) d’une épaisseur comprise entre 0,4 et 2,5 m, située de 20 à 400 m sous Merensky Reef, et Platreef. Aux débuts de leur exploitation, les gisements ont été exploités à faible profondeur, c’est le cas actuellement pour Platreef, mais comme les veines de minerais plongent de 10° vers le centre du complexe du Bushveld, l’exploitation est de plus en plus profonde. Par ailleurs, la faible épaisseur des veines de minerai ne permet pas une mécanisation importante et rend difficile les conditions de travail.
Merensky Reef, est constituée d’environ 60 % d’enstatite (pyroxène) et 20 % de plagioclase (feldspath). Les platinoïdes sont associés à des sulfures constitués de pyrrhotite (sulfure de fer) pour 40 %, pentlandite (sulfure de fer et de nickel) pour 30 %, chalcopyrite (sulfure de fer et de cuivre) pour 15 %. Les platinoïdes, sont présents sous forme de coopérite (PtS), braggite ((Pt,Pd)NiS), pserrylite (PtAs₂), laurite (RuS₂)… dans des particules d’environ 15 micromètres. Le niveau UG-2 est constitué par 60 à 90 % de chromite (oxyde de fer et de chrome) et de silicates dont 5 à 30 % de pyroxène et 1 à 10 % de plagioclase.

En 2020, 64 % de la production provient du niveau UG2, 21 % de Merensky reef et 15 % de Platreef.

Évolution de la teneur moyenne en Pt, Pd, Rh et Au des minerais extraits : 4,8 g/t en 2000, 3,5 g/t en 2013, 3,35 g/t en 2019.
Le gisement, outre les platinoïdes, contient du cuivre, du nickel, du cobalt, du chrome, du vanadium, du titane, de l’étain, de l’or, de l’argent… Il renferme 80 % des réserves mondiales de chrome, de 40 à 50 % de celles de vanadium.

Teneurs en platinoïdes et en or des reefs sud-africains :

en g/t
Reefs	Pt	Pd	Rh	Ru	Ir	Os	Au
Merensky	3,25	1,38	0,17	0,44	0,06	0,04	0,18
UG-2	2,46	2,04	0,54	0,72	0,11	0,10	0,02
Platreef	1,26	1,38	0,09	0,12	0,02	0,02	0,10

Source : DERA

En Russie, les platinoïdes sont principalement coproduits par Nornickel, ex-Norilsk, dans les mines de nickel des péninsules de Taimyr et de Kola. Les proportions des différents platinoïdes et de l’or sont les suivantes : 17,7 % de Pt, 74,0 % de Pd, 2,0 % de Rh, 1,1 % de Ru, 0,7 % de Ir et 4,5 % de Au. Il existe dans ce pays une production alluviale, en 2018, de 622 kg de platine natif, avec les gisements de Kondyor, près de Khabarovsk, en Sibérie Orientale, exploités par Russian Platinium, où a été trouvé une pépite de 3,5 kg, et de Koryak, dans le Kamchatka.

Au Zimbabwe, les mines de platinoïdes exploitent l’intrusion magmatique du Great Dyke. Anglo American Platinum possède la mine d’Unki et Impala Platinum possède les mines de Zimplats, à 87 % et Mimosa, à 50 %, en joint venture avec Sibanye Stillwater. Les proportions des différents platinoïdes et de l’or sont les suivantes : 45,5 % de Pt, 36,0 % de Pd, 3,9 % de Rh, 4,9 % de Ru, 2,4 % de Ir et 7,2 % de Au.

Au Canada, des platinoïdes sont extraits d’une part de la mine du Lac des Îles, dans l’Ontario et d’autre part sont coproduits dans les mines de nickel de Sudbury, dans l’Ontario, et de Raglan, au nord du Québec.
Le gisement du Lac des Îles qui s’étend sur 1 x 0,815 km et 650 m de profondeur est exploité par Impala Platinum qui l’a acquis, en décembre 2019, auprès de North American Palladium. Le gisement est exploité à ciel ouvert depuis 1993 et souterrainement, depuis 2006. En 2022-23, la production a été de 678 kg de Pt, 7,776 t de Pd ainsi que de l’or, du nickel, du cuivre, de l’argent et du cobalt. Les réserves prouvées et probables sont de 22 millions de t de minerai contenant 2,64 g/t de platinoïdes, 0,06 % de nickel et 0,07 % de cuivre.
Les mines de Sudbury, exploitées par Vale, principalement pour le nickel contenu, ont donné, en 2023, 3,888 t de platine, 4,634 t de palladium, 1,400 t d’or et de l’argent ainsi que 57 900 t de cuivre, 38 200 t de nickel et 365 t de cobalt. Les platinoïdes sont concentrés à Port Colborne, dans l’Ontario et raffinés, jusqu’en 2018, à Acton, au Royaume Uni. Cette raffinerie ayant fermé en 2018, les concentrés sont depuis traités par une tierce partie. Les réserves prouvées et probables sont de 75,1 millions de t renfermant 1,37 % de Cu, 1,42 % de Ni, 0,04 % de Co, 0,84 g/t de Pt, 1,01 g/t de Pd et 0,32 g/t de Au.
Glencore exploite des platinoïdes dans la mine de Nickel Rim South, à Sudbury et dans celle de Raglan, avec, en 2023, une production de 746 kg de Pt, 2,022 t de Pd, 93 kg de Rh, 342 kg d’or, 6,9 t de Ag ainsi que 39 300 t de Ni, 13 700 t de Cu et 400 t de Co. Les concentrés de nickel et de cuivre sont raffinés en Norvège, à Kristiansand. Les réserves prouvées et probables sont de 31,9 millions de t renfermant 2,12 % de Ni, 0,81 % de Cu, 0,05 % de Co, 0,56 g/t de Pt et 1,11 g/t de Pd.

Aux États-Unis, la production est assurée par Sibanye Stillwater, après l’acquisition, en mai 2017, des mines souterraines de Stillwater et East Boulder qui exploitent la couche géologique dénommée J-M Reef, dans le sud du Montana, près de la ville de Nye. La teneur moyenne du minerai extrait est, en 2023, de 11,37 g de platinoïdes par t de minerai. En 2023, la production des deux mines a été de 3,048 t de platine et 10,264 t de palladium avec 8,178 t de platine et palladium pour la mine de Stillwater et 5,112 t de platine et palladium pour celle de East Boulder. Les réserves prouvées et probables sont, fin décembre 2023, de 60,4 millions de t de minerai avec une teneur moyenne en platinoïdes de 13,5 g/t de Pt, Pd. Les opérations métallurgiques sont effectuées à Colombus dans le Montana. Les proportions entre les différents platinoïdes sont les suivantes : 22 % de Pt, 78 % de Pd.

Dans l’Union européenne, il y a une faible production de platine et de palladium associée à l’exploitation des gisements polonais de cuivre avec environ 15 kg/an de Pt et 25 kg/an de Pd et surtout l’exploitation à ciel ouvert de la mine de Kevitsa, depuis 2012, dans le nord de la Finlande, le gisement ayant été découvert en 1987. En juin 2016, First Quantum a vendu la mine à Boliden. En 2023, les productions ont été de 20 000 t de Cu, 10 000 t de Ni, 513 t de Co, 396 kg de Au, 933 kg de Pt, 762 kg de Pd. Les réserves prouvées et probables sont de 82,1 millions de t renfermant 0,31 % de Cu, 0,20 % de Ni, 0,011 % de Co, 0,19 g/t de Pt, 0,12 g/t de Pd, 0,10 g/t d’Au.

Minéralurgie : les minerais extraits, sulfurés, sont broyés puis concentrés par flottation dans des installations proches de la mine qui donnent des concentrés sulfurés de nickel et de cuivre renfermant les platinoïdes. Par exemple, en 2016, les mines de Stillwater aux États-Unis ont produit 32 097 t de concentrés renfermant 129 g/t de platine et 439 g/t de palladium, à partir de 1,29 million de t de minerai extrait de la mine contenant 14,0 g/t de platinoïdes. La masse de concentrés produits représente 2,5 % de la masse totale du minerai extrait. Le taux de récupération des platinoïdes est, en 2021, de 89,71 %.

Historique de la production minière : d’après J.F. Labbé, J.J. Dupuy, « Panorama 2012 du marché des platinoïdes« .
Le platine était connu des civilisations égyptiennes et précolombiennes mais son exploitation industrielle a débuté en 1735, en Colombie par l’exploitation de placers et s’est poursuivie, à compter de 1819, dans l’Oural, en Russie. Cette exploitation, exclusivement dans des placers, a donné 281 t entre 1735 et 1918.
En 1919, a commencé l’exploitation minière des platinoïdes contenus dans le gisement de nickel de Sudbury, au Canada, puis, à compter de 1928, celle du reef Merensky, en Afrique du Sud. Au total, entre 1919 et 1946, la production mondiale a été de 280 t.
En 1947, a débuté l’exploitation minière des platinoïdes du gisement de nickel et de cuivre de Norilsk, en Russie et en 1982, celle du reef UG-2 en Afrique du Sud. Au total, entre 1947 et 1994, la production totale a été de 6 632 t.
Entre 1995 et 2017, la production de platinoïdes a été de 9 890 t, soit, depuis 1735, un total de 17 080 t.

Principaux producteurs miniers : en 2023.

en tonnes de production minière
	Pt	Pd	Rh
Impala Platinum, en 2022-23	42,285	32,674	5,266
Sibanye Stillwater	35,832	26,624	4,906
Anglo American Platinum	34,870	27,013	4,569
Nornickel, en 2022	20,248	86,779	2,022
Northam Platinum, en 2022-23	15,348	7,657	2,547
Vale	3,888	4,634
ARM, en 2022-23	3,806	2,761	0,692
Glencore	0,746	2,022	0,093

Sources : rapports des sociétés

Voir ci-dessous pour plus de détails.

Réserves minières : en 2024. Monde : plus de 81 000 t.

en t de platinoïdes
Afrique du Sud	63 000	États-Unis	820
Russie	16 000	Canada	310
Zimbabwe	1 200

Source : USGS

En Afrique du Sud, 71 % des réserves sont situées dans le lobe ouest du complexe du Bushveld, 24 % dans le lobe est et 5 % dans le Platreef. 57 % des réserves sont situées dans le reef Merensky, 38 % dans UG-2, 5 % dans Platreef.

Métallurgie

Les concentrés provenant des exploitations minières subissent une succession de traitements. Exemple des opérations effectuées par Stillwater Mining Co. (SMC) sur les concentrés américains du Montana auxquels ont été ajouté le platine issu du recyclage.
Une série de fusions, à plus de 1 500°C, dans des fours électriques, permet d’éliminer la silice sous forme d’un laitier fusible ainsi qu’une grande partie du fer contenu. On obtient des mattes sous forme de granulés qui contiennent sous forme de sulfures, du cuivre, du nickel, du cobalt et les platinoïdes.
Les mattes sont ensuite traitées selon le procédé Sherritt qui consiste à pratiquer des lixiviations à l’acide sulfurique, en présence de dioxygène. Une première étape à la pression atmosphérique et à chaud permet d’éliminer une grande partie du nickel et du cobalt qui sont récupérés sous forme de sulfates. Une deuxième étape, sous pression et plus haute température dans des autoclaves, fait passer une grande partie du cuivre en solution. Il est récupéré par électrolyse donnant des cathodes de cuivre. Une troisième étape, sous pression et haute température, permet l’élimination du cuivre et du nickel restant.
Les platinoïdes qui sont restés inattaqués lors des traitements de lixiviation se retrouvent dans les « gâteaux » issus des filtres-presses. L’or et l’argent, présents en faible quantité, accompagnent les platinoïdes. La teneur en platinoïdes est passée de 2 % dans les mattes, à 40 % dans les « gâteaux ».
Les opérations de séparation des éléments contenus sont réalisées à l’extérieur de la société pour fournir des éponges titrant 99,95 %. Ces opérations hydrométallurgiques consistent en une attaque par l’acide chlorhydrique en présence de dichlore qui permet de solubiliser l’or puis le palladium et ensuite le platine. Les autres platinoïdes restent insolubles. Les traitements de séparation mis en œuvre font appel à des extractions par solvant, des distillations, des échanges d’ions.

Les concentrés miniers produits par Anglo American Platinum sont traités dans 4 complexes métallurgiques, à Mortimer, Waterval (Rustenburg) et Polokwane, en Afrique et Sud et Unki au Zimbabwe. En 2012, 1,15 million de t de concentrés ont donné 185 100 t de mattes qui après conversion ont fourni 29 600 t de métaux de base (cuivre, nickel et cobalt) et 55 200 t de mattes converties qui après raffinage ont donné 144 t de platinoïdes.

Principaux producteurs :

Anglo American Platinum (Amplats) avec, en 2023, un total de raffinage de 54,403 t de Pt, 39,458 t de Pd, 7,017 t de Rh, 17,334 t pour les autres platinoïdes et or et 21 800 t de Ni dont avec le raffinage de sa propre production minière de 34,870 t de platine, 27,013 t de palladium, 4,569 t de rhodium, 6,190 t de ruthénium, 1,571 t d’iridium, 2,249 t d’or ainsi que 973 000 t de chromite, 22 292 t de nickel et 14 552 t de cuivre. 28,2 millions de t de minerai renfermant 3,5 g/t de platine, palladium, rhodium et or ont été traitées. La répartition des revenus du groupe sont, en 2022, par métaux, de 41 % pour le rhodium, 25 % pour le palladium, 17 % pour le platine, 8 % pour les autres platinoïdes et l’or, 9 % pour les autres métaux.
Le groupe exploite, en Afrique du Sud, le complexe du Bushveld avec, en propre :
- la mine de Mogalakwena à ciel ouvert, avec, en 2023, une production de 12,802 t de Pt, 13,913 t de Pd, 0,911 t de Rh, 0,855 t de Ru, 0,217 t de Ir, 1,580 t d’or, 16 832 t de Ni et 10 729 t de Cu,
- celle d’Amandebult souterraine regroupant les mines de Dishaba et Tumela, avec 10,018 t de Pt, 4,613 t de Pd, 1,804 t de Rh, 2,557 t de Ru, 0,650 t de Ir, 0,084 t d’or, 918 000 t de chromite, 749 t de Ni et 294 t de Cu,
- celle de Mototolo, détenue entièrement après l’achat en novembre 2018, des parts de Glencore avec, 4,078 t de Pt, 2,647 t de Pd, 0,718 t de Rh, 1,191 t de Ru, 0,274 t de Ir, 0,072 t d’or, 532 t de Ni et 221 t de Cu,
- le groupe exploite également la mine d’Unki, au Zimbabwe qui a produit, en 2023, 3,459 t de Pt, 2,890 t de Pd, 0,339 t de Rh, 0,333 t de Ru, 0,140 t de Ir, 0,423 t d’or, 3 603 t de Ni et 2 976 t de Cu.

Exploite également en association les complexes miniers suivants :

- Modikwa, partagé 50-50 avec ARM, avec une production en propre de 1,854 t de Pt, 1,664 t de Pd, 0,336 t de Rh, 0,488 t de Ru, 0,115 t de Ir, 0,065 t d’or, 55 000 t de chromite, 428 t de Ni et 262 t de Cu.
- Kroondal, partagé 50-50 avec Sibanye-Stillwater, avec une production en propre de 2,659 t de Pt, 1,347 t de Pd, 0,460 t de Rh, 0,765 t de Ru, 0,174 t de Ir, 0,025 t d’or, 148 t de Ni et 70 t de Cu.

Impala Platinum (Implats), a produit, en 2022-23, 42,285 t de platine, 32,674 t de palladium, 5,266 t de rhodium, 14 970 t de nickel et en 2020-21, 8,709 t de ruthénium, 2,115 t d’iridium, 3,931 t d’argent, 2,936 t d’or, 11 900 t de cuivre et 100 t de cobalt. La répartition des revenus du groupe sont, en 2023, par métaux, de 32 % pour le rhodium, 31 % pour le palladium, 23 % pour le platine, 4 % pour le nickel, 10 % pour les autres métaux. Implats exploite 4 complexes miniers en Afrique du Sud, 2 au Zimbabwe et 1 au Canada :
- en Afrique du Sud, les mines d’Impala Rustenburg, détenues à 96 %, qui ont donné, en 2022-23, en métaux raffinés, 20,149 t de Pt, 9,483 t de Pd, 2,498 t de Rh, 3 708 t de Ni,
- celles de Impala Bakofeng, depuis juin 2023, après la prise de contrôle de Royal Bakofeng Platinium et une production pour le mois de juin 2023 de 743 kg de Pt, 320 kg de Pd, 78 kg de Rh et 202 t de Ni.
- celles de Marula, à 73,3 % avec contenu dans des concentrés 2,868 t de Pt, 2,952 t de Pd, 585 kg de Rh, 284 t de Ni,
- et celles de Two Rivers, à 46 %, en joint venture avec ARM avec contenu dans des concentrés 4,286 t de Pt, 2,56 t6 de Pd, 743 kg de Rh, 713 t de Ni,
- au Zimbabwe les mines de Zimplats, à 87 % avec contenu dans des mattes 8,771 t de Pt, 7,393 t de Pd, 728 kg de Rh, 5 787 t de Ni,
- et celle de Mimosa, à 50 %, en joint venture avec Sibanye Stillwater avec contenu dans des concentrés 3,580 t de Pt, 2,790 t de Pd, 295 kg de Rh, 3 549 t de Ni.
- En décembre 2019, a acquis le producteur canadien North American Palladium qui exploite le gisement du Lac des Îles dans l’Ontario. En 2022-23, la production a été de 678 kg de Pt, 7,776 t de Pd et, en 2020-21, 1 247 t de Ni.

Les réserves prouvées et probables sont de 506 millions de t renfermant 3,23 g/t de platinoïdes et or.

Sibanye Stillwater a acquis en Afrique Australe, Aquarius Platinium, en mars 2016, le complexe de Rustenburg en novembre 2016 puis aux États-Unis, Stillwater Mining, en mai 2017 et Lonmin, en juin 2019. Les productions, dans les mines de platine, en Afrique du Sud, au Zimbabwe et aux États-Unis, ont été, en 2023, de 35,831 t de Pt, 26,624 t de Pd, 4,906 t de Rh, 7,803 t de Ru, 1,964 t de Ir, 968 kg de Au, 2,324 millions de t de chromite. Par ailleurs, Sibanye Stillwater est un important producteur d’or (en 2023, avec 25,212 t) avec ses mines d’or sud-africaines. La répartition des revenus, selon les métaux produits, en 2021, est de 34,7 % pour Rh, 30,7 % pour Pd, 17,2 % pour Au, 12,3 % pour Pt, 1,6 % pour Ir, 0,8 % pour Ru et 1,3 % pour Cr.
- En Afrique du Sud détient 50 % de la mine de Kroondal avec Anglo American Platinum, et, en 2023, la production de 5,793 t de platinoïdes,
- détient 91 % des rejets miniers de Mile, adjacents à la mine de Kroondal, qui ont donné 1 611 kg de platinoïdes,
- depuis juin 2019 détient 95,25 % de la mine de Marikana après l’acquisition de Lonmin avec, une production de 20,533 t de platinoïdes,
- ainsi que le complexe minier de Rustenburg regroupant les mines de Bathopele, Khuseleka, Siphumelele et Thembelani avec une production, en 2023, de 20,479 t de platinoïdes.
- Au Zimbabwe détient 50 % de la mine Mimosa, avec Impala Platinum et une production de 3,618 t de platinoïdes.
- Aux États-Unis, exploite les mines de East Boulder et Stillwater. En 2023, la production de Stillwater est de 8,178 t de platine et de palladium et celle de East Boulder de 5,112 t.

Les réserves prouvées et probables sont en Afrique Australe de 246 millions de t de minerai renfermant 3,6 g/t de platinoïdes. Aux États-Unis, les réserves sont de 60,4 millions de t de minerai renfermant 13,5 g/t. En Afrique Australe, les proportions entre les divers éléments sont, selon les mines, comprises entre 46 % et 57 % pour Pt, 24 et 36 % pour Pd, 4 et 9 % pour Rh, 4 et 11 % pour Ru, 2 et 3 % pour Ir et 0,7 et 8 % pour Au alors qu’aux États-Unis elles sont de 78 % de Pd et 22 % de Pt.

Nornickel, est le quatrième producteur mondial de platine, le cinquième de rhodium et le premier producteur mondial de palladium avec, en 2022, une production de 20,248 t de platine, 86,779 t de palladium, 2,022 t, en 2017, de rhodium. Nornickel est d’abord un producteur de nickel raffiné (n°2 mondial) et de cuivre, avec, en 2022, une production de 219 000 t de nickel et 433 000 t de cuivre, les platinoïdes étant coproduits. La répartition des revenus du groupe sont, en 2021, par métaux, de 37,4 % pour le palladium, 21,2 % pour le cuivre, 20,1 % pour le nickel, 6,1 % pour le rhodium, 3,9 % pour le platine et 7,3 % pour les autres métaux. Le groupe exploite des mines en Russie, dans la péninsule de Taimyr (Polar Division) avec 4 mines souterraines (Komsomolsky, Oktyabrsky, Taimyrsky, Zapolyarny) et une mine à ciel ouvert (Medvezky-Ruchey) et dans celle de Kola (Kola MMC) avec les mines de Severny (souterraine et à ciel ouvert) et Kaula-Kotselvaara. En Russie, les réserves prouvées et probables sont de 1 058 millions de t de minerai renfermant 0,75 % de Ni, 1,38 % de Cu, 1,01 g/t de Pt, 3,66 g/t de Pd, 0,20 g/t de Au.
Par ailleurs exploitait, en Afrique du Sud, la mine de Nkomati détenue en commun 50/50 avec ARM, qui a produit, en 2020-21, 2,088 t de platinoïdes, 8 016 t de Ni, 4 409 t de Cu, 500 t de Co et 116 000 t de chromite. La mine a été fermée fin février 2021.
Northam Platinum, exploite 4 mines souterraines dans le complexe du Bushveld, celles de Zondereinde et Eland à l’ouest et les deux de Booysendal, à l’est. En 2022-23, les productions ont été de 15,348 t de platine, 7,657 t de palladium, 2,547 t de rhodium, 3,739 t de ruthénium, 0,939 t d’iridium, 293 kg d’or, 1 950 t de nickel, 1 183 t de cuivre et 1 065 757 t de chromite. Les réserves prouvées et probables sont de 295,8 millions de t de minerai renfermant 3,61 g/t de Pt, Pd, Rh et Au.
ARM (African Rainbow Minerals) exploite, en Afrique du Sud, les mines de Two Rivers, à 54 % avec 46 % pour Impala Platinum et Modikwa, à 41,5 % avec 50 % pour Anglo American.
- En 2022-23, la production totale de Two Rivers a été de 4,287 t de Pt, 2,667 t de Pd, 742 kg de Rh, 1,235 t de Ru, 284 kg de Ir, 74 kg de Au, 713 t de Ni, 366 t de Cu et 190 165 t de chromite avec des réserves prouvées et probables de 69,16 millions de t de minerai renfermant 3,30 g/t de platinoïdes et or dans la couche UG2 et 56,39 millions de t renfermant 2,75 g/t de platinoïdes et or dans la couche Merensky. La production sous forme de concentrés est totalement vendue à Impala Platinium,
- celle de Modikwa, avec une production totale de 3,592 t de Pt, 3,314 t de Pd, 676 kg de Rh, 967 kg de Ru, 230 kg de Ir, 114 kg de Au, 762 t de Ni, 471 t de Cu et 99 476 t de chromite avec des réserves prouvées et probables de 38,54 millions de t renfermant 4,23 g/t de Pt, Pd, Rh et Au. La production sous forme de concentrés est totalement vendue à Anglo American Platinium,
- La mine de Nkomati a été fermée fin février 2021.
Royal Bafokeng Platinium, a été acquis par Impala Platinium, en 2023, et est devenu Impala Bafokeng.
Au Canada, Vale et Glencore extraient des platinoïdes de leurs mines de Nickel au côté de Impala Platinium qui exploite une mine de platinoïdes dans l’Ontario (voir plus haut).

Commerce international : en 2023.

Les États-Unis, ont importé 70 t de platine, 64 t de palladium, 11 t de rhodium, 11 t de ruthénium, 1,9 t d’iridium. Ils ont exporté 12 t de platine, 34 t de palladium, 0,18 t de rhodium et 0,62 t des autres platinoïdes.

Recyclage et stocks

L’une des caractéristiques des platinoïdes est leur grande capacité à être recyclés. Lorsqu’ils sont recyclés, plus de 96 % du métal contenu est récupéré.

En 2023, dans le monde :

40,4 t de platine ont été recyclées provenant, à 79,7 % de la catalyse automobile, 17,6 % de la bijouterie et 2,7 % d’applications électriques et électroniques. En 2021, 30,9 % provient d’Amérique du Nord, 27,1 % d’Europe de l’Ouest, 18,7 % de Chine, 12,5 % du Japon.
87,3 t de palladium ont été recyclées provenant à 83,2 % de la catalyse automobile, 16,5 % d’applications électriques et électroniques. En 2021, 47,2 % provient d’Amérique du Nord, 15,9 % d’Europe de l’Ouest, 11,8 % du Japon, 10,3 % de Chine.
8,9 t de rhodium ont été recyclées provenant de la catalyse automobile. En 2021, 53,4 % provient d’Amérique du Nord, 17,8 % d’Europe de l’Ouest, 12,3 % du Japon, 2,7 % de Chine.

En Europe, les principales entreprises de recyclage de platinoïdes sont soit des métallurgistes comme Umicore, à Hoboken, en Belgique ou Heraeus, en Allemagne ou des fabricants de catalyseurs comme BASF, en Allemagne.

Aux États-Unis, le groupe Sibanye Stillwater dans son complexe métallurgiques de Colombus dans le Montana, traite les minerais de ses mines de Stillwater et East Boulder avec une production, en 2023, de 13,290 t de platinoïdes et procède au recyclage de déchets, principalement de pots catalytiques, avec une production de 9,652 t de platinoïdes.

Stock gouvernementaux :
Jusqu’en 2005, les productions russes de platinoïdes n’étaient pas connues, on connaissait seulement le résultat du déstockage des stocks accumulés, ceux-ci étant secret d’État. En 2003, le stock de palladium était estimé à 370 t. Entre 2005 et 2012, les ventes du stock russe ont porté sur 237 t de palladium.

En 1994, le stock des États-Unis était de 13,7 t de platine, 39,3 t de palladium et 920 kg d’iridium. Entre 1999 et 2007 la vente de ce stock a eu lieu et il reste, en 2023, un stock résiduel de 261 kg de platine et 15 kg d’iridium.

Stocks financiers :
Les ETF (Exchange Traded Funds) sont des fonds cotés en bourse qui émettent des actions reposant sur des stocks physiques de métal. Ils ont été créés, en 2007 pour le platine et le palladium et en 2011 pour le rhodium. Fin 2017, ils étaient estimés à 80,1 t de platine, 41,2 t de palladium et 2,7 t de rhodium.

Situation française

En 2024.

Pas de production primaire.

Exportations :

Platine brut ou en poudre : 1 493 kg à 51 % vers l’Italie, 20 % la Suisse, 20 % le Royaume Uni, 5 % l’Allemagne.
Palladium brut ou en poudre : 1 747 kg à 34 % vers la Suisse, 32 % l’Italie, 31 % vers l’Espagne.
Rhodium brut ou en poudre : 10,1 kg à 74 % vers l’Allemagne, 20 % la Suisse, 3 % le Maroc.
Autres platinoïdes brut ou en poudre : 13,5 kg, à 59 % vers l’Italie.

Importations :

Platine brut ou en poudre : 476 kg à 31 % de Colombie, 21 % d’Italie, 17 % de Suisse, 12 % des États-Unis, 3 % d’Allemagne.
Palladium brut ou en poudre : 1 424 kg à 34 % d’Espagne, 31 % d’Italie, 23 % de Suisse, 4 % des États-Unis.
Rhodium brut ou en poudre : 8,1 kg à 65 % d’Italie, 28 % d’Allemagne, 6 % de Suisse.
Autres platinoïdes brut ou en poudre : 266,2 kg à 68 % d’Allemagne, 19 % d’Italie, 11 % de Suisse.

Utilisations

Consommations

Répartition, en 2023.

	Platine	Palladium	Rhodium, en 2015
Chine	29,4 %	21,6 %	20 %
Europe	20,9 %	21,8 %	26 %
Amérique du Nord	16,3 %	21,0 %	26 %
Japon	9,7 %	10,4 %	12 %
Total mondial, en 2023	236,6 t	322,6 t	34,7 t en 2023

Source : Johnson Matthey

Consommations mondiales des autres platinoïdes, en 2023 :
Ruthénium : 31,3 t.
Iridium : 7,0 t.
Osmium : moins d’une t/an.

Secteurs d’utilisation

Dans le monde.

La catalyse automobile est, de très loin, le principal secteur d’utilisation des platinoïdes, elle compte pour 56 % des emplois du platine, du palladium et du rhodium réunis.

Pour les véhicules fonctionnant à l’essence, c’est principalement le palladium, associé au rhodium qui est utilisé. Lorsque le platine est utilisé, il est associé au palladium et au rhodium. Dans les pots catalytiques 3 voies, le platine ou le palladium permettent la conversion du CO et des hydrocarbures imbrûlés en CO₂ et en eau alors que le rhodium permet la conversion des oxydes d’azote en diazote et eau lorsque le rapport air/carburant est de 14,7. La teneur en platinoïdes est de 2 à 3 g par véhicule.
Pour les véhicules diesel, c’est principalement le platine qui est utilisé, avec une teneur en platinoïdes de 7 à 8 g par véhicule.

Platine

En 2023, dans le monde. Source : Johnson Matthey

Catalyse automobile	44,0 %	Contrôle pollution	3,6 %
Bijouterie	17,9 %	Médical	3,5 %
Verre	10,2 %	Électronique	2,6 %
Chimie	8,5 %	Pétrole	2,3 %

Source : Johnson Matthey

L’Europe, avec, en 2023, 31,3 t de platine consommées en catalyse automobile représente 30,5 % de la consommation de ce secteur.

La Chine avec, en 2023, 14,8 t de platine consommées en bijouterie, représente 35,0 % de la consommation de ce secteur.

Le platine est utilisé en catalyse chimique principalement pour fabriquer des silicones mais aussi pour la synthèse du paraxylène destiné à produire de l’acide téréphtalique puis du polyéthylène téréphtalate (PET). Il est également employé dans les toiles permettant de catalyser l’oxydation de l’ammoniac en oxyde d’azote lui même transformé en acide nitrique. En général, le catalyseur est peu consommé lors de son utilisation et au bout d’un certain temps est facilement recyclable, sauf dans le cas de la fabrication des silicones où il est employé dans leur vulcanisation à froid sous forme, en général, d’acide chloroplatinique, H₂PtCl₄, une partie du catalyseur se trouve incorporé dans le produit final. Par exemple, les silicones des implants mammaires renferment de 6 à 8 µg de Pt/g de silicone, soit plus que la teneur des minerais sud-africains.

Le platine, permet de catalyser la réaction du dihydrogène avec le dioxygène, avec formation d’eau, à la base du fonctionnement des piles à combustible.

Dans l’industrie verrière, le platine, allié à 5 à 20 % de rhodium, est employé dans la confection de filières pour la production de fibre de verre, d’un diamètre compris entre 5 et 13 µm et pour la fabrication d’écrans à cristaux liquide (LCD).

En électronique, le platine est utilisé à 95 % dans la fabrication de disques durs, sous forme d’alliages cobalt–chrome-platine, dans des couches minces magnétiques d’environ 20 nm.

Le platine a de nombreuses autres applications, du fait de sa résistance à la corrosion, en particulier à haute température. Il est employé comme creuset pour diverses fusions, dans des thermocouples (platine/platine-rhodié), comme électrodes, en particulier dans les pacemakers, comme revêtement, sous forme d’alliage avec l’aluminium, de pales de turbines de réacteurs…

Palladium : en 2023.

Catalyse automobile	84,3 %	Dentaire et médical	1,9 %
Chimie	5,2 %	Contrôle pollution	1,3 %
Électronique, électricité	4,9 %	Bijouterie	0,8 %

Source : Johnson Matthey

En électronique, le palladium est utilisé pour la fabrication de condensateurs céramiques multicouches ainsi que pour remplacer l’or dans les dépôts destinés à faciliter les connexions électriques.

En chimie, dans la fabrication de l’acide nitrique, le catalyseur est constitué de plus de 50 toiles de platine rhodié de plus de 4 mètres de diamètre, avec un fil d’environ 0,07 mm de diamètre. Les pertes en platine varient entre 25 et 40 mg/t de HNO₃ pur. Elles sont dues à un effet mécanique et à l’oxydation du platine en PtO₂. Le platine perdu par effet mécanique est en partie récupéré dans des filtres. Celui qui est oxydé peut être, en partie, récupéré par ajout de toiles de palladium sur lesquelles l’oxyde de platine est réduit selon la réaction :

PtO₂ + 2 Pd = Pt + 2 PdO

A une température supérieure à 750°C, l’oxyde de palladium est décomposé en palladium qui forme un alliage métallique avec le platine. Ainsi, plus de 80 % du platine et 30 % du rhodium peuvent être récupérés. La durée moyenne de vie du catalyseur est comprise entre 3 et 18 mois.
Par ailleurs, en chimie, le palladium est utilisé comme catalyseur dans la purification de l’acide téréphtalique et dans la fabrication du peroxyde d’hydrogène.

L’utilisation dentaire du palladium est surtout importante au Japon, ce pays représentant, en 2018, avec 5 t, 44 % des utilisations dans ce secteur, sous forme d’un alliage avec l’or, appelé « kinpala », renfermant 20 % de palladium.

Le palladium déposé sur des zéolithes, adsorbe l’éthylène et est employé pour retarder le mûrissement des fruits et légumes frais lors de leur stockage. Il adsorbe également le dihydrogène et est utilisé pour sa purification à l’aide de membranes en alliage palladium-argent.

Rhodium : en 2023.

Catalyse automobile	88,8 %		Verre	1,7 %
Chimie	7,2 %		Électronique	0,6 %

Source : Johnson Matthey

Le rhodium est utilisé en catalyse chimique dans la production d’acide acétique, d’oxo-alcools ainsi que comme élément d’alliage des catalyseurs de platine et des filières de platine utilisées dans l’industrie verrière.

Ruthénium : en 2023.

Chimie	42,5 %		Électrochimie	13,1 %
Électronique, électricité	30,7 %		Autres	13,7 %

Source : Johnson Matthey

Le ruthénium est utilisé comme catalyseur dans la production d’ammoniac à partir de gaz naturel et avec l’iridium, comme revêtement d’électrodes dans l’électrolyse de saumures pour la fabrication du dichlore et de l’hydroxyde de sodium. Il est aussi employé, avec le platine, comme catalyseur dans les piles à combustible. L’ajout de 0,1 % de Ru au titane permet d’augmenter considérablement sa résistance à la corrosion. En Chine, il est employé comme catalyseur dans la production de caprolactame et d’acide adipique destinés à la production de nylon 6 et 6.6. Le ruthénium est également utilisé pour élaborer des cibles de pulvérisation cathodique pour des dépôts en couche mince sur les disques durs. Ces dépôts, très minces, de 4 couches atomiques, séparent deux couches magnétiques pour créer un couplage antiferromagnétique qui permet d’augmenter la densité du stockage sur le disque dur.

Iridium : en 2023.

Électrochimie	45,7 %		Chimie	12,9 %
Électronique, électricité	14,3 %		Autres	27,1 %

Source : Johnson Matthey

L’iridium est utilisé avec le ruthénium comme revêtement d’électrodes dans l’électrolyse de saumures pour la fabrication du dichlore et de l’hydroxyde de sodium. Il est également employé pour élaborer des creusets destinés à la fabrication de monocristaux de saphir. Il a été utilisé dans l’alliage (90 % Pt – 10 % Ir) du mètre étalon réalisé par George Matthey et livré au gouvernement français le 4 octobre 1879.

L’osmium, qui s’oxyde à l’air lorsqu’il est à l’état divisé en donnant du tétroxyde (OsO₄), très toxique, est employé dans les revêtements d’or sur verre. Le tétroxyde d’osmium est utilisé dans la détection des empreintes digitales et des traces d’ADN lors des enquêtes de la police scientifique.

Bibliographie

Données issues du site de Johnson Matthey, Orchard Road, Royston, Hertfordshire, SG8 5HE, Royaume Uni.
PGM market report, Johnson Matthey, mai 2024.
J.F. Labbé, J.J. Dupuy, « Panorama 2012 du marché des platinoïdes« , Rapport public BRGM/RP-63169-FR, janvier 2014.
M. Leguérinel « En proie à des difficultés systémiques, l’Afrique du Sud continue malgré tout d’asseoir sa domination sur la production de platinoïdes« , Mineral Info, nov. 2020.
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Base de données physiques, chimiques, mécaniques sur les métaux du groupe du platine : PGM Database, Johnson Matthey, Anglo American, IPA.
International Platinum Group Metals Association (IPA), Schiess-Staett-Strasse 30, 80339 Munich, Allemagne.
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Jean-François Moyen, Le complexe du Busveld, janvier 2007.
R.P. Schouwstra, E.D. Kinloch, C.A. Lee, « A short geological review of the Bushveld complex », Platinum Metal Rev., 2000, 44 (1), 33-39.
D.R. Wilburn, « Global exploration an production capacity for platinum-group-metals from 1995 through 2015« , USGS, décembre 2012.

Archives

Terres rares

Données industrielles

Les terres rares représentent le groupe des lanthanides (éléments de numéros atomiques compris entre 57 et 71, du lanthane au lutécium) auquel on ajoute, du fait de propriétés chimiques voisines (même colonne de la classification périodique), l’yttrium (Y) et le scandium (Sc). On distingue les terres cériques, légères (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, samarium, europium et gadolinium) des terres yttriques, plus lourdes (les autres terres rares), l’europium et le gadolinium étant parfois classés comme terres rares lourdes.

Malgré leur nom, les éléments constituant les terres rares ne sont pas rares. Le plus abondant, le cérium, est plus répandu dans l’écorce terrestre que le cuivre, le plus rare, le thulium, est 4 fois plus abondant que l’argent (voir le tableau ci-dessous). Les teneurs sont, en général, exprimées sous forme d’oxydes.

Matières premières

La teneur de l’écorce terrestre en terres rares, notées TR, est d’environ 0,08 %, voir le tableau ci-dessous pour plus de détails.

Le prométhium (Pm), radioactif (période de ¹⁴⁷Pm = 2,62 ans), n’existe pas à l’état naturel. Il apparaît comme isotope instable dans les produits de fission de l’uranium.

Les teneurs des minerais en scandium sont toujours très faibles : quelques ppm à quelques dizaines de ppm. Souvent, le thorium et l’uranium, radioactifs, sont associés aux terres rares ce qui entraîne des difficultés d’exploitation et, en particulier en Chine, de nombreuses pollutions.

Minerais et exploitations minières

Les principaux minerais sont la bastnaésite et la monazite.

Bastnaésite : c’est un fluorocarbonate, (TR)FCO₃, à forte teneur en terres cériques et, relativement, en europium. Exploitée en Chine, co-produit d’une mine de fer, à Bayan Obo, en Mongolie Intérieure et aux États-Unis, à Mountain Pass, dans le comté de San Bernardino, en Californie.

Le gisement de terres rares de Bayan Obo, le plus important au monde, est exploité, à ciel ouvert, par China Northern Rare Earth, filiale du groupe Baogang. Il renferme de la bastnaésite et de la monazite, associées à des oxydes de fer, ainsi qu’à des oxydes de niobium et de thorium. Les réserves sont de 600 millions de t de minerai contenant 34 % de fer, 5 % d’oxydes de terres rares et 0,032 % d’oxyde de thorium.
Après broyage du minerai, celui-ci subit une première flottation qui permet de récupérer d’une part des oxydes de fer et d’autre part des minéraux silicatés renfermant du fer et du niobium. Le fer contenu est destiné à la production d’acier avec, en 2020, 15,61 millions de t. Le produit résidu de cette première flottation est traité par une deuxième flottation suivie d’une séparation magnétique et gravimétrique à l’aide de tables à secousse pour donner deux types de concentrés l’un de bastnaésite renfermant 68 % d’oxydes de terres rares, l’autre de monazite renfermant 36 % d’oxydes de terres rares. Ces concentrés de terres rares sont expédiés pour être traités à Baotou situé à 150 km de la mine de Bayan Obo, par le groupe China Northern Rare Earth qui produit des terres rares séparées sous forme d’oxydes et de métaux, avec, en 2017, une production autorisée de 59 500 t d’oxydes de terres rares.
D’autres gisements de bastnaésite sont exploités en Chine, à Weishan dans la province de Shandong, à Maoniuping et Dalucao dans la province du Sichuan.
Le gisement de Mountain Pass, aux États-Unis, est exploité depuis 1952. Jusqu’au début des années 1990, avant le développement de la production chinoise, c’était la principale source mondiale de terres rares. Face à la concurrence chinoise et à des pollutions accidentelles, la production minière a cessé en 2002. Elle a repris de 2011 à octobre 2015 avec environ 4 000 t/an, par la société Molycorp, puis depuis janvier 2018, après la faillite de Molycorp par la société MP Mine Operations détenue à 90 % par des fonds d’investissement (JHL Capital et QVT Financial) et à 10 % par le groupe chinois Leshan Shenghe Rare Earth. Les réserves prouvées et probables sont de 26,6 millions de t de minerai contenant 6,32 % d’oxydes de terres rares exprimés en TR₂O₃. La répartition entre les oxydes de terres rares est de 50,2 % pour le cérium, 32,3 % pour le lanthane, 15,7 % pour le néodyme et praséodyme, 1,8 % pour le samarium, europium et gadolinium.
Le minerai de 7 à 10 % de teneur initiale en oxydes de terres rares est enrichi à environ 60 %, par flottation. Une purification, réalisée sur place, par lixiviation à l’acide chlorhydrique permet d’éliminer les éléments alcalino-terreux présents (calcium, baryum, strontium) sous forme de chlorures solubles et d’obtenir un concentré à 70 % d’oxydes de terres rares qui est expédié en Chine pour être traité. Une calcination éventuelle donne un concentré renfermant 90 % d’oxydes de TR. En 2022, la production a été de 42 499 t d’oxydes de terres rares. En 2023 devrait débuter la séparation des terres rares avec la production d’oxyde de néodyme-praséodyme.
La société Neo Performance Materials a repris les autres activités de Molycorp avec l’extraction et la séparation des terres rares, en Chine, à Jiangyin, à partir d’argiles ioniques. Sépare également des terres rares à Sillamäe, en Estonie avec une capacité de production de 2 500 t/an et à Zibo, dans la province de Shandong, en Chine. La production de métaux et alliages est effectuée aux États-Unis, à Tolleson, dans l’Arizona. Par ailleurs produit des aimants permanents Nd-Fe-B et Nd-Pr-Fe-B à Tianjin, en Chine, et à Korat, en Thaïlande, avec sa filiale Magnequench ainsi qu’à Nakatsugawa, au Japon, à travers une joint-venture avec Daido, 35,5 %, Mitsubishi, 34,5 % et Neo, 30,0 %.
En Australie, en Nouvelle Galle du Sud, la société Australian Strategic Materials (ASM) issue de Alkane Resources développe le projet Dubbo situé à 400 km au nord-ouest de Sydney. Les terres rares présentes dans de la bastnaésite sont associées dans le gisement à du zirconium, du hafnium, du niobium, du tantale et de l’yttrium. Les réserves prouvées et probables sont de 18,9 millions de t de minerai renfermant 1,85 % de ZrO₂, 0,04 % de HfO₂, 0,44 % de Nb₂O₅, 0,029 % de Ta₂O₅, 0,136 % de Y₂O₃ et 0,735 % d’oxydes de TR. La production prévue, pour 2024, est de 16 374 t/an de ZrO₂, 50 t/an de HfO₂, 1 967 t/an de Nb contenu dans du ferroniobium et 6 664 t/an d’oxydes de TR. Les revenus escomptés proviendront à 43 % de Zr, 30 % des TR, 17 % de Nb et 10 % de Hf.

Monazite : c’est un orthophosphate de terres rares et de thorium, (TR,Th)PO₄. C’est également le principal minerai de thorium. C’est souvent un sous-produit du traitement de l’ilménite (minerai de titane), exploitée dans les sables de plages, en Australie, Inde, Brésil, Malaisie… Le minerai est enrichi, à environ 60 %, par séparation magnétique. Avant l’exploitation du gisement de Mountain Pass, aux États-Unis, c’était la principale source de terres rares et pendant longtemps, jusqu’au développement de la production chinoise, l’Australie a été un important producteur à partir de monazite.

Le gisement de Mount Weld, en Australie Occidentale, est exploité, depuis 2011, par la société Lynas Corp. Le gisement, avec un diamètre de 3 km, résulte d’une activité volcanique avec l’intrusion de carbonatite. L’exploitation est à ciel ouvert à une profondeur de 51 m. La capacité de production sous forme de concentrés est de 66 000 t/an renfermant 26 500 t/an d’oxydes de terres rares. Le traitement des concentrés est réalisé, depuis 2012, à Gebeng, en Malaisie. En 2021-22, la production a été de 15 970 t d’oxydes de terres rares dont 5 880 t d’oxyde de Nd/Pr. Les réserves prouvées et probables sont de 18,6 millions de t de minerai renfermant 8,2 % d’oxydes de terres rares. Les terres rares contenues sont constituées de 47 % de Ce, 24 % de Nd et Pr, 24 % de La. Les productions réalisées à Gebeng sont sous forme d’oxyde de Nd-Pr, carbonate de La-Ce, oxyde de La-Ce, carbonate de Ce, oxyde de Ce.
La société Iluka, développe, à Eneabba, en Australie de l’Ouest, la production de monazite avec, en 2021, une production de 57 700 t et le projet de construction d’une raffinerie pour la récupération de terres rares séparées, espéré en 2025. Les réserves prouvées et probables sont de 0,910 million de t renfermant 83,1 % de minéraux denses qui sont composés de 32,9 % d’ilménite, 28,2 % de zircon, 18,6 % de monazite et 1,3 % de xénotime. Les terres rares renferment 45 % de Ce, 22 % de La, 17 % de Nd, 5 % de Pr, 1 % de Dy. La production prévue est de 17 500 t/an d’oxydes de terres rares dont 4 000 t/an de Nd/Pr et 500 t/an de Dy/Tb.

Xénotime : c’est un orthophosphate de terres yttriques, renfermant des teneurs d’environ 55 % d’oxydes de terres rares. C’est, en Malaisie, un sous-produit du traitement de la cassitérite (minerai d’étain). Parmi les terres rares, la part de l’yttrium peut atteindre 60 %.

En 2018, a commencé l’exploitation pilote de la mine de Browns Range, en Australie Occidentale à la frontière avec le Territoire de Nord. Exploitée par la société Northem Minerals, les réserves prouvées et probables sont de 3,29 millions de t de minerai renfermant 0,678 % d’oxydes de TR dont 0,394 % de Y₂O₃. La répartition de la composition des TR est la suivante : Y : 58,2 %, Dy : 8,8 %, Gd : 5,7 %, Er : 5,3 %, Ce : 4,8 %, Yb : 4,4 %, Nd : 3,1 %, Sm : 2,3 %, La : 1,9 %, Ho : 1,8 %, Tb : 1,3 %, Pr : 0,7 %, Tm : 0,7 %, Lu : 0,6 % et Eu : 0,4 %. Ce gisement est particulièrement riche en dysprosium. Une première phase pilote qui a débuté en 2018 s’est achevée en 2022 avec une production totale de 281 416 kg de carbonate de terres rares renfermant 16 085 kg d’oxyde de dysprosium et 2 140 kg d’oxyde de terbium. En 2021-22, la production a été de 70 307 kg de carbonates de terres rares renfermant 6 335 kg d’oxyde de dysprosium et 2 140 kg d’oxyde de terbium. Les concentrés de xénotime renfermant 20 % d’oxydes de TR sous forme de carbonates de TR ont été expédiés en Chine pour séparation des TR contenues. En pleine production l’exploitation devrait fournir 3 000 t/an d’oxyde de TR, hors oxyde d’yttrium dont 279 t d’oxyde de dysprosium. Les revenus escomptés proviendraient à 56 % de Dy, 22 % de Tb, 14 % de Lu et à 8 % de Nd-Pr.

Loparite : c’est un niobiotitanate de terres rares présent en Russie, dans la péninsule de Kola. Le minerai exploité par Solikamsk Magnesium Works, filiale du groupe Uralkali, renferme de 28 à 30 % d’oxydes de terres rares, de 35 à 38 % de dioxyde de titane, de 7,5 à 8 % d’oxyde de niobium, de 0,5 à 0,8 % d’oxyde de tantale. Les concentrés obtenus titrent environ 32 % de terres rares, surtout cériques. Ils sont traités en partie sur place et en partie exportés à Sillamäe, en Estonie, dans l’usine de Neo Performance Materials pour séparer les terres rares. En 2019, la production a été de 9 472 t de loparite qui ont donné 2 620 t d’oxydes de terres rares, 1 946 t de titane dans de l’éponge de titane et du tétrachlorure, 659 t d’oxyde de niobium et 31,6 t d’oxyde de tantale.

Minerais phosphatés : l’apatite de Kola, en Russie, renferme de l’ordre de 1 % de terres rares qui sont récupérées, à Veliky Novgorod par la société Acrom, lors de la transformation de cette apatite en engrais phosphaté. En 2020, la production a été de 88,8 t d’oxydes de TR.

Argiles : appelées minerais ioniques, certaines argiles exploitées dans le Sud-Est de la Chine, à Ganzhou, Xunwu, Longnan, dans la province de Jiangxi, Caowu dans la province de Guangdong, Hezhou dans celle du Guangxi, Jianghua dans celle du Hunan, renferment de 0,05 à 0,33 % d’oxydes de terres rares sous forme d’ions adsorbés qui sont récupérés par lixiviation in situ à l’aide de solutions de sulfate d’ammonium. Souvent exploitées de façon artisanale, elles sont la principale source de la production chinoise illégale. Après purification de la solution, les terres rares sont précipitées à l’aide d’acide oxalique sous forme d’oxalates. Elles renferment très peu de cérium, des teneurs élevées en europium et des teneurs très variables en yttrium. C’est la principale source mondiale de terres yttriques avec environ 95 % de la production mondiale. Les réserves de la province de Jiangxi sont estimées à 15,6 millions de t d’oxydes de terres rares dont 2,13 millions de t de terres yttriques.

Lujavrite : c’est une variété de syénite néphélinique, silicoaluminate ne renfermant pas de quartz, qui a été enrichie en divers éléments dont des terres rares. Cette roche est présente dans le gisement de Kvanefjeld, au sud du Groenland, dont l’exploitation est en cours de préparation. La mine est propriété de Energy Transition Minerals ex-Greenland Minerals, joint venture pilotée par le groupe chinois Shenghe Resources. Les réserves prouvées et probables sont de 108 millions de t de minerai renfermant 2 600 ppm de Zn, 362 ppm de U₃O₈ et 14 300 ppm d’oxydes de terres rares. La production prévue est de 12 420 t/an de fluorure de calcium, 6 060 t/an de concentré de zinc, 454 t/an de U₃O₈, 19 000 t/an d’oxyde de La et Ce ainsi que 4 300 t/an d’oxyde de Nd, 1 400 t/an d’oxyde de Pr, 30 t/an d’oxyde de Eu, 45 t/an d’oxyde de Tb, 270 t/an d’oxyde de Dy. Les concentrés de terres rares produits, renfermant 20 à 25 % d’oxyde de TR, doivent être traités en Chine pour séparer les terres rares. Les terres rares devraient représenter 80 % des revenus du projet.

Teneurs en oxydes des principaux concentrés et prix des oxydes

Oxydes de TR, Sc, Th et U	Formule	Teneur de l’écorce terrestre, en ppm	Concentrés miniers (teneurs* en %)			Concentrés chimiques (teneurs* en %)				Prix des oxydes, en $/kg, 99,5 % de pureté, en juin 2020
Oxydes de TR, Sc, Th et U	Formule	Teneur de l’écorce terrestre, en ppm	Monazite	Bastnaésite	Loparite		Bayan Obo (Chine)	Mountain Pass (États -Unis)	Mount Weld (Australie)
Total oxyde de TR	–	150	∼ 60	60-70	∼ 32		100	100	100
Lanthane	La₂O₃	18	24	32	28	La₂O₃	23,0	33,4	23,88	3,45¹
Cérium	CeO₂	46	46	49	57	CeO₂	50,0	49,1	47,55	1,70⁴
Praséodyme	Pr₆O₁₁	5,5	5	4	4	Pr₆O₁₁	6,2	4,3	5,16	41,30
Néodyme	Nd₂O₃	24	17	13,5	9	Nd₂O₃	18,5	11,5	18,13	42,41
Samarium	Sm₂O₃	6,5	2,5	0,5	0,9	Sm₂O₃	0,8	0,79	2,44	1,78¹
Europium	Eu₂O₃	0,5	0,05	0,1	0,1	Eu₂O₃	0,2	0,13	0,53	30,00³
Gadolinium	Gd₂O₃	6,4	1,5	0,3	0,2	Gd₂O₃	0,7	0,21	1,09	25,73
Terbium	Tb₄O₇	0,9	0,04	0,01	0,07	Tb₄O₇	0,1		0,09	642²
Dysprosium	Dy₂O₃	5	0,7	0,03	0,09	Dy₂O₃	0,1		0,25	272
Holmium	Ho₂O₃	1,2	0,05	0,01	0,03	Ho₂O₃	–		0,03	58,23
Erbium	Er₂O₃	4	0,2	0,01	0,07	Er₂O₃	–		0,06	22,30
Thulium	Tm₂O₃	0,4	0,01	0,02	0,07	Tm₂O₃	–		0,01
Ytterbium	Yb₂O₃	2,7	0,1	0,01	0,3	Yb₂O₃	–		0,03	14,81²
Lutécium	Lu₂O₃	0,8	0,04	0,01	0,05	Lu₂O₃	–		0	618²
Scandium	Sc₂O₃	16				Sc₂O₃				977²
Yttrium	Y₂O₃	28	2,4	0,1	0,15	Y₂O₃	–	0,12	0,76	2,90³
Thorium	ThO₂	10	6,7	0,35	0,65	ThO₂	0,032	–	–	–
Uranium	U₃O₈	4	0,3	< 0,05		U₃O₈

Source pour le prix des oxydes au départ de Chine : ISE

1 : oxyde à 99,9 %, 2 : oxyde à 99,99 %, 3 : oxyde à 99,999 %, 4 : oxyde à 99 %

* par tradition, les teneurs des terres rares sont exprimées en % du total de la teneur en oxyde de terres rares, les teneurs en thorium et uranium sont exprimées en % par rapport au minerai.

Productions minières

Production minière de terres rares

En 2024, en milliers de tonnes d'oxydes de terres rares, sur un total mondial de 390 000 t. Source : USGS

en tonnes d’oxydes de terres rares, sur un total de 350 000 t.
Chine	270 000 t	Nigeria	13 000 t
États-Unis	45 000 t	Inde	2 900 t
Birmanie	31 000 t	Russie	2 500 t
Australie	13 000 t	Madagascar	2 000 t
Thaïlande	13 000 t	Vietnam	300 t

Source : USGS

Le principal gisement chinois de terres rares est celui de Bayan Obo, en Mongolie Intérieure, avec environ 55 % de la production chinoise. 35 % de la production provient de la province du Sichuan et 10 % de l’extraction dans les argiles ioniques. En 2023, les quotas de production sont de 220 850 t pour les terres légères et de 19 150 t pour les terres lourdes, provenant des minerais ioniques. De 1987 à 2010, la production chinoise a été de 1,6 million de t d’oxydes de terres rares. En 2016, la production chinoise illégale, réalisée principalement dans le sud du pays, est estimée entre 45 000 et 95 000 t et n’est pas prise en compte dans le tableau ci-dessus, depuis celle-ci a diminué environ de moitié. La production chinoise évaluée par l’USGS correspond à celle des quotas alloués.
Les principales sociétés chinoises sont China Northern Rare Earth qui exploite le gisement de bastnaésite et de monazite de Bayan Obo, China Rare Earth Group et Shenghe Resources qui exploite des gisements de bastnaésite dans le Sichuan et des argiles dans le Jiangxi. Par ailleurs Shenghe Resources possède des participations dans la mine de Mountain Pass aux États-Unis et dans le projet de Kvanefjeld, au sud du Groenland.
Aux États-Unis, la production provient du gisement de Mountain Pass (voir ci-dessus).
En Birmanie, la production de terres rares lourdes issues de minerais ioniques est effectué au nord du pays, principalement dans l’État de Kachin, à la frontière chinoise dans des régions contrôlées par des groupes armés. En 2020, les concentrés de terres rares provenant de Birmanie ont représenté 74 % des importations chinoises.
En Australie, la société Lynas Corp. exploite le gisement de Mount Weld avec, en 2021, une production de 15 970 t d’oxydes de terres rares.
A Madagascar, un gisement d’argiles ionique commence à être exploité, dans le nord du pays, à Ampasindava. La société exploitante, Tantalus Rare Earth, est détenue par ISR Capital.
En Inde, la production, à partir de monazite, est assurée par Indian Rare Earths Lts (IREL) qui exploite des sables côtiers à Chatrapur, dans l’État de Odisha, avec une capacité de production de 11 200 t/an de chlorures de TR qui sont séparées à Aluva, dans l’État du Kerala pour donner du cérium et du lanthane sous forme de carbonates et du Ne-Pr, Sm, Gd et Y sous forme d’oxalates. En 2016-17, la production a été de 2 265 t de chlorures de TR.
En Russie, Solikamsk Magnesium Works, filiale du groupe Uralkali, exploite dans la péninsule de Kola un gisement de loparite avec en 2019 une production de 2 620 t d’oxydes de terres rares. L’exploitation, par Acrom, des apatites de la péninsule de Kola donne également des terres rares avec une production, en 2020, de 88,8 t.
Au Brésil, la production est assurée par la Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineraçao (CBMM) qui exploite le gisement de niobium d’Araxá dans le Minas Gerais et coproduit des terres rares.
Dans l’ouest du Burundi, l’exploitation de la mine de Gakara, est étudiée par Rainbow Rare Earths. La production prévue, à plein régime, serait de 6 000 t/an de concentrés. Les oxydes de TR sont présents, sous forme de bastnaésite et de monazite, dans des veines de minerai de quelques cm à quelques dizaines de cm d’épaisseur sur quelques dizaines de m de longueur. Ces veines sont disséminées dans des roches moins denses. Le minerai renferme de 47 à 67 % d’oxydes TR et après broyage et traitement gravimétrique par tables à secousses réalisé à Kabezi, le concentré obtenu sera exporté. Les oxydes de TR présents sont, en volume, à 48 % de Ce, 31 % de La, 15 % de Nd, 4 % de Pr et 2 % d’autres TR. Les revenus escomptés sont à 58 % par les oxydes de Nd, 22 % ceux de Pr, 8 % ceux de La, 6 % ceux de Ce et 6 % ceux des autres TR. Les ressources sont évaluées à 1,2 million de t renfermant 2,8 % d’oxydes de terres rares.

Commerce international : en 2023, pour les composés de métaux de terres rares.

Principaux pays exportateurs sur un total de 138 510 t de produits :

En tonnes de produits
Chine	42 753	Russie	4 285
États-Unis	33 824	Japon	4 141
Malaisie	22 860	Vietnam	3 635
Laos	11 308	France	3 137
Inde	5 632	Estonie	2 322

Source : ITC

Les exportations chinoises sont destinées à 29 % aux États-Unis, 17 % au Japon, 5 % à Taipei chinois.

Principaux pays importateurs sur un total de 197 953 t :

En tonnes de produits
Chine	109 229	France	7 550
États-Unis	14 615	Allemagne	5 601
Philippines	12 291	Belgique	4 859
Japon	11 519	Estonie	4 372
Taipei chinois	8 511	Vietnam	3 007

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 66 % de Birmanie, 17 % de Malaisie, 10 % du Laos.

Production par élément en 2015, sur un total de 170 000 t. Répartition par élément :

Ce	La	Nd	Y	Pr	Sm	Dy	Autres
32 %	27 %	19 %	9 %	6 %	2 %	2 %	3 %

Évolution de la production mondiale : en tonnes.

en tonnes d’oxydes
	1985	1990	1994	1998	2000	2005	2010	2013	2016	2020
États-Unis	13 428	22 700	20 700	5 000	5 000	0	0	4 000	0	38 000
Chine (officielle)	8 500	16 500	23 000	60 000	73 000	119 000	120 000	93 800	105 000	140 000
Australie	10 304	6 050	0	0	0	0	0	2 000	16 000	17 000
Russie	–	8 500	6 000	2 000	2 000	–	–	2 400	3 800	2 700

Source : USGS

Production d’yttrium : en 2013, dans le monde : 7 100 t d’oxyde :

en tonnes d’oxydes
Chine	7 000 t	Brésil	15 t
Inde	56 t	États-Unis	5 t
Australie	15 t	Malaisie	2 t

Source : USGS

Production de scandium : dans le monde, de 10 à 15 t/an d’oxyde comme co-produit, principalement en :

Chine, par la sidérurgie et les métallurgies du titane, de l’étain et du tungstène.
Kazakhstan et Ukraine, lors de la production d’uranium.
Russie, lors du traitement des apatites destinées à l’industrie des engrais.

Réserves de terres rares : en 2024, dans le monde : plus de 90 millions de t exprimées en oxydes, principalement dans des minerais de bastnaésite et de monazite :

en milliers de t d’oxydes
Chine	44 000	Russie	3 800
Brésil	21 000	Vietnam	3 500
Inde	6 900	États-Unis	1 900
Australie	5 700	Groenland	1 500

Source : USGS

Des gisements de terres rares sont connus dans 34 pays.

Réserves d’yttrium : en 2013, dans le monde : 540 000 t exprimées en oxyde.

en tonnes d’oxydes
Chine	220 000 t	Inde	72 000 t
États-Unis	120 000 t	Malaisie	13 000 t
Australie	100 000 t	Brésil	2 200 t

Source : USGS

Terres rares non séparées : production et utilisations

De l’ordre de 75 à 80 % du tonnage des terres rares est consommé sans séparation des terres rares contenues dans les concentrés marchands. Ces utilisations mettent, en général, en jeu les propriétés chimiques des terres rares. Ces propriétés étant très voisines, il n’est pas nécessaire de séparer les terres rares.

Les terres rares non séparées se trouvent sous forme d’oxydes, d’hydroxydes, de carbonates, de fluorures, de chlorures ou de nitrates, les teneurs des différentes terres rares étant celles du minerai. Les différents sels sont obtenus par attaque acide, ou à l’aide d’hydroxyde de sodium, des concentrés marchands, l’oxyde étant obtenu ensuite, par calcination.

Le mélange des métaux de terres rares, appelé mischmétal, est obtenu par électrolyse en sel fondu de terres cériques. Un bain de chlorures de terres rares, additionné de chlorures alcalins et alcalino-terreux, est fondu à 800-1000°C. Le creuset, en acier, sert de cathode, l’anode est en graphite. La composition du mischmétal dépend du minerai ou du mélange de minerais utilisé. Elle est d’environ 50 % en cérium, 25 % en lanthane, 17 % en néodyme, le reste représentant les divers autres lanthanides (voir tableau).

Pierres à briquet : elles sont en ferrocérium, alliage de mischmétal avec 25 à 30 % de fer. Le fort pouvoir réducteur des terres rares est utilisé dans cette application : les terres rares sont pyrophoriques (les fines particules arrachées par abrasion s’enflamment à l’air). Cette application est fortement concurrencée par les briquets à allumage piézo-électrique.

Métallurgie : utilise les métaux de terres rares pour désoxyder et désulfurer l’acier (les métaux de terres rares sont très réducteurs). Ils permettent également, sous forme d’ajout de mischmétal ou de son siliciure, à des teneurs de 0,1 à 0,2 %, la sphéroïsation du graphite dans la fonte nodulaire. Un tiers des terres rares produites en Chine est utilisé dans ces applications.

Catalyse : les terres rares jouent un rôle de promoteur dans des zéolithes utilisées comme catalyseur dans le craquage des produits pétroliers.

Terres rares partiellement séparées – cérium

Toute la difficulté de la séparation, entre-elles, des terres rares réside dans leur similitude de propriétés chimiques. Des terres rares ne possèdent qu’un nombre d’oxydation (III). Quelques unes peuvent présenter deux nombres d’oxydation différents III et IV pour Ce, Pr, Tb ou II et III pour Eu, Sm et Yb. Pour le cérium et l’europium, cela est exploité pour leur récupération, à partir d’un mélange de terres rares en solution.

Le cérium est oxydé de Ce^III en Ce^IV à l’air à chaud, ou en solution, à l’aide de peroxyde d’hydrogène à pH 4, puis précipité sélectivement en oxyde de cérium hydraté (CeO₂,2H₂O).

L’europium est réduit de Eu^III en Eu^II par un amalgame de zinc ou par électrolyse puis est précipité sélectivement sous forme de sulfate.

Jusqu’en 1981, la société américaine Molycorp ne retirait du minerai de bastnaésite de Mountain Pass que ces deux terres rares. De 1981 à 2002, elle a récupéré également Sm et Gd. Le procédé utilisé consistait à oxyder le cérium du concentré de bastnaésite par calcination (à l’air), à 650°C, pendant 3 h, puis à dissoudre sélectivement, à l’aide de HCl, les terres rares trivalentes (toutes sauf le cérium après son oxydation). Le résidu, après calcination, qui contenait environ 70 % de CeO₂ était utilisé directement. A partir de la solution de chlorures de terres rares, après extraction par solvant, à l’aide d’acide di(2-éthylhexyl) phosphorique (HDEHP ou D2 EHPA ou DEPA), l’oxyde d’europium très pur était obtenu.

Utilisations du cérium :

Industries du verre et des céramiques :

Polissage du verre optique : utilise de l’oxyde de cérium plus ou moins pur. Il a totalement remplacé l’oxyde de fer et est employé pour tous les types de surfaces à polir : verres de lunettes (2 g par verre), optique de précision, cristallerie, miroiterie, face avant des téléviseurs. Le polissage des écrans (téléviseurs, ordinateurs, smartphones, tablettes…) représente le principal marché. Après une mise en forme des pièces à l’aide de meules diamantées, celles-ci sont doucies par un abrasif (carbure de silicium ou diamant) en suspension aqueuse puis, le dépoli restant est éliminé par polissage à l’aide de poudre d’oxyde de cérium également en suspension aqueuse.
Décoloration du verre : le verre contient comme principale impureté colorante des oxydes de fer. Le pouvoir colorant de FeO étant supérieur à celui de Fe₂O₃, pour décolorer un verre, la première étape (décoloration chimique) consiste à oxyder les ions Fe²⁺. Parmi les divers oxydants utilisés, l’oxyde de cérium (CeO₂), qui absorbe peu les rayonnements dans le spectre visible, est le plus employé. La quantité d’oxyde de cérium introduit correspond, en masse, à 2 à 3 fois celle de fer. La teinte jaunâtre résultant de ce premier traitement est éliminée en introduisant un colorant (autre oxyde de terre rare) absorbant fortement cette couleur (décoloration physique) : oxyde de néodyme (teneur égale à celle du fer) ou oxyde d’erbium.
Agent antibrunissement des verres : Ce^IV, à des teneurs de 1 à 2 % d’oxyde, incorporé aux verres subissant des rayonnements ionisants (face avant des tubes télévision, fenêtres de l’industrie nucléaire, fenêtres des installations de stérilisation UV), piège les électrons libérés par le rayonnement et se transforme en Ce^III incolore. La formation de centres colorés (liés à la présence d’électrons interstitiels), à l’origine du brunissement, est ainsi évitée.
Absorbant fortement le rayonnement UV, l’oxyde de cérium, à des teneurs de 2 à 4 %, est également utilisé dans les verres de lunettes.
Émaux et céramiques : CeO₂ est utilisé comme opacifiant des émaux, en concurrence avec TiO₂.
Pigment rouge (Ce₂S₃, sulfure de cérium) : pour colorer les matières plastiques, en remplacement des pigments traditionnels, toxiques, à base de sulfure de cadmium. Rhodia, devenu Solvay, avait lancé la production de tels pigments. La sulfuration avait lieu aux Roches-Roussillon (38) et la finition du pigment à Clamecy (58). La capacité de production était de 500 t/an. Fin 2016, cette activité a été vendue au groupe chinois Baotou Hongbo Te Technology et transférée en Chine.

Manchons incandescents : c’est la première utilisation des terres rares, en 1891, par Carl Auer von Welsbach (chimiste autrichien) qui a mis au point un manchon incandescent permettant l’éclairage (par candoluminescence) par le gaz de ville. Cette technique est toujours utilisée dans l’éclairage de camping, au gaz. Le manchon de coton ou de soie artificielle est trempé dans une solution aqueuse de nitrates de thorium et de cérium, puis séché. Lors du premier chauffage, la fibre brûle et les nitrates sont transformés en oxydes. La composition est de 99 % de ThO₂ et 1 % de CeO₂. A la mort de von Welsbach, en 1929, environ 5 milliards de manchons avaient été produits, dans le monde. Actuellement, la fabrication et la commercialisation de manchons incandescents renfermant du thorium sont interdites en France. Le thorium est remplacé par de l’oxyde d’yttrium ou de zirconium avec toutefois une efficacité moindre.

La monazite, minerai de terres rares et de thorium a été d’abord traitée pour récupérer le thorium (et, en partie, le cérium) destiné aux manchons à gaz. Le résidu, les terres rares, était valorisé en métallurgie ou pour la fabrication des pierres à briquet (voir ci-dessus).

Pot catalytique des automobiles : l’existence des 2 degrés d’oxydation du cérium permet aux oxydes de cérium de jouer soit un rôle d’oxydant (CeO₂) soit un rôle de réducteur (Ce₂O₃). Pour fonctionner efficacement, la teneur en dioxygène au niveau du catalyseur de post-combustion doit rester dans les proportions stœchiométriques des réactions de combustion des composés imbrûlés (CO et hydrocarbures). L’oxyde de cérium joue un rôle de régulateur de la teneur en dioxygène. En présence d’un excès de dioxygène, l’oxyde de cérium stocke l’oxygène (Ce₂O₃ + 1/2O₂ = 2CeO₂), inversement, quand le dioxygène est en défaut, CeO₂ le restitue. Le support du catalyseur (100 à 3000 ppm de Pd, Rh ou Pt) est en alumine avec environ 20 % en masse d’oxyde de cérium. Les qualités réfractaires des oxydes de cérium sont également appréciées dans cette application. Les catalyseurs 3 voies assurent, à 90 %, la conversion de CO en CO₂ et des hydrocarbures imbrûlés, en CO₂ et H₂O.

Additif au carburant diesel : l’ajout au carburant diesel d’un additif (50 g/t) organo-soluble contenant 6 % de cérium, sous forme organométallique, permet d’améliorer la combustion des composés polyaromatiques (cancérigènes) condensés (suies, 300 000 t/an en Europe) émis par les moteurs diesel et ainsi de diminuer la pollution et la fumée noire émise. L’élimination des fumées noires est possible par combustion à 600°C mais cette température n’est pas atteinte par les gaz d’échappement d’un moteur froid et les particules bouchent les filtres destinés à les éliminer. L’ajout de cérium permet d’abaisser la température de combustion de 600 à 200°C et ainsi, de brûler les particules sitôt leur formation. Les autobus d’Athènes, ville dont l’atmosphère est particulièrement polluée, sont équipés pour consommer ce carburant diesel.

Chimie analytique : dosages par oxydo-réduction à l’aide du couple Ce⁴⁺/Ce³⁺ (E° = 1,61 V).

Terres rares séparées

Procédé Rhône-Poulenc de séparation

Solvay, utilise un procédé de séparation continu par extraction liquide-liquide à l’aide de solvants.

Le lanthane (à 99,995 % de pureté) est extrait, puis le cérium (à 99,5 %), le didyme (alliage Nd-Pr séparé ensuite en Pr à 98 % et Nd à 95 %), le samarium/europium (séparé ensuite en Sm à 98 % et Eu à 99,99 %), le gadolinium/terbium (séparé ensuite en Gd à 99,99 % et Tb à 99,9 %), et l’ensemble des autres terres rares, l’yttrium étant obtenu, en fin d’extraction, à 99,99 %.

Lors des diverses extractions, réalisées en milieu nitrique, de nombreux types de solvants sont employés : acide di(2-ethylhexyl)phosphorique, tri(n-butyl)phosphate, sels d’ammonium quaternaire, acides carboxyliques… Dans l’usine de La Rochelle, plus de 1 100 étages de mélangeurs-décanteurs sont utilisés.

Les terres rares séparées sont livrées sous forme d’oxyde ou de sels, les puretés étant, en général, exprimées en masse par rapport aux autres terres rares, sans tenir compte des autres impuretés éventuellement présentes.

Les métaux et particulièrement le néodyme, l’yttrium et le terbium, sont préparés par calciothermie, à plus de 1 000°C, à partir du fluorure dans le cas du néodyme selon la réaction :

2NdF₃ + 3 Ca = 2Nd + 3CaF₂

Le samarium est préparé par réduction de l’oxyde par le lanthane ou le mischmétal, le métal, qui possède une tension de vapeur élevée, étant séparé par distillation sous vide.

Ces opérations métallurgiques sont réalisées principalement en Chine.

Jusqu’en 1994, Rhodia importait de la monazite d’Australie qui renfermait de l’uranium et du thorium. La monazite, après broyage, était attaquée par de la soude à 60 % en masse, à 180°C, en autoclave, pendant environ 3 heures. Le phosphate trisodique (Na₃PO₄) formé, soluble, était éliminé à l’aide d’eau chaude et les hydroxydes de terres rares et de thorium, après filtration et lavage, étaient mis en solution dans de l’acide nitrique. Une première séparation terres rares/thorium-uranium/impuretés était effectuée par des batteries d’extraction liquide-liquide. Du nitrate de thorium (à 99,9 %) et du nitrate d’uranium étaient produits lors de cette 1^ère séparation. L’uranium était vendu et le thorium stocké, avec en 2016, un stock de 7 000 t de thorium sous forme de nitrate (10 000 t) et d’hydroxyde brut (21 700 t). Les effluents, radioactifs, étaient traités et les résidus stockés. Ces déchets, faiblement radioactifs, étaient stockés sur les sites de l’ANDRA (voir le chapitre uranium). Devant les difficultés rencontrées pour stocker ces déchets, Rhodia devenu Solvay a modifié son approvisionnement. La bastnaésite, est prétraitée sur les lieux d’extraction (Bayan Oba, en Chine) et la monazite australienne est prétraitée, en Malaisie, avant extraction des terres rares à La Rochelle (17).

Utilisations des terres rares séparées

Elles font, en général, appel aux propriétés physiques des terres rares.

Applications liées aux propriétés optiques

Les propriétés remarquables des terres rares dans ce domaine sont liées à leur configuration électronique. Les niveaux électroniques 5p et 5s, saturés, font écran au niveau 4f, comme une cage de Faraday, ce qui explique la quasi-insensibilité du niveau 4f aux effets du champ cristallin. En conséquence, les transitions électroniques, f–>f, se produisent entre niveaux discrets, comme dans l’ion libre (l’élargissement des niveaux par effet du champ cristallin disparaît), et les absorptions ou émissions de lumière sont quasi monochromatiques.

Les terres rares sont utilisées comme luminophores, substances qui, sous l’effet d’une excitation extérieure, émettent de la lumière (phénomène de luminescence). On peut considérer qu’il existe toujours une terre rare qui réponde à un problème de luminescence donné et, en particulier, tout le spectre visible peut être couvert. L’europium est, en particulier, utilisé dans la protection des billets de banque.

Catholuminescence : dans les téléviseurs LCD et plasma, les couleurs sont obtenues à l’aide de terres rares. Pour la couleur rouge, de l’europium trivalent, qui émet à 612 nm, est dilué dans une matrice d’oxyde ou oxysulfure d’yttrium (Y₂O₂S), qui n’a pas de propriété de luminescence propre ou de borate d’yttrium et gadolinium (Y_0,65Gd_0,35)BO₃. Le bleu est obtenu à l’aide d’europium II dans une matrice d’aluminate BaMgAl₁₀O₁₇, le vert par le terbium III dans une matrice YGdBO₃.

Radioluminescence : dans le domaine des rayonnements de hautes énergies (rayons X, gamma, particules alpha, bêta, neutrons…), dans un but de radiographie ou de dosimétrie. En particulier, en radiographie médicale, les terres rares sont utilisées dans les écrans renforçateurs de rayons X, à la place du tungstate de calcium (CaWO₄), ce qui a permis de réduire considérablement, pour les patients, les doses d’irradiation. Le film photosensible est, en sandwich, entre 2 écrans luminescents, dans lesquels sont dispersés des luminophores à base de terres rares (Tb³⁺ dans Gd₂O₂S, Tm³⁺ dans LaOBr, Nb³⁺ ou Tm³⁺ dans YTaO₄). Le rayonnement X est transformé en rayonnements bleu ou vert pour lesquels les émulsions photographiques sont nettement plus sensibles.

Photostockage : l’europium, dans une matrice de carbonate de strontium et d’oxyde métallique, permet à la poudre ainsi fabriquée d’émettre une lumière visible pendant plus de 10 heures après une irradiation de 10 minutes. Mélangée à de l’encre, de la peinture, des plastiques, elle remplace le prométhium, radioactif.

Fluorescence : les lampes fluorescentes, renferment, en fonctionnement, de la vapeur de mercure à basse pression qui permet d’exciter le revêtement luminophore qui contient pour les lampes fluo-compactes, en masse, 69,2 % d’oxyde d’yttrium, 11 % d’oxyde de cérium, 8,5 % d’oxyde de lanthane, 4,9 % d’oxyde d’europium, 4,6 % d’oxyde de terbium. Les lampes trichromatiques utilisées dans l’éclairage familial font intervenir :

pour le bleu, à 450 nm : la transition 4f–>5d de Eu²⁺ dans BaMgAl₁₀O₁₇.
pour le vert, à 540 nm : des transferts d’énergie de Ce³⁺ à Tb³⁺ dans (Ce,Tb)MgAl₁₁O₁₉.
pour le rouge, à 610 nm : la transition f–>f de Eu³⁺ dans Y₂O₃.

Dans le cas des lampes à vapeur de mercure à haute pression, qui n’émettent pas dans le rouge, un dépôt interne de luminophore Eu³⁺ dans du vanadate d’yttrium (YVO₄), est excité par la partie UV du spectre de décharge du mercure (entre 220 et 310 nm) et émet dans le rouge à 620 et 700 nm. Les grains de luminophore ont environ 5 µm de diamètre.
Dans ce domaine d’application, les lampes fluorescentes sont supplantées par les LED.

Lasers : dans ce cas, les centres actifs sont forcés à émettre dans une seule direction. Dans les lasers YAG, qui émettent principalement à 1,064 µm, Nd³⁺ est utilisé dans un grenat d’yttrium (Y₃Al₅O₁₂). Nd³⁺ est également utilisé dans un verre (laser Nd-verre).

Applications liées au propriétés magnétiques

Les terres rares ont des propriétés magnétiques exceptionnelles, malheureusement, en dessous de la température ambiante. Le point de Curie le plus élevé est celui du gadolinium, à 20°C. A la température ambiante, les terres rares sont paramagnétiques ou diamagnétiques.

La formation d’alliages samarium-cobalt, tels que SmCo₅ ou Sm₂Co₁₇, à point de Curie supérieur à 700°C, et à performances magnétiques remarquables a permis la miniaturisation des aimants et leur utilisation dans les moteurs pas à pas ou dans les écouteurs miniatures des baladeurs. En 2014, la production mondiale d’aimants Sm-Co était de 1 300 t. Le principal producteur, avec 20 % de la production mondiale, est la société chinoise Ningbo NingGang.
Les aimants néodyme-fer-bore (Nd₂Fe₁₄B), dopés au dysprosium, sont actuellement les plus performants disponibles industriellement qui avec un point de Curie à 310°C, sont utilisés à plus basse température que les aimants samarium-cobalt. Ils contiennent, en masse, 31 % de néodyme et 5,5 % de dysprosium. Les actuels véhicules automobiles en contiennent de 1 à 2 kg. Ils sont également utilisés pour positionner les têtes de lecture des disques durs. Les éoliennes off-shore renferment 155 kg de néodyme, 27,5 kg de praséodyme et de 2,8 à 24 kg de dysprosium par MW de puissance. La production est assurée, à 75 %, en Chine, avec, en 2021, une production mondiale de 190 000 t. Neo Performance Materials, avec sa filiale Magnequench, à côté d’une production classique d’aimants Nd-Fe-B et Nd-Pr-Fe-B, a développé une production de matériaux amorphe et nanocristallin par solidification rapide en projetant l’alliage en fusion sur une roue tournant à grande vitesse et permettant d’évacuer très rapidement la chaleur. Les particules obtenues ont une épaisseur de 35 µm sur une largeur de 1 à 3 mm.
L’enregistrement magnétooptique, à l’aide d’alliages amorphes (Gd,Tb)-(Co,Fe), permet des densités d’enregistrement très élevées (20 Mbits/cm²).

Autres applications

Elles concernent les domaines suivants :

Métallurgie : l’yttrium métal est employé pour améliorer la tenue aux chocs thermiques des aciers pour pipeline.
Céramiques : l’oxyde d’yttrium, à des teneurs supérieures à 7 %, est utilisé pour stabiliser, à haute température, la forme cubique de la zircone (ZrO₂). La zircone cubique, qui possède des propriétés de réfraction de la lumière proches de celles du diamant, est utilisée, comme imitation du diamant, en joaillerie. L’oxyde d’erbium est utilisé comme pigment rose des céramiques.
Des sondes à oxygène, destinées à la mesure de la teneur en dioxygène des gaz émis par les moteurs à explosions afin d’ajuster celle-ci pour la combustion dans les pots catalytiques de CO et des hydrocarbures imbrûlés, sont en zircone plus ou moins dopée (de 1 à 10 % atomique) en oxyde d’yttrium. La stabilisation de la zircone par des ions trivalents à la place d’ions tétravalents entraîne la création de lacunes en oxygène qui confèrent au matériau une conductibilité ionique qui varie avec la pression partielle en dioxygène.
Verres : les oxydes de terres rares peuvent colorer les verres : violet, avec 2 à 6 % d’oxyde de néodyme ; vert clair, avec 2 à 6 % d’oxyde de praséodyme ; rose pale, avec 2 à 5 % d’oxyde d’erbium ; jaune clair à orange, avec CeO₂ (1 à 3 %) associé à TiO₂ (2 à 6 %).
L’oxyde de lanthane, à des teneurs comprises entre 5 et 40 %, accroît l’indice de réfraction et diminue la dispersion de la lumière. Les verres au lanthane sont universellement employés, en optique de précision, pour réaliser des lentilles de microscopes, de télescopes, des objectifs photographiques…
Batteries Ni-M-H : ces batteries qui remplacent les batteries Ni-Cd, contenant du cadmium toxique, sont constituées d’une électrode positive en hydroxyde-oxyhydroxyde de nickel, d’un électrolyte d’hydroxyde de potassium à 8,7 mol/L et d’une électrode négative en alliage de base LaNi₅ avec Ni substitué partiellement par Mn, Al ou Co et La par diverses autres terres rares. Les réactions mises en jeu sur les électrodes sont les suivantes :
– à l’électrode positive : Ni(OH)₂ + OH^– = NiOOH + H₂O + e^– avec E° = + 0,49 V
– à l’électrode négative : M + H₂O + e^– = MH + H₂O avec E° = – 0,80 V
Dans une batterie la teneur en terres rares (Ce, La, Nd et Pr) est de 7 % en masse. Dans un véhicule hybride, le poids de terres rares est de 12 à 15 kg dans les batteries, dans une batterie AAA (LR3) de 1 g, dans une batterie d’outil professionnel, 60 g.
Catalyse : la catalyse pour le craquage des pétroles lourds utilise principalement le lanthane pour activer et stabiliser les zéolithes employées.

Le scandium est principalement utilisé, à des teneurs de 0,1 à 0,5 %, dans des alliages d’aluminium destinés à des applications dans l’industrie aérospatiale et le sport. A des teneurs pouvant atteindre 2 % il a été utilisé, en Russie, pour la production des Mig 21 et 29. Il est également employé dans des lampes halogènes sous forme d’iodure de scandium afin d’obtenir une lumière proche de celle d’une source naturelle.

Recyclage

En 2015, il est estimé à 1 % de la consommation, principalement à partir de chutes de fabrication.

En Chine, 80 % des capacité de recyclage sont installées à Ganzhou, dans la province du Jiangxi. La production est de 15 000 t/an, à 90 % d’oxyde de Nd et Pr et à 10 % d’oxydes de Tb et Dy.

En France, la société Ecosystem a récupéré, en 2019, 5 176 t de lampes soit plus de 50 millions d’unités en vue du recyclage des matériaux contenu (88 % de verre, 5 % de métal, 4 % de plastique, 3 % de poudre luminophore, 0,005 % de mercure). 4 000 t de lampes sont susceptibles de donner 15 t d’yttrium, 1 t de terbium et 1 t d’europium. Entre 2012 et 2016, Solvay, a récupéré à Saint-Fons (69) la poudre luminescente de ces lampes, éliminé les résidus de verre et le mercure, et produit un concentré de terre rare renfermant du lanthane, du cérium, du terbium, de l’yttrium, de l’europium et du gadolinium puis séparé ces différentes terres rares à La Rochelle (17). Cette activité a été abandonnée par Solvay fin 2016.

Les groupes Umicore et Solvay, se sont associés pour recycler les batteries Ni-M-H. Les batteries seront traitées par Umicore à Hoboken afin de séparer le nickel des terres rares et le concentré de terres rares obtenu serait traité par Solvay à La Rochelle pour séparer les terres rares.

Situation française

En 2024.

Production : pas de production minière.

Production de terres rares séparées, par Solvay, depuis 1948, à La Rochelle (17), à l’origine pour donner des pierres à briquet. La capacité de production est de 6 000 t/an.
Solvay exploite 4 autres usines dans le monde, 2 en Chine avec les joint-ventures, Baotou Solvay Rare Earth Co. et Liyang Solvay Rare Earth New Materials Co., une au Japon, Anan Kasei, en association avec Santoku et une aux États-Unis.
Solvay produit l’ensemble des terres rares avec en particulier la production de luminophores pour lampes fluocompactes et écrans, d’additif pour carburant diesel afin de régénérer les filtres à particules, avec 3 millions de véhicules équipés dans la monde, de produits pour les pots catalytiques automobiles, de poudre pour polissage d’écrans LCD, de condensateurs céramiques pour applications électroniques.
Dans l’usine de La Rochelle, Solvay a recyclé des terres rares, de 2012 à 2016, à partir de lampes fluorescentes usées.

Commerce extérieur :

Ferrocérium et autres alliages pyrophoriques :

Exportations : 3,228 t vers l’Espagne à 88 %, les États-Unis à 5 %, l’Allemagne à 3 %.
Importations : 40 t à 69 % d’Espagne, 25 % de Thaïlande.

Métaux de terres rares :

Exportations : 7,5 t vers l’Allemagne à 69 %, la Malaisie à 27 %.
Importations : 8,9 t de Chine à 93 %, d’Autriche à 6 %.

Composés de terres rares :

Exportations : 31 t vers les États-Unis à 42 %, la Hongrie à 19 %, le Royaume Uni à 9 %, le Brésil à 6 %.
Importations : 48 t des États-Unis à 46 %, de Malaisie à 23 %, de Chine à 15 %, d’Inde à 10 %.

Utilisations

Consommations : dans le monde, en 2020 : 167 000 t exprimées en oxydes, à 83 % en Chine, 12 % au Japon, 2 % aux États-Unis.

Consommation, par terre rare, en 2018, sur un total de 165 000 t. Répartition en volume et en valeur :

	Ce	La	Nd	Pr	Y	Dy	Eu, Sm, Gd, Tb
en volume	35 %	30 %	18 %	6 %	7 %	1 %	3 %
en valeur	4 %	6 %	49 %	20 %	1 %	13 %	7 %

Source : Argus

En volume, en 2017, les deux principales terres rares consommées, Ce et La, représentent 84 000 t alors que les autres terres rares représentent 53 000 t.

Par secteurs d’utilisation, dans le monde, en 2017 et répartition, en 2018, en volume et valeur :

Application	Consommation	% en volume	% en valeur
Aimants	51 000 t	20 %	73 %
Catalyse	30 000 t	19 %	4 %
Batteries	2 000 t	11 %	6 %
Alliages métalliques	31 000 t	7 %	5 %
Polissage	22 000 t	26 %	7 %
Additifs du verre	9 500 t	26 %	7 %
Céramiques	8 500 t	6 %	4 %
Luminophores	3 000 t	4 %	4 %
Autres	10 500 t	7 %	5 %
Total	167 500 t

Sources : Argus et Alkane Resources

Par élément chimique :

Secteurs d’utilisation, par terre rare, en 2012 : en % d’une application donnée par terre rare.

	Lanthane	Cérium	Praséodyme	Néodyme	Samarium	Europium	Gadolinium	Terbium	Dysprosium	Erbium	Yttrium
Aimants			73 %	89 %	97 %		35 %	24 %	98 %
Batterie	26 %	3 %
Alliages métalliques	10 %	19 %		2 %			28 %
Catalyseur		13 %
Automobile		5 %
Catalyseur raffinage pétrolier	44 %
Polissage du verre	2 %	35 %
Céramiques et additif du verre	6 %	13 %	7 %	5 %						72 %	21 %
Luminophores	2 %	4 %				96 %	23 %	71 %		25 %	78 %

Source : Panorama 2014, BRGM

Bibliographie

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B. Zhou, Z. Li, C. Chen, « Global potential of rare earth resources and rare earth demand from clean technologies », Minerals, 7, 203 , octobre 2017.
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Y. Teitler, M. Cathelineau, M. Ulrich, « La ressource scandium : potentiel économique et gîtologie« . Programme « Géochimie et minéralogie du scandium dans les latérites de Nouvelle-Calédonie », CNRT « Nickel & son environnement », 2016.
« Étude de faisabilité de la saisine sur les enjeux stratégiques des terres rares« , Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques, Paris, 8 juillet 2014.
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G. Lefebvre, « Sursaut sur le marché des terres rares en 2017« , Minéralinfo, BRGM, octobre 2017.
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Y. Shen, « China’s public policies toward rare earth 1975-2018« , Mineral Economics, 7 janv. 2020.

Archives

Polystyrène

Données industrielles

Formule

Les copolymères styréniques : styrène-butadiène (SBR), styrène-acrylonitrile (SAN), acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS), acrylonitrile-styrène-acrylate (ASA)… sont traités au chapitre caoutchoucs, élastomères et résines styréniques.

Historique

La découverte du polystyrène remonte à 1839, mais son exploitation à grande échelle, en Allemagne et aux États-Unis, date des années 1930, la première fabrication industrielle ayant eu lieu en 1933. Le premier procédé utilisé (suspension aqueuse) fonctionnait en « discontinu ». Dès les années 40 apparaissent des procédés de polymérisation « en masse », continus ou discontinus. Le procédé « masse continu » triomphe dans les années 60, grâce notamment aux progrès technologiques permettant d’évacuer la chaleur produite par la polymérisation (environ 710 kJ/kg).

Le polystyrène expansible a été inventé en 1944 par Ray Mc Intire (1919-1996) alors qu’il travaillait pour Dow Chemical sur les caoutchoucs flexibles. Cette découverte fût le fruit du hasard : l’idée de départ était de copolymériser du styrène et de l’isobutène sous pression. Le styrène fut le seul à polymériser et l’isobutène se vaporisa, s’immisçant dans la matrice du polymère. Commercialisé sous le nom de Styrofoam, ce matériau rigide de faible densité a d’abord été utilisé comme isolant thermique pour le bâtiment.

Fabrication industrielle

On distingue trois types de polystyrènes : le polystyrène « cristal » (PS, non cristallin mais portant ce nom à cause de son aspect transparent), le polystyrène « choc » et le polystyrène expansible (PSE). Sans aucun ajout, le polystyrène est solide à 20°C et pâteux à 120°C, la fusion s’opérant entre 150°C et 170°C. Le polystyrène est généralement inflammable et combustible, la dégradation commençant dès 350°C et l’auto-inflammation vers 490°C. D’une densité réelle de 1,03 à 1,05, le polystyrène est soluble dans les hydrocarbures chlorés et aromatiques.

Élaboration du polystyrène « cristal » (GPPS en anglais) :
Le procédé, mettant en œuvre une suspension aqueuse, est encore utilisé pour obtenir des masses molaires élevées : en milieu aqueux inerté au diazote, en présence de plastifiant (fluidifiant, par exemple : huile minérale) et de catalyseur peroxydique (peroxyde de benzoyle et hydroperoxyde de tertiobutyle), le monomère, structuré sous forme de gouttelettes dans la suspension grâce à l’action d’un surfactant (polyalcool vinylique et phosphate tricalcique), polymérise sous forme de perles. A la fin, la polymérisation, en plusieurs étapes de 95°C à 120°C, atteint 99,95 %.

Le procédé masse continu consiste à effectuer la polymérisation – en plus du catalyseur et du plastifiant – en présence d’un diluant, l’éthylbenzène (0 à 15 % en masse, recyclé en fin de polymérisation), qui diminue la viscosité du milieu réactionnel et autorise un meilleur contrôle des températures (de 80°C à 170°C).

Le polystyrène est livré sous forme de billes de 0,2 à 0,3 mm de diamètre.

Élaboration du polystyrène « choc » (HIPS en anglais) :
Il est obtenu en ajoutant au milieu réactionnel de 2 % à 10 % de polybutadiène. Il possède une très bonne résistance aux chocs, mais il est non transparent. En présence de quantités plus importantes de butadiène, on obtient des copolymères styrène-butadiède (SBR), traités au chapitre caoutchoucs, élastomères et résines styréniques.

Élaboration du polystyrène expansible (PSE) : il est constitué à 98 % d’air.
Il existe deux types de PSE : les polystyrènes expansibles moulés (PSE-M) et les polystyrènes expansibles extrudés (PSE-E).

Le PSE-M est obtenu à partir d’un polystyrène « expansible » qui n’est rien d’autre qu’un polystyrène cristal auquel on a ajouté, en cours de polymérisation, un agent d’expansion, le pentane (C₅H₁₂), dont la température d’ébullition, à la pression atmosphérique, est de 35°C. Une pré-expansion est opérée à la vapeur d’eau puis une période de stabilisation permet aux perles de PS pré-expansées de perdre leur excédent d’eau. Enfin, dans un moule, on les expanse et on les moule à la vapeur.

Le PSE-E est quant à lui obtenu lors de l’extrusion par injection sous pression d’un gaz (les HCFC ont été remplacés par le pentane) dans le polymère cristal fondu.

La présence au sein du polystyrène expansible de particules de graphite qui donne un produit gris permet d’accroitre de 20 % le pouvoir d’isolation du matériau.

L’utilisation des catalyseurs métallocènes a par ailleurs permis l’élaboration d’un PS syndiotactique permettant des applications techniques. Le SPS, plastique technique, est doté d’une résistance thermique accrue (point de fusion de 270°C) et d’une résistance chimique élevée. Il trouve des applications dans l’électronique, les équipements électriques et l’automobile. Par exemple le groupe Idemitsu, possède au Japon à Chiba, une capacité de production de 9 000 t/an.

Productions

La capacité mondiale de production est, en 2019, de 25,87 millions de t/an dont 15,61 millions de t/an pour le polystyrène compact et 10,26 millions de t/an pour le polystyrène expansible. Pour le polystyrène compact, les capacités de production sont situées à 35,7 % en Asie (hors Chine), 24,0 % en Chine, 16,2 % en Amérique du Nord, 16,0 % en Europe, 5,0 % en Amérique du Sud, 3,1 % au Moyen Orient et en Afrique.

Productions :

en milliers de t
	Polystyrène compact	Polystyrène expansible
Monde, en 2018	10 400
Union européenne, en 2023	1 334	1 314
États-Unis et Canada *Canada et Mexique, en 2021	1 773 **	516*
Taipei chinois, en 2018	724
Japon	608, en 2022	108, en 2021
Corée du Sud, en 2018	580	455
Belgique, en 2023	447	83
France, en 2023	255	97
Italie, en 2023	164	53
Allemagne	224, en 2013	469, en 2022
Inde, en 2020-21	212	97

Sources : American Chemistry Council, The Japan Plastics Industry Federation, APIC country reports et Eurostat

Commerce international

Pour le polystyrène compact : en 2023.

Principaux pays exportateurs sur un total mondial de 3,758 millions de t, en 2020.

en milliers de t
Taipei chinois	407	Corée du Sud	172
Belgique	312	États-Unis	170
France	242	Japon	126
Malaisie	231	Thaïlande	115
Chine	186	Italie	102

Source : ITC

Les exportations de Taipei chinois sont destinée à 25 % à la Chine, 10 % au Vietnam, 7 % à l’Égypte…

Principaux pays importateurs :

en milliers de t
Chine	624	Italie	129
Allemagne	168	Mexique	113
Malaisie	164	Pologne	82
Turquie	155	États-Unis	75
Vietnam	132	Canada	68

Source : ITC

Les importations de la Chine proviennent à 28 % de Malaisie, 17 % de Taipei chinois, 13 % du Japon, 13 % de Hong Kong, 13 % de Corée du Sud.

Pour le polystyrène expansible : en 2023.

Principaux pays exportateurs sur un total mondial de 1,937 million de t en 2022.

en milliers de t
Chine	339	Iran	77
Taipei chinois	271	États-Unis	77
Pays Bas	242	France	76
Turquie	136	Canada	65
Belgique	97	Grèce	56

Source : ITC

Les exportations chinoises sont destinée à 12 % à la Corée du Sud, 11 % au Vietnam, 8 % à la Thaïlande, 6 % au Brésil…

Principaux pays importateurs :

en milliers de t
Pologne	245	Vietnam	75
États-Unis	179	Mexique	74
Italie	154	Roumanie	65
Allemagne	144	Pays Bas	62
France	103	Royaume Uni	57

Source : ITC

Les importations polonaises proviennent à 27 % d’Allemagne, 23 % des Pays Bas, 16 % d’Autriche, 7 % de République tchèque…

Principaux producteurs

Polystyrène compact, en 2018 :

en milliers de tonnes de capacités de production annuelles
Ineos Styrolution (Allemagne)	2 122	Sinopec (Chine)	650
Chi Mei (Taipei chinois)	1 500	Formosa Plastics (Taipei chinois)	540
Trinseo (États-Unis)	1 410	PS Japan (Japon)	500
TotalEnergies (France)	1 013	Versalis (ENI, Italie)	500
AmSty (États-Unis)	825	LG Chem (Corée du Sud)	300

Sources : ISSUU et rapports des sociétés

BASF et Ineos ont regroupé, en octobre 2011, leurs activités dans le polystyrène « cristal » et « choc », hors polystyrène expansible, dans une joint venture, Styrolution. En novembre 2014, Ineos a acquis la part de BASF et Styrolution est devenu Ineos Styrolution, en janvier 2016. Possède des usines de fabrication de polystyrène à Anvers, en Belgique avec 475 000 t/an, Wingles, en France avec 180 000 t/an puis 120 000 t/an en 2020, Ulsan, en Corée du Sud avec 250 000 t/an, Dahej, en Inde avec 78 000 t/an, Altamira, au Mexique avec 175 000 t/an, aux États-Unis, à Channahan avec 399 000 t/an et Decatur avec 193 000 t/an et en Chine, acquises, à compter du 1^er février 2019, auprès de Total, à Foshan (Guangdong) avec 200 000 t/an et Ningbo (Zhejiang) avec 200 000 t/an.
Trinseo (ex Styron), société issue de Dow Chemical, produit du polystyrène « cristal » et « choc » en Allemagne à Schkopau avec 175 000 t/an, en Belgique à Tessenderlo, avec 265 000 t/an, aux Pays Bas à Terneuzen, en Indonésie à Merak, avec 650 000 t/an, à Hong Kong à Tsing Yi, avec 200 000 t/an et, en Chine à Zhanyjiagang, avec 120 000 t/an. Aux États-Unis, la production est assurée par Americas Styrenics, joint venture avec Chevron Phillips.
TotalEnergies , possède des capacités de production de 413 000 t/an en Europe avec des usines à Feluy, en Belgique, Gonfreville et Carling (215 000 t/an), en France et de 600 000 t/an aux États-Unis, à Carville, en Louisiane. En 2019, les unités de production chinoises ont été cédée à Styrolution et la production de El Prat de Llobregat (110 000 t/an), en Espagne, près de Barcelone a été arrêtée.
AmSty (Americas Styrenics) est une joint venture entre Trinseo et Chevron Phillips. Les unités de production sont situées, aux États-Unis, à Allyn’s Point, dans le Connecticut, avec 73 000 t/an, Hanging Rock, avec 85 000 t/an et Marietta, avec 360 000 t/an, dans l’Ohio, Joliet, dans l’Illinois, avec 125 000 t/an et Torrance, en Californie, avec 115 000 t/an ainsi qu’en Colombie, à Cartagena, avec 77 000 t/an.

Polystyrène expansible moulé, en 2017 :

en milliers de t de capacités annuelles de production
Loyal Group (Taipei chinois), en 2020	2 330	Taita Chemical (Taipei chinois)	280
Wuxi Xingda Group (Chine)	1 350	Jiangyin Nijiaxiang (Chine)	240
BASF (Allemagne)	540	Ming Dih Group (Taipei chinois)	160
Synthos (Pologne)	520

Sources : sites des sociétés

Les usines de Loyal Group, en Chine, sont situées à Dongguan avec 450 000 t/an, Jiangyin avec 450 000 t/an, Tianjin avec 390 000 t/an, Ningbo avec 280 000 t/an, Karamay avec 120 000 t/an, Panjin avec 160 000 t/an et Kaohsiung avec 130 000 t/an.
BASF produit du polystyrène expansible à Ludwigshafen (Allemagne), Anvers (Belgique), Ulsan (Corée du Sud) et Nanjing (Chine).
Synthos, groupe polonais, a acquis, en août 2016, les activités de Ineos dans le polystyrène expansible, c’est-à-dire les usines en France de Wingles (62) et Ribécourt (60, qui a fermé en 2020) et aux Pays Bas, l’usine de Breda avec une capacité totale de production de 310 000 t/an. Par ailleurs produit du PSE en Pologne à Dwory avec 105 000 t/an et en République tchèque à Kralupy avec 105 000 t/an.

Polystyrène expansible extrudé : le principal producteur est Dow Chemical, suivi par Owens Corning et BASF.

Recyclage

Logo de recyclage :

Le polystyrène peut être recyclé selon différentes voies :

Mécanique : après broyage, le polystyrène peut être récupéré par triage à l’aide d’un rayonnement dans le proche infrarouge et permettre ainsi d’obtenir une pureté de 99,9 %.
Chimique par dépolymérisation : Ineos Styrolution a montré, dans son usine d’Anvers, en Belgique, à l’échelle du laboratoire la faisabilité d’un procédé par dépolymérisation catalytique par micro onde développé par la société québécoise Pyrowave. Afin d’interagir avec les micro ondes, le polystyrène est mis en présence de particules de carbure de silicium.
Chimique par dissolution dans un solvant puis extraction par exemple par la société Polystyvert, dans la province du Québec, au Canada.

Les déchets de polystyrène expansible représentent 5,8 millions de t/an dont 1,8 million de t/an, en Chine. Dans les pays européens nordiques, le taux de recyclage est de 72 %. En Chine, il est de 30 %.
Avant recyclage, les emballages en PSE sont compactés afin de diminuer leur volume.
En 2012, aux États-Unis, 42 500 t de PSE ont été recyclées dont 16 700 t proviennent de produits consommés et 25 800 t de chutes de fabrication.
En France, en 2011, le recyclage des emballages en PSE a porté sur 13 000 t soit un taux de recyclage de 32,5 %.

En 2018, TotalEnergies s’est associé à Saint Gobain pour recycler le polystyrène expansible d’isolation et au Syndifrais (Syndicat National des Fabricants de Produits Laitiers Frais) et à Citeo (ex Eco-emballages) pour recycler les emballages de produits laitiers (yaourts…) en polystyrène choc. La production prévue, en 2019, est de 4 000 t de polystyrène renfermant 20 % de produit recyclé. Le recyclage a lieu à Feluy, en Belgique et à Carling (57), en France.

Situation française

Production : en 2023.

PS : 255 029 t.
PSE : 96 676 t.

Exportations : en 2024.

PS : 204 149 t vers l’Allemagne à 22 %, l’Espagne à 17 %, la Belgique à 11 %, l’Italie à 8 %, le Portugal à 7 %, les Pays Bas à 6 %.
PSE : 77 054 t vers l’Italie à 21 %, l’Allemagne à 16 %, la Pologne à 15 %, l’Espagne à 13 %, la Norvège à 6 %, le Royaume Uni à 5 %.

Importations : en 2024.

PS : 68 257 t de Belgique à 38 %, d’Allemagne à 18 %, d’Italie à 12 %, d’Espagne à 9 %.
PSE : 98 452 t de Belgique à 31 %, d’Allemagne à 30 %, des Pays Bas à 12 %, de Pologne à 6 %.

Producteurs :

TotalEnergies exploite des usines à Gonfreville (76) avec 160 000 t/an et Carling (57) avec 215 000 t/an. Le styrène utilisé à Carling provient, par train, de l’usine de Gonfreville.
Ineos Styrolution possède une usine de fabrication de polystyrène à Wingles (62), avec 3 lignes de production et une capacité de 180 000 t/an. Le styrène est acheminé par canaux. En 2020, l’une des 3 lignes de production de polystyrène de 60 000 t/an a été convertie en fabrication d’ABS, avec 50 000 t/an.
Synthos produit du polystyrène expansible, à Wingles (62) avec 90 000 t/an. En octobre 2020, l’unité de production de polystyrène expansible de Ribecourt (60) avec 90 000 t/an a été fermée.
Dow Chemical produit du polystyrène expansible extrudé à Drusenheim (67).

Utilisations

Dans l’Union européenne, plus la Norvège et la Suisse, en 2019, le polystyrène et le polystyrène expansible représentent 6,2 % de la consommation de matières plastiques, avec 1,6 million de t pour le polystyrène compact et 1,6 million de t pour le polystyrène expansible.

Consommation

En 2020, la consommation mondiale de polystyrène (tous types confondus) était de 18,6 millions de tonnes, dont, en 2016, 6,62 millions de t de polyéthylène expansible.

Répartition de la consommation de polystyrène, en 2019.

Chine	31 %	Europe de l’Ouest	12,5 %
Amérique du Nord	18 %	Moyen Orient	6 %

Source : IHS Markit

En France, en 2011, la consommation d’emballages en PSE a été de 40 000 t, dont 19 000 t d’emballages ménagers et 21 000 t d’emballages industriels.

Répartition des utilisations par secteur

Polystyrène, en 2010 :

	Monde	Europe	Amérique du Nord	Asie
Emballages	37 %, en 2019	48 %	61 %, en 2014	18 %
Applications électriques	33 % en 2019	15 %	21 %	49 %
Construction	7,7 %

Sources : IHS, Nexant

Polystyrène expansible, en 2020, dans le monde :

Construction	47 %	Automobile	9 %
Emballages	39 %

Sources : Grand View Research

Le polystyrène compact est employé pour la fabrication de nombreux objets du quotidien : vaisselle jetable, pots de yaourts, emballages alimentaires, jouets (briques de LEGO), meubles de jardin, réfrigérateurs, aspirateurs, équipements de salles de bain…

Le polystyrène expansible est employé pour la protection de nombreux appareillages : réfrigérateurs, écrans de télévision, ordinateurs… Il est également employé dans des emballages et récipients alimentaires. Bon isolant thermique, il est utilisé dans l’isolation thermique des bâtiments mais aussi pour élaborer des tasses à café jetables, avec une consommation, aux États-Unis, de 25 milliards d’unités par an.

Bibliographie

PlasticsEurope, Avenue E. Van Nieuwenhuyse 4, Box 3, Auderghem, B – 1160 Bruxelles, Belgique.

Stryrenics Circular Solutions.

ECO PSE, 13 rue la Fayette, 75009 Paris.

Afipeb, 3 rue Alfred Roll, 75017 Paris.

Documents de Polyvia (Union des transformateurs de polymères), 125, rue A. Briand, 92300 Levallois-Perret.

Archives

Polypropylène

Données industrielles

Formule

Historique

Au début des années 50, Giulio Natta (prix Nobel en 1963 avec Karl Ziegler) découvre un catalyseur de la famille des catalyseurs dits de « Ziegler-Natta » (voir le chapitre polyéthylène) permettant de fournir un polypropylène isotactique (dans lequel tous les groupements méthyles sont du même côté de la chaîne polyéthylénique c’est à dire où toutes les sous-unités ont la même configuration : _|_|_|_|_|_|_ etc…) caractérisé par une haute résistance mécanique, une inertie à l’agression chimique et des températures d’utilisation supérieures à 100°C.

La production industrielle de polypropylène a débuté, en 1957, en Italie, Allemagne et États-Unis.

Au milieu des années 70 ont été mis au point les premiers catalyseurs de type Ziegler-Natta superactifs à haute stéréosélectivité. Jusque là, la nécessité d’utiliser un solvant autre que le monomère propylène, solvant qu’il fallait recycler, le traitement des résidus et l’exclusion des sous-produits rendaient coûteuse la production.

Les catalyseurs métallocènes, fonctionnant en catalyse homogène, permettent d’obtenir une isotacticité de 99 % avec un rendement environ 100 fois supérieur à celui des meilleurs catalyseurs Ziegler-Natta. L’utilisation de ces catalyseurs est actuellement réduite mais est en forte augmentation.

Fabrication industrielle

Principaux procédés :

Le procédé « Spheripol », exploité par LyondellBasell. La polymérisation s’effectue en phase liquide, le monomère étant le solvant, dans des conditions douces (60 à 80°C). Le rendement du catalyseur, qui se présente sous la forme de grains sphériques en suspension, est de 35 000 kg de polypropylène par kg de catalyseur avec 98 % d’isotacticité. Il représente, en 2017, 39 % des capacités de production installées.
Autres procédés de même type : « Hypol » de Mitsui, le procédé d’ExxonMobil.
Le procédé « Unipol », exploité par Dow Chemical. La polymérisation s’effectue en phase gazeuse. Le catalyseur supporté à haute activité utilisé, appelé « shac », avait été initialement mis au point pour la production de polyéthylène (PE-BDL et PE-HD) (voir le chapitre polyéthylène). En 2017, 16 % des capacités de production, utilisent ce procédé.
Autres procédés de même type : « Novolen », exploité par McDermott avec 11 % des capacités de production, « Spherizone » de LyondellBasell, « Horizone » de JPP, le procédé d’Ineos.
Un procédé hybride, « Borstar », est exploité par Borealis.

Les différents types de polypropylènes

Les polypropylènes utilisés industriellement sont quasiment toujours isotactiques. Les propriétés du polymère atactique sont celles d’une cire et sont donc éloignées de celles, en général, souhaitées.

Les homopolymères représentent de 65 à 75 % de la production de polypropylène.

Les polymères à blocs (ICP : « Impact copolymer ») avec une matrice de polypropylène et une dispersion de polyéthylène ou d’élastomères représentent de 20 à 30 % de la production de polypropylène. Ainsi une résistance au choc très élevée est obtenue en ajoutant de 20 à 40 % en masse d’élastomères, en vue d’une utilisation dans les pare-chocs des véhicules de tourisme.

Les copolymères (RCP : « Random copolymer »), avec l’éthylène (de 1,5 à 7 % en masse), représentent de 5 à 10 % de la production de polypropylène. Ils sont plus transparents, plus facilement thermoscellables et plus résistants aux chocs.

Les mélanges à base de polypropylène sont préparés avec des charges d’environ 40 % en masse de talc ou de carbonate de calcium. Des polypropylènes sont également renforcés par 20 à 30 % en masse de fibres de verre ou de mica.

Productions

En 2018, les capacités mondiales de production sont de 80,4 millions de t/an. Celles de la Chine, en 2018, sont de 26 millions de t/an, le pays restant importateur avec 3,18 millions de t, en 2021.
En 2018, la capacité de production nord-américaine (États-Unis, Canada et Mexique) est de 9,058 millions de t/an pour une production, en 2021, de 8,077 millions de t.
En 2020-21, la capacité de production de l’Inde est de 6,100 millions de t/an pour une production de 5,210 millions de t, en 2018, celle de la Corée du Sud, de 4,922 millions de t/an, pour une production de 4,353 millions de t. La capacité de production du Japon est de 2,759 millions de t/an pour une production de 2,358 millions de t, celle de la Thaïlande de 2,305 millions de t/an pour une production de 2,241 millions de t, celle de Singapour de 1,610 million de t, celle de Taipei chinois de 1,474 million de t pour une production de 1,389 million de t. La capacité de production russe est de 1,42 million de t/an pour une production de 1,40 million de t.
En 2023, la production de l’Union européenne a été de 8,620 millions de t de polypropylène avec les valeurs suivantes pour les principaux pays :

en milliers de t
Allemagne, en 2022	1 702	Italie	822	Slovaquie	260
Belgique	1 603	Pays Bas	673	Hongrie	231
France	1 090	Pologne, en 2020	351	Finlande	176
Espagne	894	République tchèque	284	Bulgarie	100

Source : Eurostat

Commerce international : en 2023 pour le polypropylène sous forme primaire.

Principaux pays exportateurs, sur un total de 21,432 millions de t, en 2022 :

en milliers de t
Corée du Sud	1 799	Singapour	808
États-Unis	1 285	Malaisie	589
Chine	1 148	Russie	536
Allemagne	959	Thaïlande	520
Belgique	951	France	505

Source : ITC

Les exportations coréennes sont destinées à la Chine pour 27 %, au Vietnam pour 14 %, à la Turquie pour 13 %.

Principaux pays importateurs :

en milliers de t
Chine	2 697	Allemagne	814
Turquie	2 035	Vietnam	712
Inde	1 327	Mexique	689
Italie	1 009	Belgique	630
Indonésie	856	Pologne	595

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 20 % de Corée du Sud, 15 % des Émirats Arabes Unis, 9 % du Japon, 9 % d’Arabie Saoudite, 8 % de Singapour.

Principaux producteurs, en 2017, sur un total de 76,81 millions de t/an :

en milliers de t/an de capacités de production
Sinopec Group (Chine)	7 160	Sabic (Arabie Saoudite)	2 804
LyondellBasell (Pays-Bas)	5 312	TotalEnergies (France)	2 750
Petro China Group (Chine)	4 120	Borealis/Borouge (Autriche)	2 624
Braskem Group (Brésil)	4 045	ExxonMobil (États-Unis)	2 800
Reliance Industries (Inde)	2 900	Formosa Plastic (Taipei chinois)	2 339

Sources : Braskem et rapports des sociétés

LyondellBasell a des unités de production situées en France, à Berre l’Étang (13) avec 250 000 t/an de capacité de production, en Italie, à Brindisi avec 400 000 t/an et Ferrara avec 180 000 t/an, en Allemagne, à Wesseling-Knapsack avec 630 000 t/an, en Espagne, à Tarragone avec 340 000 t/an, en Pologne, à Plock, avec 50 % de Basell Orlen, joint venture avec PKN Orlen et 250 000 t/an, au Royaume-Uni, à Carrington avec 210 000 t/an, aux États-Unis, à Bayport, au Texas, avec 250 000 t/an et Lake Charles, en Louisiane, avec 400 000 t/an, au Mexique, à Altamira dans la joint venture Indelpro, avec Alfa et 290 000 t/an, en Argentine, à Ensenada avec 180 000 t/an, en Corée du Sud, à Yeosu avec 50 % de la joint venture Poly Mirae avec Daelim et 475 000 t/an, en Chine, à Panjin avec 50 % d’une joint venture et 300 000 t/an, en Thaïlande, à Map Ta Phut avec 29 % de HMC et 230 000 t/an, en Australie, à Clyde avec 170 000 t/an et à Geelong avec 130 000 t/an, en Arabie Saoudite, à Jubail avec 25 % de la joint venture SPC avec Tasnee et 190 000 t/an et 25 % de la joint venture Al Waha avec Sipchem, avec 115 000 t/an.
La production de Sinopec a été, en 2017, de 7,16 millions de t.
Braskem, produit du polypropylène en Allemagne, à Wesseling avec 260 000 t/an et Schkopau avec 365 000 t/an, aux États-Unis, au Texas, à La Porte avec 804 000 t/an, Freeport avec 336 000 t/an et Seadrift avec 227 000 t/an, en Pennsylvanie, à Marcus Hook avec 414 000 t/an et en Virginie Occidentale, à Neal avec 240 000 t/an, au Brésil, à Paulinia et Mauá dans l’État de Sao Paulo avec 800 000 t/an, à Camaçari dans l’état de Bahia avec 125 000 t/an, à Duque de Caxias dans l’État de Rio de Janeiro avec 310 000 t/an et à Triunfo dans l’État du Rio Grande du Sud avec 740 000 t/an. En 2021, la production a été de 3,811 millions de t dont 1,512 million de t au Brésil, 1,729 million de t aux États-Unis et 570 211 t en Allemagne.
Borealis/Borouge, détenue à 25 % par Mubadala, société d’investissement d’Abu Dhabi et 75 % par OMV. Borealis a constitué, avec Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC), une joint venture dénommée Borouge. Produit du polypropylène en Autriche, à Schwechat avec 436 000 t/an de capacité de production, en Belgique, à Kallo avec 286 000 t/an et Beringen avec 386 000 t/an, en Allemagne, à Burghausen avec 660 000 t/an, en Finlande, à Porvoo avec 220 000 t/an, aux Émirats Arabes Unis, à Ruwais, avec la joint venture Borouge et 704 000 t/an. En 2021, la production a été de 2,13 millions de t ainsi que 740 000 à travers la joint venture Borouge.
Sabic détenu à 70 % par Saudi Aramco, produit du polypropylène aux Pays Bas, à Geleen avec 940 000 t/an, en Allemagne, à Gelsenkirchen avec 530 000 t/an, en Arabie Saoudite, à Yanbu avec 50 % de Yanpet, joint venture avec ExxonMobil et 260 000 t/an et 51 % de Yansab et 400 000 t/an et à Jubail, 80 % de Saudi European Petrochemical Company (Ibn Zahr) et 640 000 t/an et 35 % de Saudi Kayan et 350 000 t/an, en Chine, à Tianjin avec une joint venture 50/50 avec Sinopec et 450 000 t/an.
ExxonMobil, produit du polypropylène en France, à Notre-Dame de Gravenchon (76) avec 300 000 t/an, aux États-Unis, à Baton Rouge, en Louisiane avec 500 000 t/an et à Baytown, au Texas, avec 700 000 t/an, à Singapour, avec 900 000 t/an et en joint venture, avec 50 % de Yanpet avec Sabic, à Yanbu, en Arabie Saoudite avec 200 000 t/an et à 25 %, en Chine, à Fujian avec 200 000 t/an.
Reliance Industries (Inde), a produit, en 2021-22, 2,9 millions de t de polypropylène, en Inde, à Jamnagar, Hazira, Nagothane et Vadodara, avec une part du marché indien de 45 %.
TotalEnergies Petrochemicals, produit du polypropylène en France, à Lavéra (13) avec 150 000 t/an et Gonfreville (76) avec 230 000 t/an, en Belgique, à Feluy avec 930 000 t/an, aux États-Unis, à La Porte, au Texas, avec 1,2 million de t/an, en Corée du Sud, à Daesan avec 50 % de la joint venture Hanwha Total Petrochemical et 400 000 t/an.
Ineos, produit du polypropylène avec des unités de production, en France, à Sarralbe (57) avec 65 000 t/an et à Lavera (13) avec 150 000 t/an, en Belgique, à Lillo (Anvers) avec 90 000 t/an et Geel avec 339 000 t/an, au Royaume Uni, à Grangemouth avec 285 000 t/an, aux États-Unis, au Texas à Alvin avec 440 000 t/an et La Porte avec 140 000 t/an et en Californie, à Carson avec 218 000 t/an. En 2021, la capacité globale de production est de 1,782 million de t/an.

Recyclage

Le polypropylène, composé de molécules de propylène, est très facilement recyclable par rapport à d’autres matières plastiques comme le PVC. Ainsi avec 1 tonne de plastiques recyclés on peut économiser jusqu’à 700 kg de pétrole brut. Par ailleurs, sa combustion ne dégage que de l’eau et du dioxyde de carbone.

Un logo permet de reconnaître les plastiques recyclables, il s’agit du ruban de Möbius en forme de triangle avec un chiffre à l’intérieur indiquant le type du plastique. Pour le polypropylène, PP en abrégé, on trouve ce logo avec le chiffre 5.

Situation française

La production, en 2023, est de 1 089 995 t de polypropylène.

Les unités de production sont exploitées par :

ExxonMobil, à Notre-Dame de Gravenchon (76) avec 300 000 t/an de capacité de production,
LyondellBasell, à Berre l’Étang (13) avec 250 000 t/an de capacité de production,
Ineos, à Sarralbe (57) avec 90 000 t/an de capacités de production et à Lavera (13) avec 150 000 t/an,
Polychim Industrie, (filiale du groupe belge Beaulieu) à Dunkerque (59) avec 230 000 t/an,
TotalEnergies, à Gonfreville (76) avec 230 000 t/an et à Lavéra (13) avec 150 000 t/an.

Commerce extérieur : pour le polypropylène sous forme primaire, en 2024.

Les exportations étaient de 509 402 t avec comme principaux marchés à :

25 % la Belgique,
24 % l’Italie,
14 % l’Allemagne,
9 % l’Espagne
4 % la Pologne.

Les importations s’élevaient à 387 935 t en provenance principalement à :

24 % de Belgique,
22 % d’Espagne,
17 % d’Allemagne,
8 % d’Autriche,
7 % d’Italie,
6 % du Royaume Uni.

Utilisations

Consommation : en 2021, dans le monde, 80 millions de t, répartition, en 2020 :

Chine	41%	Amériques	13 %
Reste de l’Asie	23 %	Moyen Orient	6 %
Europe	13 %

Source : IHS Markit

En 2013, dans le monde, la consommation de polypropylène a représenté 26 % de la consommation totale de matières plastiques, celle-ci s’élevant à 299 millions de t. En Europe (UE à 28 + Norvège et Suisse), la part du polypropylène est, en 2019, de 19,4 %.

En 2018, la consommation des États-Unis est de 8,082 millions de t, celle de l’Europe, de 9,527 millions de t.

Secteurs d’utilisations : ils sont, en 2013, les suivants, en % de la consommation totale.

Emballages	30,5 %	Appareils ménagers	10,2 %
Électricité, électronique	13,6 %	Automobile	9,4 %
Équipements	12,8 %	Construction	5,1 %

Source : Global Data

Formes d’utilisation : répartition, en 2017.

Injection, moulage	32,6 %	Fibres	13,0 %
Films, feuilles	24,3 %	Tuyaux	2,9 %
Raphia	20,1 %	Autres extrusions, revêtements	0,1 %

Source : HMC Polymers

Le polypropylène se retrouve dans de nombreux produits. Il est présent dans les tapis et les fibres textiles, sous forme de films dans les emballages, et surtout sous forme moulée, dans l’électroménager et les ustensiles ménagers par exemple la vaisselle pour four à micro-ondes, dans les jouets, les bagages, le mobilier de jardin…

Il est également utilisé pour la fabrication de tissus d’ameublement, de vêtements professionnels jetables (combinaisons de peinture, charlottes, masques chirurgicaux, etc.), de sacs tissés à haute résistance, de géotextiles et de géomembranes ; on le trouve aussi sous forme de fibres dans les cordages, les moquettes, le gazon artificiel. Des pailles à boire sont également fabriquées en polypropylène.

En longueur nominale de 6 à 18 mm, la fibre de polypropylène est un adjuvant dans les bétons pour diminuer le retrait plastique, les fissurations et les lézardes. Les fibres ne remplacent pas le renforcement structurel traditionnel en acier ou les procédés habituels de bonne prise du ciment, mais il est très souvent possible de remplacer les treillis par ces fibres.

Plusieurs pays ont émis des billets en polypropylène, dont l’Australie, le Mexique et Israël.

Pour gagner du poids tout en renforçant la rigidité, il peut être moulé comme du carton ondulé ; on parle alors de polypropylène alvéolaire (PPA). Il peut aussi avoir une structure en nid d’abeille.

Emballages

Il est notamment très fortement utilisé dans le domaine de l’emballage pharmaceutique (car il ne favorise pas la croissance des bactéries à sa surface). Les films, généralement biorientés, sont utilisés dans l’emballage de produits alimentaires divers (pâtes, biscuits,…). Le polypropylène est aussi beaucoup utilisé dans les emballages alimentaires pour sa résistance à la graisse (exemple : emballages de beurre) et son aspect brillant. Les films de polypropylène présentent par ailleurs l’avantage d’être rétractables à chaud.

Automobile

C’est le premier des plastiques utilisés dans ce secteur devant le polyuréthane, le PVC et le polyéthylène. En 2016, dans l’Union européenne plus la Norvège et la Suisse, sa part dans les automobiles est de 26 % des matières plastiques employées. De 15 à 20 % plus léger que les autres plastiques, le polypropylène apporte un gain de poids à la fabrication d’automobiles. On retrouve par exemple l’utilisation de ce matériau au niveau du hayon de la classe A de Mercedes, première utilisation sur un véhicule de grande série, permettant ainsi de gagner plusieurs kilogrammes sur l’ensemble de cette fonction intégrant les feux arrières, le moteur d’essuie-glace et le système de verrouillage du coffre. Sont concernés également de façon courante les planches de bord, vides-poche, portes-carte, enveloppes de batteries et surtout pare-chocs. Dans ce secteur, est utilisé le polypropylène à blocs (ICP : « Impact copolymer »).
Pour pouvoir être efficaces et pouvoir redistribuer les déchets retraités, les filières de recyclage ne peuvent fonctionner qu’avec un nombre limité de types de plastique. On peut ainsi saluer l’effort des principaux constructeurs automobiles qui ont effectué un grand pas dans ce sens et notamment l’initiative de Renault qui a réalisé avec sa Mégane 2 une voiture 100 % polypropylène au niveau des plastiques utilisés.

Bibliographie

Documents de PlasticsEuropeFrance, Le Diamant A, 92909 Paris La Défense Cedex.

Documents de la Confédération Européenne de la Plasturgie, 66 Av de Cortenbergh, B 1040, Bruxelles, Belgique.

Chemicals & Petrochemicals Manufacturer’s Association of India (CPMA).

H.A. Maddah, « Polypropylene as a promising plastic : a review« , American Journal of Polymer Science, 2016.

Archives

Polyéthylène

Données industrielles

Formule

Différents types

Polyéthylène est un nom générique employé pour décrire les polyoléfines issues de la polymérisation de l’éthylène (voir ce chapitre). Il existe de nombreux types de polyéthylènes et principalement trois grandes familles qui se définissent en fonction de leur masse volumique :

Polyéthylène Basse Densité ou PE-BD (en anglais LDPE) : 0,92 g/cm³ < ρ < 0,94 g/cm³.
Polyéthylène Haute Densité ou PE-HD (en anglais HDPE) : 0,95 g/cm³ < ρ < 0,97 g/cm³.
Polyéthylène Linéaire à Basse Densité ou PE-BDL (en anglais LLDPE) : 0,93 g/cm³ < ρ < 0,94 g/cm³. Découvert au début des années 70, le PE-BDL est un copolymère éthylène/but-1-ène (CH₃CH₂CH=CH₂) de faible masse volumique qui présente une très bonne résistance aux impacts. L’hex-1-ène (CH₂=CH(CH₂)₃CH₃) ou l’oct-1-ène (CH₃(CH₂)₅CH=CH₂) peut remplacer le but-1-ène, ce dernier comptant pour 60 % des utilisations, l’hex-1-ène pour 22 % et l’oct-1-ène pour 18 %.

Le polypropylène (voir ce chapitre) est l’autre polyoléfine.

Historique

Le PE-BD a été découvert en 1933 dans les laboratoires de I.C.I. par E. Fawcett et R. Gibson. Le procédé employé utilisait des hautes pressions et le dioxygène comme catalyseur.

La découverte du PE-HD sous la forme d’un polyéthylène linéaire, appelé PE-L, date des années 50 et est due à quatre équipes appartenant à trois laboratoires différents. En 1945, Bailey et Reid de la Phillips Petroleum Company utilisent un catalyseur à base d’oxyde de nickel et d’oxyde de chrome. En 1950, Zletz de la Standard Oil of Indiana met au point un catalyseur à base d’oxyde de molybdène. En 1951, Hogan et Banks de la Phillips Petroleum Company améliorent le procédé existant par l’utilisation d’oxyde de chrome et d’oxyde d’aluminium. Enfin en 1953, Karl Ziegler (prix Nobel en 1963 avec Giulio Natta), à l’Institut Max Planck, met au point un procédé basse pression utilisant un catalyseur appartenant à la famille de catalyseurs dits de Ziegler-Natta.

Fabrication industrielle

Procédés actuels, catalyseurs et structure des principales macromolécules

Le PE-BD (ou PE-BDR pour polyéthylène à basse densité radicalaire) est obtenu par polymérisation radicalaire, à haute pression, de l’éthylène d’une pureté supérieure à 99,9 %. Deux procédés sont utilisés :

En autoclave (son volume peut dépasser 1000 L), à 100 et 350 MPa et entre 150 et 300°C. Le taux de conversion est de 15 à 20 %, l’éthylène est recyclé. En Amérique de Nord (États-Unis et Canada), en 2013, la capacité de production selon ce procédé est 1,82 million de t/an.
Tubulaire : dans un tube de 30 à 60 mm de diamètre et jusqu’à 1,5 m de long, sous 200 à 350 MPa. Le taux de conversion est d’environ 25 %. En Amérique de Nord (États-Unis et Canada), en 2013, la capacité de production selon ce procédé est 1,62 million de t/an.

La réaction est exothermique (3 370 J/g de polymère). Les amorceurs de polymérisation sont des peroxydes et peresters organiques ou le dioxygène. Le milieu réactionnel est constitué d’une solution de polymère et de monomère qui comprend aussi les agents de transfert (hydrocarbures saturés), les amorceurs et leurs solvants et éventuellement les co-monomères. Les macromolécules obtenues ne sont pas parfaitement linéaires et elles comprennent des branchements courts et des branchements longs ainsi que des insaturations. Leur masse moléculaire est comprise entre 10 000 et 30 000 g/mol (de 300 à 1000 unités monomériques).

Le PE-HD et le PE-BDL sont obtenus par polymérisation cationique catalysée de l’éthylène, en présence de dihydrogène pour contrôler la longueur des chaînes de polymère.
Pour l’obtention de ces deux types de polyéthylènes, on utilise principalement les catalyseurs Ziegler-Natta, les catalyseurs au chrome (Phillips) ou les catalyseurs métallocènes.

Les catalyseurs « Ziegler-Natta » sont constitués d’un composé halogéné d’un métal de transition des groupes 4 ou 5 (titane, vanadium…) et d’un composé alkylé d’un métal des groupes 2, 12, 13 (béryllium, magnésium, zinc, aluminium…). Par exemple TiCl₄ et Al(C₂H₅)₃. Leur productivité est supérieure à 30 kg de polymère par gramme de catalyseur. Ils sont généralement déposés sur des supports solides cristallins (alumine, silice…).
Les catalyseurs « Phillips » sont des dépôts supportés d’oxyde de chrome, réduits et activés à haute température (400 à 800°C).
L’introduction depuis 1991 des catalyseurs métallocènes, couplés à la technique de synthèse en phase gazeuse, permet d’accéder à une nouvelle génération de polyéthylènes techniques (voir le chapitre matières plastiques).

On distingue deux types de procédés d’obtention, l’un en suspension ou en solution en présence d’un solvant, l’autre en phase gazeuse en lit fluidisé.

Procédés en suspension ou en solution :
L’éthylène et le dihydrogène sont introduits sous une pression de 5 à 37 bar dans un réacteur fonctionnant en boucle ou un réacteur agité, entre 65 et 100°C, et renfermant le catalyseur « Ziegler-Natta » ou le catalyseur au chrome mis en suspension dans un hydrocarbure (isobutane ou hexane). Le mélange est périodiquement prélevé, l’hydrocarbure de dilution des catalyseurs évaporé et recyclé puis le mélange polymère/catalyseur est traité par de la vapeur d’eau entraînée par un courant de diazote afin de désactiver le catalyseur. Les résidus de catalyseur, dioxyde de titane et alumine restent inclus dans le polymère. En Amérique de Nord (États-Unis et Canada), en 2013, la capacité de production selon ce procédé est 5,81 millions de t/an.
Une variante du procédé consiste à travailler en solution en dissolvant le catalyseur et le polymère en formation dans un alkane en C₁₀ ou C₁₂.
Procédés en lit fluidisé : le procédé type étant le procédé Unipol avec lequel environ 25 % de la production mondiale de polyéthylène est réalisée, avec une capacité de production qui peut atteindre 650 000 t/an. Diverses variantes du procédé sont exploitées : Innovene (par Ineos), Spherilene (par Lyondellbasell)…
Le procédé Unipol (développé par Union Carbide et commercialisé par Univation joint venture 50/50 entre Dow et ExxonMobil) a été mis en application pour la première fois, au Texas, à Seadrift, en 1968. Le principe en est relativement simple ; la réaction a lieu, entre 90 et 100°C, dans un réacteur de plusieurs mètres de diamètre et plusieurs dizaines de mètres de hauteur. Ce procédé n’utilise pas de solvant (donc avec une pollution réduite) et la réaction se fait sur un lit fluidisé qui est produit par le courant gazeux d’éthylène et de dihydrogène sous une pression de 3 à 5 MPa qui maintient les diverses particules (catalyseur, polyéthylène en formation autour des grains de catalyseur…) en suspension. Ceci peut représenter jusqu’à une masse de 25 tonnes de matière. Le polymère est extrait de la colonne en continu sous forme de poudre et transformé en granulés par extrusion. Le procédé est souple et peut s’appliquer à la fabrication de PE-HD, PEBDL et divers autres copolymères.

Autres types de polyéthylènes

On distingue, par exemple :

Le polyéthylène de Bas Poids Moléculaire ou PE-BPM (en anglais LMWPE) : la polymérisation est effectuée en présence d’agents de transfert de chaîne qui limitent la taille des molécules du polymère à une centaine d’unités monomériques.
Le polyéthylène à Ultra Haut Poids Moléculaire ou PE-UHPM (en anglais UHMWPE) : les molécules du polymère sont constituées d’environ 200 000 unités monomériques ce qui confère au matériau une grande résistance aux impacts.
Les fibres de polyéthylène : elles sont obtenues par procédé sol-gel à faible concentration.

Le biopolyéthylène

La société brésilienne Braskem exploite, au Brésil, à Triunfo, dans l’État du Rio Grande du Sud, depuis 2011, une usine de production de polyéthylène élaboré à partir d’éthylène obtenu par déshydratation de bioéthanol, lui même obtenu par distillation, après fermentation, de canne à sucre. La capacité de production est de 200 000 t/an. Un hectare produit 82,5 t de canne à sucre donnant 7 200 litres d’éthanol déshydraté en 3,08 t d’éthylène donnant 3 t de polyéthylène. La réaction de déshydratation de l’éthanol est la suivante :

CH₃CH₂OH = CH₂=CH₂ + H₂O

Cette réaction, catalysée par de l’alumine, peut être réalisée à une température supérieure à 170°C.

Productions

En 2021, la capacité de production mondiale est de 130,5 millions de t/an dont, en 2016, 24,5 millions de t/an pour le PE-BD, 34 millions de t/an pour le PE-BDL et 49 millions de t/an pour le PE-HD.

En 2021, la production Nord-Américaine (États-Unis et Canada) est de 23,729 millions de t dont 3,860 millions de t de PE-BD, 9,853 millions de t de PE-BDL et 10,016 millions de t de PE-HD.

En 2018, la production chinoise de polyéthylène est de 15,835 millions de t, les importations de 14,024 millions de t, à 48,0 % de PE-HD, 31,1 % de PE-BDL et 20,9 % de PE-BD et les exportations négligeables avec 0,226 million de t.

En 2020-21, la production de l’Inde est de 5,534 millions de t dont 617 000 t de PE-BD, 2,372 millions de t de PE-BDL et 2,545 millions de t de PE-HD. En 2019, la production de la Corée du Sud est de 5,047 millions de t dont 2,920 millions de t de PE-BD et BDL et 2,127 millions de t de PE-HD. La production thaïlandaise, en 2019, est de 3,927 millions de t dont 549 000 t de PE-BD, 1,611 million de t de PE-BDL et 1,767 million de t de PE-HD. La production japonaise, en 2019, est de 1,927 millions de t de polyéthylène dont 1,455 million de t de PE-BD et BDL et 829 000 t de PE-HD. La capacité de production, en 2018, de Singapour est de 2,36 millions de t/an de polyéthylène. La production de Taipei chinois, en 2019, est de 1,273 million de t de polyéthylène dont 655 000 t de PE-BD et BDL et 618 000 t de PE-HD.

Productions de l’Union européenne, en 2023, sur un total de 9,975 millions de t :

en tonnes
	PE-BD	PE-BDL	PE-HD
Total	3 235 777	1 802 815	4 935 774
Allemagne	?	189 263, en 2022	1 598 729, en 2022
Belgique	624 387	8 620, en 2022	721 171
France	361 005	683 804	124 581
Italie	169 263	292 892	299 314
Bulgarie	46 565	?	51 436, en 2020
Espagne	527 124	335 825	443 033
Pays Bas	532 917	180 502	375 072
Slovaquie	172 706	14	9
Portugal	113 983	38 712	99 791
Hongrie	57 905 en 2019	46 026	277 426, en 2022

Source : Eurostat

Les productions notées ? sont confidentielles.

Commerce international : en 2023.

Pour les polyéthylènes basse densité, sous formes primaires, sur un total de 22,041 millions de t, en 2021.

Principaux pays exportateurs :

en milliers t
États-Unis	3 342	Malaisie	784
Belgique	1 255	Iran	705
Singapour	917	Allemagne	701
Pays Bas	853	Corée du Sud	640
Thaïlande	833	France	444

Source : ITC

Les exportations des États-Unis sont destinées principalement pour 21 % à la Chine, 15 % au Mexique, 8 % au Canada, 6 % au Brésil.

Principaux pays importateurs :

en milliers de tonnes
Chine	3 081	Belgique	753
Inde	1 150	Singapour	726
Turquie	1 095	Mexique	643
Allemagne	835	États-Unis	564
Italie	819	Pologne	550

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent principalement à 18 % d’Iran, 16 % des États-Unis, 14 % d’Arabie Saoudite, 12 % des Émirats Arabes Unis, 10 % du Qatar.

Pour les polyéthylène haute densité, sous formes primaires, sur un total de 24,501 millions de t, en 2022.

Principaux pays exportateurs :

en milliers de tonnes
États-Unis	4 392	Belgique	1 120
Arabie Saoudite, en 2022	4 162	Thaïlande	1 076
Corée du Sud	1 792	Allemagne	983
Émirats Arabes Unis, en 2022	1 779	Iran	926
Canada	1 145	Singapour	647

Source ITC

Les exportations des États-Unis sont destinées à 21 % au Mexique, 19 % à la Chine, 9 % au Canada, 7 % au Brésil.

Principaux pays importateurs :

en milliers de tonnes
Chine	5 173	Allemagne	871
Inde	2 044	Italie	764
États-Unis	1 285	Belgique	740
Turquie	1 124	Vietnam	707
Mexique	883	Égypte	625

Source ITC

Les importations chinoises proviennent à 19 % d’Arabie Saoudite, 18 % des Émirats Arabes Unis, 15 % des États-Unis, 14 % de Corée du Sud, 12 % d’Iran.

Principaux producteurs : en 2021.

en milliers de t/an de capacité de production
ExxonMobil	11 200	Petrochina, ventes	5 808
Dow	9 800	Chevron Phillips	4 390
Sinopec, en 2018	8 140	Braskem (Brésil)	4 105
LyondellBasell	6 900	Ineos	3 538
Borealis/Borouge/Nova	6 820	National Petrochemicals (Iran), en 2017	2 900
Sabic	6 380	TotalEnergies	2 438

Sources : Borealis et rapports des sociétés

ExxonMobil produit du polyéthylène aux États-Unis, à Baton Rouge (Louisiane) avec 1,3 million de t/an, Beaumont (Texas) avec 1,7 million de t/an, Mont Belvieu (Texas) avec 2,3 millions de t/an, Corpus Christi (Texas) avec 0,7 million de t/an, au Canada, à Sarnia (Ontario) avec 0,5 million de t/an, en Belgique, à Anvers avec 0,4 million de t/an et Meerhout avec 0,5 million de t/an, en France, à Notre Dame de Gravenchon (76) avec 0,4 million de t/an, en Arabie Saoudite, à Al Jubail avec 0,7 million de t/an et Yanbu avec 0,7 million de t/an, en Chine, à Fujian avec 0,2 million de t/an, à Singapour avec 1,9 million de t/an.
LyondellBasell, possède des unités de production aux États-Unis, au Texas, à Chocolate Bayou avec 230 000 t/an, La Porte avec 400 000 t/an, Matagorda avec 770 000 t/an et Victoria avec 270 000 t/an, dans l’Iowa, à Clinton avec 450 000 t/an, dans l’Illinois, à Morris avec 270 000 t/an, en partenariat 50/50 avec Sasol, à Lake Charles en Louisiane avec 425 000 t/an en propre, en Arabie Saoudite, à Al Jubail (à 25 %) avec 200 000 t/an en propre, en Chine (à 50 %) avec 400 000 t/an en propre et en Europe, voir ci-dessous. Au total, les capacités de production sont de 4,1 millions de t/an aux États-Unis, 2,2 millions de t/an en Europe, 200 000 t/an en Arabie Saoudite, 400 000 t/an en Chine.
En 2021, les ventes de Petrochina ont été de 5,808 millions de t.
Chevron Phillips possède des capacités de production de 3,388 millions de t/an de PE-HD, 281 000 t/an de PE-BD et 721 000 t/an de PE-BDL. Les productions de PE-BD et PE-BDL sont situées aux États-Unis, celle de PE-HD aux États-Unis avec 2,406 millions de t/an, en Arabie Saoudite, à Al Jubail, dans une joint venture à 35 %, au Qatar, à Mesaieed, dans une joint venture à 49 % et à Singapour, dans une joint venture à 50 %. Aux États-Unis les unités de production sont situées au Texas, à Cedar Bayou avec 980 000 t/an, Orange avec 440 000 t/an, Pasadena avec 985 000 t/an et Old Ocean avec 1 million de t/an.
Braskem possède une capacité de production de 3,055 millions de t/an au Brésil, à Camaçari dans l’État de Bahia avec 800 000 t/an, Triumfo dans l’État du Rio Grande do Sul avec 1,225 million de t/an, Duque de Caxias dans l’État de Rio de Janeiro avec 540 000 t/an et Capuava dans l’État de São Paulo avec 490 000 t/an et 1,050 million de t/an au Mexique à Nanchital. En 2021, la production brésilienne a été de 2,434 millions de t, la mexicaine de 696 271 t.
Ineos produit du polyéthylène en Europe, voir ci-dessous et aux États-Unis, à Battleground (La Porte), au Texas, avec 1,012 million de t/an et en association 50-50 avec Chevron Phillips, à Cedar Bayou, au Texas avec 210 000 t/an.
TotalEnergies, outre ses implantations européenne avec une capacité de production de 1,12 million de t/an, voir ci-dessous, fabrique du polyéthylène, aux États-Unis, à Bayport au Texas avec 223 000 t/an de PE-HD, en Corée du Sud, à Daesan, avec une joint venture 50/50 avec Hanwha, et des capacités totales de production de 175 000 t/an de PE-HD, 78 000 t/an de PE-BD et 125 000 t/an de PE-BDL et au Qatar, à Mesaieed, avec 20 % de participation dans Qapco, qui a produit, en 2018, 756 000 t de PE-BD pour une capacité de 780 000 t/an et 555 000 t de PE-BDL, pour une capacité de 570 000 t/an, au travers de Qatofin détenue à 49 % par Total (36 % directement et le reste au travers des 20 % de participation dans Qapco). Le groupe, associé avec 50 % des parts à Borealis et Nova, a en projet la construction d’une unité complémentaire à Bayport, au Texas, de 625 000 t/an.

Principaux producteurs européens et sites de production, en 2021 :

en milliers de tonnes de capacités annuelles de production
Producteurs	Capacité annuelle totale	Sites	PE-HD	PE-BD	PE-BDL
LyondellBasell	2 470	Berre (13)		320
		Wesseling (Allemagne)	770	430
		Francfort (Allemagne)	230
		Muenchsmuenster (Allemagne)	320
		Plock (Pologne) à 50 %	300	100
Ineos	2 100	Lavéra (13)	230
		Sarralbe (57)	195
		Cologne (Allemagne)		400	230
		Bamble (Norvège)		158
		Lillo (Belgique)	440
		Rosignano (Italie)	200
		Grangemouth (Royaume Uni)			330
Dow	2 100	Terneuzen (Pays Bas)		265	610
		Schkopau (Allemagne)		160
		Tarragone (Espagne)	190	95	300
Borealis	1 920	Schwechat (Autriche)		545
		Burghausen (Allemagne)	175
		Porvoo (Finlande)	390
		Geleen (Pays Bas)			120
		Stenungsund (Suède)	700
Sabic	1 750	Geleen (Pays Bas)	280	590
		Teeside (Royaume Uni)		400
		Gelsenkirchen (Allemagne)	250		350
Versalis (ENI)	1 650	Brindisi (Italie)	500		500
		Dunkerque (59)		340
		Oberhausen (Allemagne)		140
ExxonMobil	1 200	Anvers (Belgique)		400
		Meerhout (Belgique)		500
		Notre Dame de Gravenchon (76)			400
TotalEnergies	1 120	Gonfreville (76)	240
		Carling (57)			210
		Anvers (Belgique)	470
		Feluy (Belgique)	170
Repsol	900	Puertollano (Espagne)	90	60
		Tarragona (Espagne)	145	195
		Sines (Portugal)	130	145

Sources : Borealis et rapports des sociétés

Recyclage

Logos de recyclage

Le polyéthylène est le polymère le plus consommé dans le marché de l’emballage plastique. En France il représente 70 % de la part de la consommation globale. Vu l’ampleur de sa diffusion, le polyéthylène pose de sérieux problèmes d’environnement et le problème de sa dégradation ou de son recyclage est posé. Il existe dans la nature des bactéries qui sont capables de dégrader les macromolécules de PE mais elles ne peuvent le faire qu’en s’y prenant par une extrémité de la macromolécule et l’on comprend alors que cela prenne du temps de dégrader des entités qui comprennent jusqu’à 100 000 unités monomériques. Pour les sacs plastiques une des solutions possibles est d’inclure, par copolymérisation dans les chaînes de polymères, des motifs facilement attaquables par les bactéries (des morceaux de chaîne d’amidon par exemple). Ceci leur permet de tronçonner le polymère en de plus petites sous-unités qui sont plus rapidement éliminées.

En France, SITA Recyclage, filiale de Suez Environnement, recycle des films agricoles et industriels, à Viviez (12), Landemont (49), Ponchon (60). Ces films, en grande partie de polyéthylène, sont déchiquetés, prélavés, broyés, lavés, essorés et séchés, extrudés et granulés. Le recyclage concerne 40 000 t/an destinées à l’élaboration de films industriels et de sacs de collecte.

Veolia est également un acteur important.

Paprec recycle 200 000 t/an de matières plastiques dont du polyéthylène à La Neuve-Lyre (27), Saint-Herblain (44), Mazières en Mauge (49), Trémentines (49), Verdun (55), Cahors (46) et Elven (56). La filiale MPB, située à Chalon sur Saône (71), est spécialisée dans le recyclage du PE-HD.

Situation française

Productions et commerce extérieur : en 2023 pour les productions et 2024 pour le commerce extérieur.

en tonnes
	PE-HD	PE-BD	PE-BDL
Productions	124 158	361 005 t	683 804 t
Exportations	317 115 t	351 686 t	140 045 t
Importations	415 478 t	352 938 t	148 491 t

Sources : Eurostat et Douanes françaises

Destination des exportations, en 2024 :

PE-HD : vers l’Allemagne à 21 %, l’Espagne à 15 %, l’Italie à 13 %, la Belgique à 8 %, le Royaume Uni à 8 %.
PE-BD : vers l’Italie à 24 %, l’Allemagne à 21 %, l’Espagne à 9 %, la Belgique à 8 %, la Turquie à 6 %.
PE-BDL : vers l’Allemagne à 28 %, l’Italie à 15 %, la Belgique à 11 %, l’Espagne à 9 %, la Pologne à 7 %.

Origine des importations, en 2024 :

PE-HD : de Belgique à 21 %, d’Allemagne à 17 %, des Pays Bas à 11 %, d’Autriche à 8 %, d’Italie à 7 %.
PE-BD : d’Espagne à 21 %, d’Allemagne à 20 %, des Pays Bas à 18 %, de Belgique à 18 %, du Royaume Uni à 6 %.
PE-BDL : de Belgique à 26 %, d’Espagne à 16 %, des Pays Bas à 15 %, d’Allemagne à 9 %, d’Italie à 7 %.

Producteurs et unités de production :

TotalEnergies à Gonfreville (76) avec 240 000 t/an de PE-HD et à Carling (57) avec 210 000 t/an de PE-BDL.
ExxonMobil à Notre Dame de Gravenchon (76) avec 400 000 t/an de PE-BDL.
LyondellBasell à Berre (13) avec 320 000 t/an de PE-BD.
Ineos à Lavera (13) avec 230 000 t/an de PE-HD et Sarralbe (57) avec 195 000 t/an de PE-HD.
Versalis à Dunkerque (59) avec 340 000 t/an de PE-BD et PE-BDL.

Utilisations

Consommation : c’est la principale matière plastique consommée dans le monde. En 2016, sur un total de 243 millions de t, le PE-HD a représenté 17 %, le PE-BDL 12 %, le PE-BD 9 %. En Europe (Union européenne, Norvège et Suisse) sur un total de 50,7 millions de t, les PE-BD et BDL ont représenté, en 2019, 17,4 % de la consommation de matières plastiques, le PE-HD, 12,4 %.

La consommation a porté, en 2017, dans le monde, sur 95 millions de tonnes de polyéthylène, réparties en 45 % de PE-HD, 32 % de PE-BDL et 23 % de PE-BD.
En 2016, 35 % de la consommation a été réalisée en Asie du Nord-Est, 17 % en Amérique du Nord, 13 % en Europe de l’Ouest, 7 % au Moyen Orient, 6 % dans le sous-continent indien, 5 % en Amérique du Sud, 4 % en Afrique…

La consommation chinoise a été, en 2018, de 30,727 millions de t.

Secteurs d’utilisation : dans le monde, en 2016, sur un total de 92 millions de t.

Films et feuilles	53 %	Fils et câbles	2 %
Moulage par injection	13 %	Moulage par rotation	2 %
Moulage par soufflage	12 %	Raphia	1 %
Tuyaux et profilés	7 %	Fibres	1 %
Extrusion et revêtements	2 %

Source : PTT PM

Le polyéthylène basse densité (PE-BD et PE-BDL) est plutôt utilisé pour élaborer des films et des isolants électriques. Il est le matériau préféré pour préparer des produits « souples » : films adhésifs, films agricoles, sachets, sacs poubelle, jouets, tuyaux, bouteilles souples (ketchup, moutarde…)…

Le polyéthylène haute densité est plutôt utilisé pour fabriquer des emballages rigides de lait, de produits chimiques et de détergents, des tuyaux pour canalisations…

C’est à la seconde guerre mondiale et à l’invention du radar par Sir Robert Watson-Watt, dans les années 30, que le polytéthylène doit son essor. On avait en effet besoin d’un isolant électrique performant pour protéger les câbles coaxiaux présents dans ces appareillages qui constituèrent une pièce maîtresse du système de défense des îles britanniques.

Le procédé « Gel-spin » mis au point par DSM en 1979 permet de fabriquer des fibres de polyéthylène en orientant parallèlement les chaînes de polymères désenchevêtrées par dissolution dans un solvant et passage dans une filière. Cette organisation donne à la fibre des performances remarquables : 15 fois plus résistante que l’acier, la fibre est utilisée pour la protection (casques et gilets pare-balles : le casque des forces françaises en Bosnie a été fabriqué à Châtillon sur Chalaronne (01) par l’entreprise MSA Gallet), pour les cordages, les filets, les articles de sports, les gants et pantalons de protection. Concurrencée par les fibres aramides (Kevlar) et les fibres de polyamide et de polyester, la fibre de polyéthylène est plus légère pour des performances supérieures.

Bibliographie

Perrin et Scharff, Chimie Industrielle Tome II, Masson.

Documents de PlasticsEurope France, Le Diamant A, 92909 Paris la Défense Cedex.

APIC country papers 2021, CPMA.

US Resin production & sales 2021 vs 2020, American Chemistry Council, mars 2022.

H. Rappaport « Ethylene and polyethylene global overview« , SPI Films & Bags, mai 2011.

P. Ferenz, « Unipol PE process technology », Univation Technologies LLC, Petrochem 2013 Conclave, mars 2013.

Archives

Caoutchoucs, élastomères et résines styréniques

Données industrielles

Les élastomères silicones sont traités au chapitre silicones.

Les élastomères fluorés sont traités au chapitre polytetrafluoréthylène (PTFE) et résines fluorocarbonées.

Matières premières

Caoutchouc naturel : il existe plus de 2000 espèces végétales laticifères mais le latex est quasi exclusivement extrait de l’hévéa (hevea brasiliensis), originaire de la forêt amazonienne. La durée de vie, en production, d’un hévéa est d’environ 40 ans, il commence à produire du latex dans sa 7^ème année et au cours de sa vie donne de 60 à 100 kg de caoutchouc. Un hectare planté d’environ 550 arbres donne annuellement de 0,7 à 1,5 t de caoutchouc naturel. Le latex est une émulsion contenant de 60 à 80 % d’eau et de 20 à 40 % de caoutchouc naturel, constitué de cis-1,4 polyisoprène. Après récolte, il est traité à l’ammoniac afin de conserver son état colloïdal et sa forme liquide puis après séchage plus ou moins poussé, il est livré soit sous forme liquide, avec une teneur de 60 % de caoutchouc sec, soit sous forme solide, après traitement acide, en général à l’ aide d’acide formique, en feuilles compactées, fumées (RSS) ou séchées à l’air chaud, dans des balles de 113 kg ou en granulés compactés et spécifiés techniquement (TSR) dans des balles de 33 kg.

Caoutchoucs synthétiques : ils sont fabriqués à partir d’isobutylène, d’isoprène, de styrène, de butadiène, d’acrylonitrile…

Histoire du caoutchouc en Europe

C’est en 1745 que Charles Marie de la Condamine rapporta d’un périple en Amazonie une masse brunâtre, collante, obtenue en incisant l’écorce d’un arbre que les indiens Tupi appelaient « cao-o-tchu » – le bois qui pleure – et que d’autres indiens appelaient « Hheve ». Le caoutchouc naturel (le cis-polyisoprène) offre à l’homme des propriétés qu’il apprend à maîtriser et à améliorer :

Nair et les propriétés de gommage (en anglais, caoutchouc = « rubber » de to rub, frotter).
Macintosh et l’imperméabilisation.
Goodyear et la vulcanisation.
Dunlop et l’invention du pneu gonflable.

Devant la montée des prix du caoutchouc naturel, la société Bayer propose un prix destiné à récompenser la découverte d’un caoutchouc synthétique. En 1906 Fritz Hofmann remporte le concours Bayer en synthétisant du polyisoprène, à partir du p-crésol extrait du goudron de houille ; en 1910 il améliore la synthèse en utilisant à la place de celui-ci le 2-3 diméthylbutadiène, bon marché et abondant ; en 1911 une production pilote commence à Elberfeld en Allemagne ; on fabrique les premiers pneus en caoutchouc méthyl en 1912.

En 1910, deux anglais, Strange et Matthews, déposent un brevet pour la polymérisation du butadiène en présence de sodium métal, mais ce caoutchouc est de piètre qualité. En 1916, est découvert à Elberfeld le procédé « 4 étapes » (acétylène, aldol, alcool benzylique, butadiène) pour la fabrication du butadiène. Les recherches sur les adjuvants anti-vieillissement avancent de même durant ces années (pipéridine, amines aromatiques…).

Le 31 décembre 1924, Farbenfabriken vorm. Friedrich Bayer & Co. est dissoute et le 1^er janvier 1925 est crée l’IG Farben (BASF, Bayer, Hoechst, AGFA, Weiler Ter Meer, C.F., Griesheim Elektron). En 1926 les études sur le caoutchouc reprennent après la cessation due à la chute des prix de 1919 et, en 1927, à Ludwigshaven et Leverkusen la méthode de polymérisation de Strange et Matthews est améliorée (emploi d’émulsifiants et de savons).

En 1928, la production de caoutchouc synthétique en émulsion aqueuse et l’utilisation du butadiène comme monomère font l’objet de brevets, de même qu’en 1929 la copolymérisation par Bock et Tschunkur du butadiène et du styrène qui livre ainsi le premier caoutchouc synthétique (SBR) comparable au naturel. La marque BUNA^® est déposée (BUtadiène NAtrium). En 1930, le styrène est remplacé par l’acrylonitrile (premier caoutchouc nitrile BUNA^® N). En 1937, la copolymérisation isobutène-isoprène est mise au point : le caoutchouc butyl voit le jour. Jusqu’au début des années 40, des progrès sont effectués dans la mise au point des antioxygènes, des catalyseurs…

L’Allemagne nazie développe sa production de SBR et édifie en 1944 le terrible complexe de BUNA-Monowitz qui dépend du camp de concentration d’Auschwitz – ce complexe ne produira d’ailleurs jamais une once de caoutchouc. Dans les années 50, après le démantèlement de l’IG Farben en 12 firmes, la reprise de la production se fait lentement et en 1960 on met en évidence les propriétés du caoutchouc de polybutadiène à haute teneur en cis 1,4 polyisoprène.

Depuis les recherches n’ont pas cessé de découvrir de nouveaux types de caoutchouc, d’adjuvants, d’agents gonflants, d’agents d’adhérence…

Les diverses familles d’élastomères

Les élastomères sont des polymères présentant des propriétés élastiques après réticulation. Il en existe plus de 200 types qui peuvent être regroupés en une quinzaine de familles dont voici les principales.

Élastomères non styréniques :

Le caoutchouc naturel (NR : natural rubber) qui ne contient que du cis-1,4 polyisoprène.

Le polyisoprène synthétique (IR) est de composition proche de celle du caoutchouc naturel avec pour le plus employé (Ti-IR) 98,5 % de cis-1,4 polyisoprène, 1 % de trans-1,4 polyisoprène et 0,5 % de 3,4 polyisoprène.

Le caoutchouc butyl, est un copolymère d’isobutylène et d’isoprène (voir les formules ci-dessous). Sa dénomination est IIR (Isobutylene-Isoprene-Rubber). Un traitement complémentaire par du dibrome ou du dichlore donne des halobutyls (chlorobutyl ou bromobutyl).

Le PBR (PolyButadiène Rubber) ou BR est un polymère du 1,3 butadiène. C’est le deuxième élastomère le plus employé après le SBR.

Les NBR (Nitrile Butadiene Rubber) et HNBR (Nitrile Butadiene Rubber Hydrogéné).

Les terpolymères d’éthylène-propylène-diène (EPDM) et les copolymères éthylène-propylène (EPM).

Les caoutchoucs chloroprène (CR) ou polychloroprène sont obtenus par polymérisation radicalaire du chlorobutadiène.

Élastomères styréniques :

Le SBR (Styrene Butadiene Rubber), les SBC (blocs copolymères styréniques) famille à laquelle appartiennent le SBS (Styrène-Butadiène-Styrène), le SIS (Styrène-Isoprène-Styrène), les SEBS (blocs éthylènes-butylène) et les SEP ( blocs éthylène-propylène).

Résines styréniques :

L’ABS (Acrylonitrile-Butadiène-Styrène) et le SAN (Styrène-Acrylonitrile).

Quelques formules :

Fabrication industrielle

IR : l’élaboration du polyisoprène le plus utilisé (Ti-IR) utilise un catalyseur Ziegler Natta, TiCl₃ / Al(C₂H₅)₂Cl ou TiCl₄ / Al(C₂H₅)₃. Avant polymérisation, le mélange solvant, catalyseur et monomère d’isoprène doit être exempt d’impuretés, d’humidité et d’air, poisons du catalyseur. Lorsque la polymérisation a atteint le niveau désiré, un désactivateur du catalyseur est introduit ainsi qu’un antioxydant puis le solvant est éliminé à l’aide de vapeur d’eau.

Caoutchouc butyl (IIR) : dans le procédé exploité, en France, à Notre Dame de Gravenchon (76) par ExxonMobil Chemical, le solvant de copolymérisation entre l’isobutylène et l’isoprène est le chlorure de méthyle CH₃Cl et la réaction est catalysée par une solution de AlCl₃ dans ce même solvant. La polymérisation met en jeu 98 % d’isobutylène avec 2 % d’isoprène. La réaction est très exothermique et se fait à -100°C. Après refroidissement, par détente de propylène et d’éthylène, le solvant et les réactifs non consommés sont extraits par vaporisation et recyclés. Aux fines particules de caoutchouc qui ont précipité on rajoute de l’eau et des additifs nécessaires à la stabilisation de la suspension qui est ensuite purifiée, séchée et comprimée sous forme de balles de caoutchouc. L’isoprène est importé de Bâton-Rouge (Louisiane, États-Unis) et l’isobutylène provient, par une conduite de 35 km, de la coupe C4 d’un vapocraqueur d’ExxonMobil.
Pour obtenir les halobutyls, avant halogénation, le butyl est dissous dans un solvant, hexane ou pentane, le monomère qui n’a pas réagi est enlevé et le dibrome liquide ou de dichlore gazeux sont introduits dans le solvant. Pour chaque mole d’halogène qui réagit, il y a formation d’une mole d’acide bromhydrique ou chlorhydrique qui nécessite la neutralisation de la solution à l’aide de soude. Le solvant est ensuite éliminé par traitement à la vapeur d’eau chaude avec ajout de stéarate de calcium afin de prévenir l’agglomération de l’élastomère.
Le caoutchouc butyl peut aussi être obtenu par décomposition du MTBE (méthyl tertio-butyl éther).

BR : la polymérisation du 1,3 butadiène (CH₂=CH-CH=CH₂) est réalisée, en général, en solution, à 20 % de monomère, le solvant étant l’hexane ou le cyclohexane. La réaction est catalysée par des complexes de métaux de transition (Nd, Ni ou Co) ou par le butyllithium.

NBR : la polymérisation entre l’acrylonitrile (de 15 à 51 %) et le butadiène est réalisée en émulsion dans l’eau avec un émulsifiant (savon) et divers autres produits. La température de polymérisation donnera des polymères plus ou moins linéaires. A froid, de 5 à 15°C, les branchements seront réduits, à chaud, de 30 à 40°C, les branchements seront plus importants. Les NBR, insaturés peuvent être hydrogénés pour donner des HNBR. Dans ce cas, le NBR est dissous dans un solvant, un catalyseur à base de métal précieux est ajouté puis un traitement avec du dihydrogène gazeux donne du NBR hautement saturé ou HNBR.

SBR : la copolymérisation du butadiène et du styrène peut s’effectuer soit en solution (S-SBR), soit en émulsion (E-SBR). Même si les procédés en solution présentent quelques avantages (meilleur contrôle des conditions opératoires, consommation d’énergie plus faible et plus grande pureté du caoutchouc), c’est le procédé en émulsion qui est le plus répandu. L’émulsifiant, un savon d’acide gras ou d’acide résinique, stabilise et homogénéise le milieu réactionnel. La copolymérisation est réalisée à froid (5°C) ou à chaud. Celle effectuée à froid est radicalaire et dure une dizaine d’heures. Exemple de composition, en masse, pour 75 kg de butadiène et 25 kg de styrène : eau : 180 kg, émulsifiant : 5 kg, dodécyl mercaptan : 200 g, hydroperoxyde de cumène : 170 g, EDTA : 60 g, sulfate de fer (II) : 17 g.

SBC : les SBC sont des copolymères dans lesquels les « blocs » sphéroïdes de polystyrène d’environ 30 nm de diamètre sont reliés entre eux par des tronçons élastomères constitués par les polydiènes choisis pour la copolymérisation, ce qui constitue deux phases distinctes dans le matériau. Modifiable à chaud, cette constitution lui procure ses propriétés élastiques. Pour la copolymérisation, on peut utiliser deux techniques : soit une polymérisation anionique de « diblocs » styrène-diène suivie d’un couplage par un agent bromé en « triblocs » styrène-diène-styrène, soit une polymérisation par un initiateur anionique difonctionnel qui mène directement aux triblocs désirés.

ABS : leur production industrielle et leur première commercialisation par la société Uniroyal, remontent à 1948. Les ABS sont des matériaux amorphes qui comportent deux phases ; une phase continue constitue la matrice (copolymère de styrène/acrylonitrile SAN) et une phase discontinue constituée de nodules de polybutadiènes greffés de copolymères SAN. Cette structure biphasique et la taille des zones de caoutchouc (0,1 à 1 µm) contribuent aux propriétés des ABS : résistance aux chocs, aspect de surface (brillance…) et résistance à la chaleur.

Il existe trois procédés de fabrication de l’ABS : la polymérisation en masse (Dow Chemical), la polymérisation masse-suspension (Monsanto) et le procédé le plus utilisé, la polymérisation par émulsion aqueuse. Celle-ci débute par la synthèse entre 40°C et 90°C d’un « latex d’élastomère » (polybutadiène ou copolymère butadiène-styrène ou copolymère butadiène-acrylonitrile). Celui-ci est ensuite greffé entre 50°C et 80°C en présence de styrène (ou d’alpha-méthylstyrène dans le cas de l’ABS dit « chaleur »), d’acrylonitrile et d’eau. Les tensioactifs utilisés sont des sels sodiques ou potassiques d’acides gras, des sulfonates ou des sulfates d’alcool polyoxyéthylénés, ou des tensioactifs non ioniques tels que des copolymères de l’oxyde de propylène et de l’oxyde d’éthylène. Les catalyseurs utilisés sont des persulfates de sodium ou de potassium, des associations de type redox (par exemple un mélange d’hydroperoxyde organique et de glucose en présence de sels métalliques Fe²⁺ ou Cu²⁺). Parallèlement on synthétise un latex de résine SAN en présence de styrène, d’acrylonitrile, d’eau, de tensioactif entre 50°C et 80°C. Le greffage du latex d’élastomère a pour but de le rendre « compatible » avec ce latex de résine.

Lors de ces synthèses, les monomères qui n’ont pas réagi sont recyclés. Les deux latex sont ensuite mélangés dans des proportions définies par les propriétés recherchées. Le latex d’ABS ainsi formé est alors mis à floculer à l’aide de CaCl₂, d’Al₂(SO₄)₃, de MgSO₄, d’acide acétique, sulfurique ou chlorhydrique vers 100°C, puis est séché. Il est alors prêt à recevoir les charges adéquates à son utilisation. L’introduction de méthacrylate de méthyle conduit à des ABS transparents.

On peut ensuite réaliser des alliages d’ABS et d’autres polymères (PVC, polycarbonate, polyamide…) pour atteindre certaines propriétés (résistance aux chocs, tenue à la chaleur, résistance à l’abrasion, fluidification pour la réalisation de films…).

Productions

Caoutchouc naturel

Production mondiale : en 2023, de 14,757 millions de t. Par pays :

en milliers de tonnes
Thaïlande	4 707	Inde	849
Indonésie	2 651	Cambodge	407
Côte d’Ivoire	1 548	Philippines	379
Vietnam	1 270	Malaisie	348
Chine	865	Laos	347

Source : FAO

La culture de l’hévéa occupe une surface de 12 millions d’hectares, à 90 % dans le Sud-Est asiatique.

En Thaïlande, 90 % de la production est assurée par des exploitations familiales qui font ainsi vivre 10 % de la population du pays. La surface cultivée était, en 2019, de 3,551 millions d’hectares.

Le groupe Bridgestone cultive 48 000 ha d’hévéas au Liberia et 24 000 ha en Indonésie, à Serbalawan, au Nord de Sumatra et Tanah Laut, au Sud de Kalimanta.

Le groupe Michelin, possède au Brésil, une plantation d’hévéas, à Igrapiúna, dans l’État de Bahia, de 513 hectares et 2 usines de transformation (Igrapiúna avec 10 000 t/an et Sooretama, dans l’État d’Esperito Santo avec 20 000 t/an). En Afrique (Côte d’Ivoire, Ghana, Nigeria et Liberia), Michelin détient 41,97 % de la Société Internationale de Plantations d’Hévéas (SIPH), 2^ème producteur africain, avec 58,03 % pour le groupe ivoirien Sifca. Par ailleurs, Michelin détient une participation minoritaire de 45 %, dans Nteq Polymer Company, en Thaïlande avec 30 000 t/an et en Indonésie, au travers d’une joint venture, Royal Lestari Utama (RLU), à 49 %, avec le groupe Barito Pacific, et une production prévue de 80 000 t/an. Au total la production de caoutchouc sec est de 200 000 t/an.
La SIPH exploite, en 2023, 58 991 hectares plantés d’hévéas avec une production de 83 208 t de caoutchouc avec de plus des achats auprès de planteurs indépendants ce qui donne une production totale de 360 768 t, à 72 % en Côte d’Ivoire, 19,6 % au Ghana, 7,1 % au Nigeria, 1,3 % au Liberia.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs, sur un total de 9,509 millions de t :

en milliers de t
Thaïlande	2 724	Vietnam	507
Côte d’Ivoire	1 871	Laos	282
Indonésie	1 754	Belgique	164
Cambodge	587	Philippines	152
Malaisie	579	Guatemala	139

Source : ITC

Les exportations thaïlandaises sont destinées à 39 % à la Chine, 13 % à la Malaisie, 8 % aux États-Unis, 8 % au Japon.

Principaux pays importateurs :

en milliers de t
Chine	2 731	Inde	482
Malaisie	1 003	Corée du Sud	281
États-Unis	843	Turquie	255
Vietnam	706	Allemagne	227
Japon	613	Indonésie	179

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 39 % de Thaïlande, 18 % de Côte d’ivoire, 10 % de Malaisie, 9 % du Vietnam.

Les importations de l’Union européenne proviennent, en 2018, à 31 % d’Indonésie, 20 % de Thaïlande, 19 % de Côte d’Ivoire, 13 % de Malaisie, 8 % du Vietnam, 2 % du Cameroun.

Caoutchoucs synthétiques

Productions, en 2020. Monde : 14,4 millions de t, Union européenne : 3,3 millions de t. Répartition de la production :

Chine	22 %	Japon	8 %
Union européenne	15 %	Taipei chinois	6 %
États-Unis	13 %	Inde	3 %
Corée du Sud	12 %	Singapour	2 %
Russie	11 %	Thaïlande	2 %

Source : IRSG

En 2016, la production chinoise est de 5,458 millions de t pour une capacité de production de 6,475 t/an constituée à 60 % par celle de SBR et BR.

La production de l’Union européenne, est, en 2022, de 1,243 million de t de polyisoprène synthétique (IR) dont 643 582 t en Allemagne, 150 425 t en Finlande, 103 244 t en Italie, 107 248 t, en 2016, en France, 20 681 t en Pologne, en 2021 et de 1,743 million de t d’autres caoutchoucs synthétiques dont 388 680 t en Allemagne, 332 002 t en France, 309 922 t en Italie, 248 044 t en République tchèque, 259 094 t en Pologne, en 2021, 212 450 t, en 2016, aux Pays Bas, 109 863 t en Espagne, en 2021.
La production de SAN est de 175 025 t dont 108 094 t en Allemagne, 27 750 t, en Hongrie, en 2021, 21 493 t en Italie, en 2021 et celle d’ABS, de 985 079 t dont 396 988 t en Italie, 82 495 t en Allemagne, 73 999 t en Espagne, 22 895 t en Hongrie.

La production du Japon est, en 2017, de 1,621 million de t dont, en 2016, 456 400 t de SBR et 288 600 t de BR. Celle de la Corée du Sud, en 2017, de 504 000 t de SBR et 420 000 t de BR.

Productions par type de caoutchouc synthétique : en 2018, répartition selon les capacités de production sur un total de 20,42 millions de t.

SBR	33 %	IIR	10 %
BR	22 %	IR	4 %
SBC	14 %	NBR	4 %
EPDM	11 %	CR	2 %

Source : Rubber World octobre 2019

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs :

en milliers de t
Thaïlande	1 854	Vietnam	687
Corée du Sud	1 746	Japon	617
Chine	914	Malaisie	511
États-Unis	897	Taipei chinois	509
Allemagne	694	Belgique	484

Source : ITC

Les exportations thaïlandaises sont destinées à 89 % à la Chine.

Principaux pays importateurs :

en milliers de t
Chine	5 221	Belgique	436
Thaïlande	635	Turquie	420
Malaisie	544	Allemagne	411
Inde	538	Vietnam	365
États-Unis	535	Indonésie	310

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 33 % de Thaïlande, 28 % du Vietnam, 9 % de Russie, 7 % de Malaisie.

Principaux producteurs : en 2015, de SBR, BR, SBC, NBR, CR, EPDM, IR et IIR.

en milliers t de capacités annuelles de production
Arlanxeo (Pays Bas)	2 051	ExxonMobil (États-Unis)	736
Sinopec (Chine)	1 740	Goodyear (États-Unis)	725
Kumho (Corée du Sud)	1 301	Japan Synthetic Rubber	695
Petrochina (Chine)	1 276	Nizhnekamskneftekhim (Russie)	692
Taiwan Synthetic Rubber Corp.	739	Sibur (Russie)	576

Source :57th AMG, IISRP

Arlanxeo (Pays Bas) après avoir été une joint venture 50/50 entre Lanxess (Allemagne) et Saudi Aramco (Arabie Saoudite), créée en avril 2016, est depuis fin 2018, propriété de Saudi Aramco qui a acheté les parts de Lanxess. Elle produit : plus de 1 million de t/an de SBR, 400 000 t/an de BR, 450 000 t/an de EPDM, 130 000 t/an de NBR et HNBR, plus de 70 000 t/an de CR.
- du caoutchouc butyl (IIR) à Sarnia, Ontario, au Canada avec 140 000 t/an, Zwijndrecht en Belgique avec 140 000 t/an et Singapour avec 100 000 t/an.
- du BR et du SBR, à Port Jérôme, en France, à Orange, Texas, aux États-Unis, à Dormagen, en Allemagne, à Cabo de Santo Agostinho, Triunfo et Duque de Caxias, au Brésil, à Singapour avec 140 000 t/an de Nd-BR.
- du NBR, en France, à La Wantzenau (67), ainsi que du NBR carboxylé et, en Chine, à Nantong avec 30 000 t/an, dans une joint venture avec TSRC.
- de l’EPDM à Geleen aux Pays Bas, à Changzhou, en Chine, à Rabigh, en Arabie Saoudite et à Triunfo au Brésil.
- du CR à Dormagen en Allemagne, avec 70 000 t/an.

Kumho Petrochemical (Corée du Sud) a produit, en 2018, 1,509 million de t de caoutchoucs synthétiques avec :
- du BR, avec 338 000 t/an, à Yeosu, en Corée du Sud,
- du NBR, avec 87 000 t/an et du HNBR, avec 10 000 t/an à Ulsan, en Corée du Sud,
- du SBR, avec 384 000 t/an à Ulsan,
- du SBS, avec 70 000 t/an à Yeosu,
- de l’ABS, avec 250 000 t/an à Ulsan
- du SAN, avec 173 000 t/an.

Sinopec (Chine) a produit, en 2021, 1,252 million de t de caoutchoucs synthétiques avec 10 000 t/an de caoutchouc butyl (IIR), 360 000 t/an de SBR, 360 000 t/an de BR, 270 000 t/an de SBS.
Petrochina a produit, en 2021, 1,044 million de t de caoutchoucs synthétiques.
Taiwan Synthetic Rubber Corp. (TSRC), produit du SBR, du BR, du NBR, du SBS, du SIS, avec une capacité totale de 565 767 t/an et des ventes, en 2021, de 545 000 t.
- Produit du SBR, à Kaohsiung, à Taïwan, avec 130 000 t/an et à Nantong, en Chine, avec une joint venture entre TSRC, 65,44 %, Marubeni (Japon), 22,56 % et Nantong Petrochemical Corp., 12 % possédant une capacité de production de 180 000 t/an. En Inde, une joint venture entre TSRC avec 50 %, Indian Oil Corp et Marubeni (Japon) possède une capacité de 120 000 t/an de SBR.
- Produit du BR, à Kaohsiung, à Taïwan, avec 60 000 t/an, à Tambol, en Thaïlande, dans une joint venture entre TSRC, 13 %, UBE Industries (Japon), 74 % et Marubeni (Japon), 13 %, avec 72 000 t/an, à Nantong, en Chine, dans une joint venture entre TSRC, 55 %, UBE Industries, 25 %, Marubeni, 20 %, avec 72 000 t/an. Produit du NBR, à Nantong, Chine, avec une joint venture 50/50 avec Arlanxeo et 30 000 t/an.
- Produit du SBS et du SIS avec l’acquisition, en avril 2011, de la société Dexco qui possède aux États-Unis, à Plaquemine, en Louisiane, des capacités de production de 32 000 t/an de SIS et 30 000 t/an de SBS. A Nantong, en Chine, possède une ligne de production de SIS de 25 000 t/an et de SEBS de 35 000 t/an et à Kaohsiung, à Taïwan, une capacité de production de SBS et SEBS de 29 000 t/an.
ExxonMobil Chemical (États-Unis) produit du caoutchouc butyl (IIR) aux États-Unis, à Bayton, Texas et Baton Rouge, Louisiane, en France, à Notre Dame de Gravenchon, au Royaume Uni, à Fawley, au Japon, en association 50/50 avec JSR (Japan Synthetic Rubber Corporation) dans Japan Butyl Co., à Kawasaki avec 98 000 t/an d’IIR et à Kashima avec 80 000 t/an de caoutchouc butyl halogéné, en Arabie Saoudite, en association avec Sabic, à Kemya, avec 400 000 t/an et à Singapour, dans l’ile de Jurang, avec une production de 140 000 t/an.
Goodyear (États-Unis), produit de l’IR, du SBR et divers autres caoutchoucs synthétiques aux États-Unis, au Texas, à Beaumont et Houston.
Japan Synthetic Rubber (JSR), produit au Japon, du SBR, avec 255 000 t/an et du S-SBR avec 60 000 t/an à Yokkaichi , du BR, à Chiba avec 72 000 t/an, de l’IR à Kashima avec 41 000 t/an, de l’ABS, à Yokkaichi avec 250 000 t/an, ainsi que du S-SBR, en Thaïlande au travers d’une joint venture avec 51 % des parts, à Map Ta Phut et 100 000 t/an. Produit du IIR dans une joint venture, Japan Butyl Co., 50/50 avec ExxonMobil, à Kawasaki avec 98 000 t/an et du caoutchouc butyl halogéné à Kashima avec 80 000 t/an. Produit, depuis 2019, du S-SBR, en Hongrie, avec une capacité de 60 000 t/an.
Nizhnekamskneftekhim (NKNH, Russie), société du groupe TAIF, a produit, en 2018, à Niznekamsk, au Tatarstan, 716 000 t de caoutchoucs synthétiques. Principal producteur mondial de polyisoprène (IR) avec avec une capacité de 333 000 t/an soit 37,8 % du marché mondial, produit également du caoutchouc butyl avec 16,3 % du marché mondial, du BR avec 4,7 % du marché mondial et de l’ABS.
Sibur (Russie), produit, en Russie, à Togliatti avec 82 000 t/an d’IR, 65 000 t/an d’IIR, 60 000 t/an de E-SBR, à Voronezh avec 121 000 t/an de BR, 106 800 t/an de SBR, 85 000 t/an de SBS, à Krasnoyarsk, avec 74,99 % d’une joint venture avec Sinopec, 42 500 t/an de NBR. En 2020, la production de caoutchoucs synthétiques a été de 337 000 t avec une capacité de production de 418 800 t/an.
Versalis, filiale du groupe italien ENI, produit du SBR en émulsion à Ravenne, en Italie, avec 120 000 t/an. Produit également du BR, NBR, SBS, SIS, SEBS, ABS et SAN.
Zeon Corporation (Japon) produit de l’IIR à Tokuyama, avec 65 000 t/an, des NBR et HNBR, au Japon à Tokuyama, Takaoka, Kawasaki avec 64 500 t/an, aux États-Unis à Louisville, Kentucky, Hattiesburg, Mississippi et Bayport, Texas avec 20 000 t/an, des ESBR et SSBR au Japon à Takuyama avec 135 000 t/an et à Singapour avec 70 000 t/an, de l’IR au Japon à Mizushima avec 40 000 t/an.
Trinseo (Allemagne), société issue, en 2010, du groupe Dow Chemical, produit du SBR avec une capacité de production de 150 000 t/an et du BR à Schkopau, en Allemagne et de l’ABS et du SAN. En mai 2021, cette activité a été vendue au groupe polonais Synthos.
Cenway (Chine) produit à Zhejiang Jiaxing Port et Panjin, 200 000 t/an de caoutchouc butyl (IIR).
Michelin produit du SBR et divers autres caoutchoucs synthétiques à Bassens (33), en France, avec 200 000 t/an et à Louisville, Kentucky, aux États-Unis, avec 34 000 t/an.
Bridgestone (Japon) produit des caoutchoucs synthétiques au États-Unis à Lake Charles, en Louisiane, à Orange, au Texas et en Chine à Huizhou (50 000 t/an de SBR).
Ineos Styrolution (Allemagne) société du groupe Ineos produit de l’ABS, SAN, SBC et divers copolymères styréniques en Allemagne à Ludwigshafen et Cologne, en Belgique à Anvers, en Corée du Sud à Ulsan, en Thaïlande à Map Ta Phut, en Inde à Vadodara, au Mexique à Altamira. Dans le monde, Styrolution est n°3 avec une capacité de production de 614 000 t/an d’ABS standard soit 11 % des capacités mondiales, après LG Chem, 14 % et Chi Mei 13 %. En Europe de l’Ouest, la part de Styrolution dans la production d’ABS est de 49,7 %, à côté de Trinseo, 23,1 % et Elix Polymers 20,8 %.
Dynasol (Espagne) joint venture 50/50 du groupe espagnol Repsol avec le groupe mexicain Kuo, produit 115 000 t/an de caoutchouc synthétique SBR dont 55 000 t au Mexique et 69 000 t/an de dérivés styréniques, SBS et SEBS, dans les usines de Santander, en Espagne, Altamira, au Mexique et Liaoning, en Chine, joint venture entre Dynasol et le groupe chinois Xing’an, avec 110 000 t/an de SBR et 30 000 t/an de NBR.
Chi Mei (Taipei chinois), produit du SBR, BR, HBR, ABS (2,1 millions de t/an) et SAN.
Sabic (Arabie Saoudite), produit du BR, de l’EPDM, de l’ABS et du SAN, à Al-Jubail en Arabie Saoudite.

Situation française

La production, en 2016, est de 107 248 t de caoutchouc IR, et en 2022, de 332 002 t d’autres caoutchoucs synthétiques.

Exportations : en 2024.

Caoutchouc naturel : 21 097 t vers l’Allemagne à 26 %, l’Italie à 25 %, l’Espagne à 24 %, la Pologne à 6 %.
IR : 35 t à 43 % vers l’Allemagne, 22 % l’Italie, 16 % la Belgique, 12 % vers l’Espagne.
IIR : 400 t à 96 % vers la Belgique, 2 % vers l’Espagne.
IIR halogénés : 1 419 t vers la Belgique à 76 %, les Pays Bas à 20 %.
SBR : 102 904 t vers les États-Unis à 18 %, l’Espagne à 15 %, la Chine à 8 %, l’Italie à 7 %, la Pologne à 5 %.
BR : 57 305 t vers les Pays Bas à 23 %, la Belgique à 15 %, l’Espagne à 13 %, l’Inde à 12 %, l’Italie à 7 %.
NBR : 55 285 t vers les États-Unis à 16 %, l’Allemagne à 8 %, la Chine à 5 %, le Japon à 5 %.
EPDM : 14 163 t vers la Pologne à 67 %, la Roumanie à 14 %, le Maroc à 14 %.
ABS : 23 961 t vers l’Italie à 26 %, l’Allemagne à 13 %, l’Irlande à 12 %, la Pologne à 10 %, la Turquie à 8 %.
SAN : 676 t vers le Luxembourg à 22 %, la république tchèque à 19 %, l’Espagne à 12 %, la Belgique à 12 %, la Tunisie à 8 %.

Importations : en 2024.

Caoutchouc naturel : 99 089 t de Thaïlande à 41 %, d’Indonésie à 17 %, de Côte d’Ivoire à 12 %, de Malaisie à 8 %.
IR : 1 892 t des États-Unis à 61 %, d’Allemagne à 20 %, de Taipei chinois à 6 %, de Lituanie à 5 %.
IIR : 1 757 t de Belgique à 69 %, d’Allemagne à 11 %, d’Italie à 8 %, de Chine à 5 %.
IIR halogénés : 9 035 t de Belgique à 30 %, des Pays Bas à 25 %, du Royaume Uni à 23 %, d’Allemagne à 9 %, des États-Unis à 7 %.
SBR : 44 679 t des États-Unis à 19 %, de Belgique à 14 %, d’Allemagne à 13 %, d’Indonésie à 7 %.
BR : 37 922 t des États-Unis à 39 %, d’Allemagne à 16 %, de République tchèque à 8 %, de Thaïlande à 7 %.
NBR : 4 709 t de Corée du Sud à 32 %, du Japon à 20 %, d’Italie à 16 %, d’Allemagne à 6 %.
EPDM : 26 901 t des Pays Bas à 34 %, des États-Unis à 26 %, de Corée du Sud à 12 %, d’Italie à 8 %, d’Allemagne à 7 %.
ABS : 27 971 t de Corée du Sud à 18 %, des Pays Bas à 15 %, d’Allemagne à 14 %, de Belgique à 14 %, de Taipei chinois à 10 %.
SAN : 3 973 t d’Allemagne à 43 %, des Pays Bas à 30 %, de Belgique : 10 %, d’Espagne à 3 %.

La consommation a été, en 2020, de 268 000 t dont 87 000 t de caoutchouc naturel et 181 000 t de caoutchouc synthétique.

Producteurs de caoutchoucs synthétiques :

ExxonMobil Chemical produit du caoutchouc butyl (IIR) à Notre Dame de Gravenchon.
Michelin produit du SBR et du BR, 200 000 t/an, à Bassens (33).
Arlanxeo produit du NBR à La Wantzenau (67) et du BR et du SBR à Port Jérôme (76).

Industrie de transformation du caoutchouc :

La production de pneumatiques et de caoutchoucs industriels a été, en 2019, de 645 000 t, avec 330 000 t de pneumatiques (à 57 % pour les véhicules de tourisme) et 315 000 t de caoutchoucs industriels.

Producteurs de pneumatiques, en nombre d’usines.

Michelin	10		Bridgestone	3
Goodyear-Dunlop	3		Continental	3

Source : ETRMA

En 2020, les importations de pneus ont été de 2,9 milliards d’euros, les exportations de 2,1 milliards d’euros.

Producteurs de caoutchoucs industriels, d’après le chiffre d’affaires 2019.

en millions d’euros
Hutchinson, en 2018	1 540	Trelleborg Industries	120
Cooper Standard	180	Freudenberg	80
West Pharmaceutical	170	Vibracoustic	80
Aptar / Stelmi	160	Contitech Anoflex	80

Source : SNCP

Utilisations

Consommations

La consommation mondiale a été, au total, en 2020, de 27,07 millions de t, 47,0 % de caoutchouc naturel, 53,0 % de caoutchouc synthétique.

Caoutchouc naturel : en 2018, en milliers de t. Monde : 13 766. Répartition de la consommation :

Chine	38 %	États-Unis	7 %
Union européenne	9 %	Japon	5 %
Inde	8 %	Thaïlande	5 %

Source : ETRMA

En 2020, la consommation mondiale est de 12,313 millions de t réalisée à 41 % en Chine.

Caoutchoucs synthétiques : en 2018, en milliers de t. Monde : 15 427, répartition de la consommation :

Chine	28 %	Japon	6 %
Union européenne	17 %	Inde	5 %
États-Unis	12 %

Source Zeon

Principaux pays transformateurs de caoutchouc, en 2020. Monde : 26,925 millions de t, Union européenne : 3,132 millions de t.

en milliers de t
Chine	9 786		Inde	1 619
États-Unis	2 377		Japon	1 266

Source : SNCP

Formulation

Sauf pour le caoutchouc naturel destiné à l’élaboration de gants ou de préservatifs, pour être utilisés, les élastomères doivent être formulés à l’aide de nombreux ajouts, la proportion en poids, de polymère étant comprise entre 20 et 40 %. Les ajouts sont les suivants :

charge, par exemple de noir de carbone qui joue également un rôle de pigment, de stabilisant, de renforcement des propriétés mécaniques,
plastifiants,
agents vulcanisants : soufre, peroxydes organiques,
accélérateurs de vulcanisation,
additifs divers pour faciliter la mise en œuvre, protéger du dioxygène, de l’ozone, de la chaleur, des rayonnements UV…

Exemple d’ajouts à 100 kg de SBR : 50 kg de noir de carbone comme renforcement, 15 kg d’huile comme plastifiant, 1,5 kg de soufre, 1,5 kg de sulfénamide, 500 g de thiurame, 500 g d’oxyde de zinc, 200 g d’acide stéarique, comme agents de vulcanisation, 200 g d’antioxygène, 200 g d’antiozone.

Exemple de composition d’un pneu type :

Caoutchouc naturel : 24 %
Caoutchouc synthétique : 22 %
Noir de carbone et silice : 25 %
Câbles textiles et métalliques : 18 %
Produits chimiques : 11 %

Utilisations par types de caoutchouc

Caoutchouc butyl (IIR) : ils sont particulièrement imperméables à l’air et en conséquence, 80 % de la production va à la confection de chambres à air et de vessies de vulcanisation des pneumatiques. Le reste va à l’étanchéité, l’amortissement (automobile), la santé (bouchons pharmaceutiques) et l’alimentaire (chewing-gum). Les halobutyls, chloré ou bromé, possèdent les mêmes propriétés d’imperméabilité à l’air mais de plus ils sont facilement covulcanisables avec le caoutchouc naturel et les SBR qui constituent le corps des pneumatiques. Ainsi leur principale utilisation est dans les pneus « sans chambres » où ils assurent l’étanchéité.
BR : utilisé à plus de 70 % dans les pneumatiques, pour la bande de roulement et les flancs, à 25 % comme modificateur du polystyrène et des ABS où il entre à environ 7 %. Employé également, avec 20 000 t/an, dans le cœur des balles de golf.
NBR et HNBR : particulièrement résistants à la chaleur, aux huiles, à l’essence et aux produits chimiques, ils sont utilisés dans le transport de ces fluides (tuyaux…). L’hydrogénation accroît la résistance à la chaleur et à l’action de l’ozone.
SBR : 70 % des SBR va aux pneumatiques et le reste aux semelles, talons, matelas, articles de sport, tuyaux, tapis, courroies, joints, colles…
Latex styrène-butadiène carboxylés : 70 % vont au couchage du papier et 30 % aux liants pour envers de tapis.
SBC : ils sont souvent utilisés pour modifier les propriétés d’autres polymères.
ABS : 35 % de la production est consommée par l’industrie automobile (concurrencé par le polypropylène), 17 % par l’électroménager, 8 % par les télécommunications et 6 % par l’électronique grand public.
Il y a en moyenne 9 à 10 kg d’ABS par automobile produite actuellement en Europe. On le trouve dans les tableaux de bord (aspect mat, résistance à la chaleur), dans les grilles de radiateur (résistance à la chaleur et aux chocs), éléments du système de chauffage, poignées de portes, les grilles de calandre éventuellement chromées, les rétroviseurs, les boîtiers de phares arrières…
On trouve de l’ABS dans les réfrigérateurs (pièces frontales), les machines à coudre, aspirateurs, robots de cuisine… On le trouve aussi dans des appareils tels que les tondeuses, les perceuses, ponceuses, meuleuses (rigidité, tenue à la chaleur, couleur). Les boîtiers d’ordinateur, les claviers, les souris, les machines à calculer sont en ABS, en particulier pour les propriétés de résistance à la rayure et pour l’aspect.
Ses propriétés d’incassabilité et d’inaltérabilité en font un matériau de choix pour l’industrie du jouet de qualité. On le retrouve aussi dans l’industrie des accessoires de sport (skis, bateaux, casques de sport, feuilles extrudées pour planches à voiles…).
Il tend enfin à remplacer le PVC pour la fabrication des cartes à puces (moulage de la cavité facilité) et s’impose dans les domaines ou l’aspect et l’esthétique sont importants (emballages des cosmétiques…).

Par types d’utilisation

Pneumatiques : 75 % de la production de caoutchouc naturel est destinée à la fabrication de pneumatiques. Par exemple, pour le groupe Michelin qui consomme 10 % de la production mondiale de caoutchouc naturel, soit environ 1 million de t/an, la surface plantée en hévéas correspond à 750 000 ha.

Les pneumatiques utilisent des caoutchoucs naturels et comme caoutchoucs synthétiques les BR, SBR et IIR.

Un pneumatique pour véhicule de tourisme contient environ 18 % de caoutchouc naturel soit 1,35 kg, pour un poids lourd, 40 % (22,5 kg), pour un engin agricole ou de travaux publics, 95 % (jusqu’à 1 t), pour un avion, 100 %.

Dans l’Union européenne, en 2020, la production de pneumatiques a été de 4,24 millions de t.

Producteurs, classés selon leur chiffre d’affaires 2020, dans le monde.

en millions de $
Michelin (France)	19 908	Hancook (Corée du Sud)	4 605
Bridgestone (Japon)	18 012	Pirelli (Italie)	4 244
Goodyear (États-Unis)	9 930	Yokohama (Japon)	3 775
Continental (Allemagne)	8 600	Zhongce (Chine)	3 382
Sumitomo (Japon)	5 528	Maxxis (Taipei chinois)	3 289

Source : ETRMA

Récupération des pneumatiques en fin de vie :

En 2016, dans l’Union européenne, 3,515 millions de t de pneumatiques ont été en fin de vie. L’exportation et la réutilisation ont concerné 9,5 % de l’ensemble, le rechapage 6,5 %, la récupération des matériaux contenus 49,7 %, la récupération d’énergie lors de leur combustion 28,4 % et la mise en décharge 4,6 %. Les matériaux qui ont été récupérés ont été réutilisés à 80 % dans la fabrication de matériaux en caoutchouc, 18 % dans le génie civil, le reste dans la protection de quai, la fabrication de tapis, dans les fonderies. Les pneumatiques brûlés l’ont été à 92 % dans des cimenteries (1 t de pneumatiques fournit autant d’énergie qu’une tonne de charbon ou 750 kg de fuel).
A côté de la récupération annuelle, le stock historique est, dans l’Union européenne, estimé à 5,5 millions de t.

En France, la société Aliapur, gère près de 80 % des pneus usagés. En 2021, elle a collecté 388 109 t de pneus équivalent à 49,2 millions de pneus de tourisme, destinées à 49,7 % à la production d’énergie, à 50,3 % à la récupération de matière, dont 14,8 % au rechapage ou au marché de l’occasion.

Caoutchoucs industriels :

Dans l’Union européenne, en 2020, la production de caoutchouc industriels a été de 2,3 millions de t. Les exportations de 500 000 t, les importations de 800 000 t. Productions des principaux pays de l’Union européenne, en 2020.

en milliers de t
Allemagne	690		Italie	183
France	262		Espagne	180

Source : ETRMA

Producteurs mondiaux, classés selon leur chiffre d’affaires 2020.

en millions de $
Freudenberg (Allemagne)	6 030	Bridgestone (Japon)	3 370
Continental (Allemagne)	5 570	Parker Hannifin (États-Unis)	3 290
Hutchinson (France)	4 310	NOK (États-Unis)	2 970
Sumitomo (Japon)	4 040	Gates (États-Unis)	2,790

Source : ETRMA

Bibliographie

Syndicat national du caoutchouc et des polymères, 60 rue Auber, 94408 Vitry-sur-Seine Cedex.
International Rubber Study Group, 111 North brigge road, #23-01/06 peninsula Plaza, Singapour, 179098.
Association of Natural Rubber Producing Countries (ANRPC), 7th Floor, Bangunan Getah Asli (Menara) 148, Jalan Ampang, 50450 Kuala Lumpur, Malaisie.
International Institute of Synthetic Rubber Producers, 3535 Briarpark Dr, Suite # 250, Houston, Texas, 77042 États-Unis.
European Tyre & Rubber Manufacturers Association (ETRMA), Avenue des Arts, 2 box 12, B-1210 Bruxelles, Belgique.
Aliapur, 71 cours Albert Thomas, 69003 Lyon.
Rubber World.
Y. de Zélicourt, « Caoutchoucs : méthodes d’obtention et propriétés », Techniques de l’Ingénieur, janvier 2015.
Fascicule Bayer « Bayer et le caoutchouc… une déjà longue histoire. »
« Une usine à caoutchouc naturel : L’hévéa », La recherche, n°276, mai 95, vol. 26.
Primo Levi, « Si c’est un homme », 10/18.

Archives

Propylène

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule	Géométrie	Masse molaire	Moment dipolaire
C₃H₆		42,08 g.mol^-1	0,366 D

Données physiques

Masse volumique	Température de fusion	Température d’ébullition	Température critique	Pression critique	Limites d’explosivité dans l’air, en volume	Température d’autoinflammation	Solubilité dans l’eau
gazeux, 15°C, 101,3 kPa : 1,81.10^-3g.cm^-3	-185,2°C	-47,7°C	91,75°C	4 594 kPa	1,8 % – 11,2 %	485°C	à 20°C 384 mg.L^-1

Données industrielles

Matières premières

Principalement le pétrole ou le charbon en Chine.

Fabrication industrielle

Le propylène (ou propène) est obtenu principalement comme co-produit selon deux voies :

Par vapocraquage des hydrocarbures (voir ce chapitre) en même temps que l’éthylène (voir ce chapitre). En fonction de la charge utilisée et des conditions opératoires, la proportion de propylène produit varie (voir le chapitre vapocraquage). Pour une production de 100 kg d’éthylène, on produit 1,7 kg de propylène si la charge est de l’éthane, 35 kg si la charge est du gaz de pétrole liquéfié (GPL), 46 kg si la charge est du naphta et 52 kg si la charge est du gazole. Avec le développement aux États-Unis de la production de gaz de schiste, riche en éthane qui alimente les vapocraqueurs, dans ce pays, le vapocraquage produit de moins en moins de propylène. En 2013, les vapocraqueurs des États-Unis ont utilisé 58 % d’éthane, 28 % de propane, 5 % de butane, 7 % de naphta et 2 % de gasoil. En 2015, en Arabie Saoudite, les vapocraqueurs ont utilisé à 62 % de l’éthane, 25 % du propane, 10,8 % du naphta, 1,4 % du butane. En Europe (Union européenne à 15 + Norvège, Hongrie et Slovaquie), les vapocraqueurs ont utilisés, en 2020, 67,7 % de naphta, 20,7 % de butane et propane, 4,8 % d’éthane, 3,1 % de gasoil, 3,8 % de charges diverses.
Le ratio de production propylène/éthylène des vapocraqueurs d’Europe de l’Ouest (UE à 15 + Norvège et Turquie), en 2016 est de 0,509, il est de 0,35, dans le monde.
Par craquage catalytique dans les raffineries (FCC : Fluid Catalytic Cracking). Dans ce cas, le propylène est co-produit de la production de carburant.

On dispose d’autres voies de préparation par :

Déshydrogénation du propane (PDH : Propane DeHydrogenation), entre 500 et 700°C, selon la réaction :

C₃H₈ = CH₂CH₃CH + H₂

Réaction de métathèse entre l’éthylène et le 2-butène, en présence d’un catalyseur d’oxyde de tungstène (WO₃) sur silice et d’oxyde de magnésium. Le catalyseur est régénéré tous les 30 jours.
La production de propylène, à partir de méthanol (MTP : Methanol-To-Propylene) commence à se développer, particulièrement en Chine, dans ce pays le méthanol étant en grande partie produit à partir du charbon. C’est le cas également en Afrique du Sud. Dans un pré-réacteur, le méthanol est converti en diméthyléther et eau en présence d’un catalyseur en alumine gamma, puis transformé en oléfines et eau en présence d’une zéolithe ZSM-5 comme catalyseur.

En 2018, le vapocraquage fournit 46 % de la production mondiale, le craquage catalytique 32 %, la déshydrogénation du propane 11,4 %, la réaction de métathèse 3,5 % et la production à partir de méthanol 7,1 %. Aux États-Unis, le propylène provient à 70 % du craquage catalytique et à 26 % du vapocraquage. En Chine, en 2016, la part du craquage catalytique est de 36 %, celle du vapocraquage de 28 %, celle du charbon via le méthanol de 21 %, celle du propane et butane de 13 %. En Europe de l’Ouest (UE à 15 + Norvège, Hongrie et Slovaquie), la part du vapocraquage est, en 2020, de 71,8 %

Commercialisation et transport :

Le propylène est commercialisé sous deux grades :

Supérieur à 99,5 %, destiné à la polymérisation.
Compris entre 90 et 96 %, destiné aux autres applications chimiques.

Le propylène est livré comprimé sous sa propre pression de vapeur saturante (t_éb : – 47,72°C) et il est le plus souvent transporté par voie de chemin de fer, par voie fluviale ou maritime. Le plus souvent, sa transformation est effectuée sur les lieux de production.

Productions

Monde, en 2016 : 100 millions de t, Union européenne, en 2023 : 9,094 millions de t.

en milliers de t
Chine, en 2016	25 400	Taipei chinois, en 2018	3 486
États-Unis, en 2019	15 605	Allemagne, en 2022	3 062
Corée du Sud, en 2018	8 442	Thaïlande, en 2018	3 038
Japon, en 2018	5 170	France, en 2023	1 248
Inde, en 2020-21	5 777	Pays Bas, en 2023	1 266

Sources : Eurostat et APIC

Les capacités de production mondiales sont, en 2018, de 120 millions de t/an.

Productions, en 2023, de quelques autres pays de l’Union européenne : Espagne : 978 719 t, Belgique : 846 872 t, Italie : 593 763 t, en 2022, Pologne : 427 843 t, en 2020, Finlande : 199 636 t, Hongrie : 304 935 t, en 2022, Roumanie : 213 413 t, Slovaquie : 144 437 t, Portugal : 164 733 t, en 2021, Suède : 77 023 t, en 2022, Lituanie : 38 335 t, Croatie : 15 973 t.

Commerce international : en 2023.

Principaux pays exportateurs, sur un total de 6,567 millions de t en 2022 :

en milliers de t
Corée du Sud	1 589	Allemagne	249
Pays Bas	803	Espagne	213
Japon	621	Malaisie	208
États-Unis	532	Belgique	197
Taipei chinois	278	Italie	169

Source : ITC

Les exportations de la Corée du Sud sont destinées à 87 % à la Chine, 8 % à Taipei chinois.

Principaux pays importateurs :

en milliers de t
Chine	2 388	Colombie	311
Allemagne	559	Taipei chinois	211
Belgique	510	Indonésie	170
Pays Bas	357	Mexique	148
France	322	Pologne	124

Source : ITC

Les importations chinoise proviennent à 61 % de Corée du Sud, 19 % du Japon, 13 % de Taipei chinois.

Producteurs :

Les principaux producteurs sont les principaux producteurs d’éthylène, voir ce chapitre. On peut citer : Sinopec (9,48 millions de t en 2017), ExxonMobil, Shell, Dow, CNPC (5,12 millions de t, en 2016), Lyondellbasell (5,25 millions de t/an, en 2021), Sabic, Formosa Plastics Corporation (2,662 millions de t/an), TotalEnergies, BASF (2,610 millions de t/an, en 2019), Ineos (1,676 million de t/an, en 2021), Chevron Phillips (1,442 million de t/an, en 2021)…

LyondellBasell, possède, en 2021, une capacité de production de 5,25 millions de t/an avec 2,5 millions de t/an aux États-Unis, au Texas, à Channelview, Corpus Christi et La Porte ainsi qu’à Clinton dans l’Iowa. En Europe, les unités de production sont situées en Allemagne à Münchsmünster et Wesseling ainsi qu’en France à Berre l’Étang. Par ailleurs, possède des participations de 25 % dans des joint-ventures en Arabie Saoudite à Al Jubail avec une part de 305 000 t/an et de 29 %, en Thaïlande avec une part de 85 000 t/an.
Shell, produit du propylène au Canada à Sarnia, aux États-Unis à Deer Park au Texas et Norco en Louisiane, à Singapour à Pulau Bukom avec 540 000 t/an et à Jurong Island, en Allemagne à Karlsruhe avec 32,5 % de participation dans une joint-venture, à Schwedt avec 37,5 % de participation et à Wesseling, aux Pays Bas à Moerdijk avec 500 000 t/an et Pernis avec 280 000 t/an, en Chine à Nanhai avec 50 % de participation et une capacité de production de 500 000 t/an, au Japon à Kawasaki avec 50,1 % de participation, à Yamaguchi avec 38 % de participation, à Yokkaichi avec 75 % de participation, en Malaisie à Port Dickson avec 51 % de participation.
BASF, produit du propylène à Anvers, en Belgique avec 650 000 t/an, à Ludwigshafen, en Allemagne avec 350 000 t/an, en association 50/50 avec Sinopec, à Nanjing, en Chine avec 370 000 t/an, en association 60/40 avec Total, à Port Arthur, au Texas, aux États-Unis avec 890 000 t/an, en association 51/49 avec Sonatrach, à Tarragone, en Espagne avec 350 000 t/an.
Chevron Phillips avec une capacité de production, en 2021, de 1,442 million de t/an produit du propylène aux États-Unis, au Texas, à Baytown, avec 465 000 t/an, Port Arthur avec 350 000 t/an et Sweeny avec 395 000 t/an, ainsi qu’au travers de joint ventures (à 50 et 35 %) à Al Jubail en Arabie Saoudite, avec 230 000 t/an.
TotalEnergies produit du propylène :
- par vapocraquage, en France, à Gonfreville, en Belgique, à Anvers, aux États-Unis, à Port Arthur, au Texas, en association 40/60 avec BASF, avec 500 000 t/an, en Corée du Sud, à Daesan, en association 50/50 avec Hanwha avec 865 000 t/an et en Arabie Saoudite, à Al Jubail, en association 37,5/62,5 avec Saudi Aramco, dans SATORP, avec 200 000 t/an. A en projet, à Arzew, en Algérie, pour 2022, en association 49 %/51 %, avec la Sonatrach dans STEP, la construction d’une usine de production de 650 000 t/an, par déhydrogénation du propane afin de produire du polypropylène.
- par craquage catalytique dans ses raffineries, avec, par exemple, une capacité de production de 455 000 t/an dans ses 5 raffineries françaises.

Situation française

Production : 1,248 million de t, en 2023, dont 1,447 million de t, en 2021, par les vapocraqueurs.

Commerce extérieur : en 2024.

Les exportations étaient de 84 977 t avec comme principaux marchés à :

54 % la Belgique,
38 % les Pays Bas,
11 % l’Allemagne,
3 % l’Espagne.

Les importations s’élevaient à 347 129 t en provenance principalement à :

34 % d’Italie,
28 % d’Allemagne,
13 % de Serbie,
8 % de Libye,
7 % de Hongrie.

Producteurs et sites de production : en milliers de tonnes par an.

Production issue de vapocraqueurs :

NaphtaChimie, société commune 50/50 entre TotalEnergies et Ineos à Lavéra (13) : 500.
LyondellBasell à Berre (13) : 230.
ExxonMobil à Notre Dame de Gravenchon (76) : 300.
TotalEnergies à Gonfreville (76) : 260.
AP Feyzin, société commune entre TotalEnergies 57,5 % et Ineos 42,5 %, à Feyzin (69) : 180.
Versalis (Eni) à Mardyck (59) : 180.

Production issue de raffineries :

TotalEnergies avec un total de 455 000 t/an, à Gonfreville (76), Donges (44), Feyzin (69), Grandpuits (77), La Mède (13), avec 70 000 t/an.
ExxonMobil à Port Jérôme (76) et Fos sur Mer (13) avec 80 000 t/an.
Ineos, à Lavera (13), avec 50 000 t/an.

Utilisations

Il n’y a quasiment pas d’utilisation directe du propylène qui est transformé en divers produits, la principale transformation étant sa polymérisation sous forme de polypropylène (voir ce chapitre).

Consommations : dans le monde, en 2017 : 106 millions de t dont, en 2020, 14,036 millions de t en Europe de l’Ouest (UE à 15 + Norvège, Hongrie et Slovaquie).
Les consommations, en 2015, de la Chine sont de 26 millions de t, en 2018, de la Corée du Sud de 7,127 millions de t, du Japon de 4,730 millions de t, de Taipei chinois de 3,127 millions de t, de la Thaïlande de 2,923 millions de t. En 2020-21 la consommation indienne est de 5,767 millions de t.

Répartition de la consommation, en 2020.

Chine	33 %	Amériques	16 %
Autres pays d’Asie	26 %	Europe	14 %

Source : IHS Markit

Secteurs d’utilisation du propylène

En 2019, dans le monde (source S&P Global)

Secteurs d’utilisation du propylène, en 2019, dans le monde :

Polypropylène	68 %	Acrylonitrile	7 %
Oxyde de propylène	7 %	Cumène	5 %

Source : S&P Global

L’oxyde de propylène (CH₃C₂H₃O), avec une capacité mondiale de production de 11,21 millions de t/an en 2018, peut être synthétisé en passant par la chlorhydrine obtenue par l’addition sur le propylène d’une solution de dichlore en milieux aqueux chlorhydrique. Cette chlorhydrine est ensuite déshydrohalogénée en oxyde de propylène par une base. Ce procédé contribue, en 2018, à 30 % de la production d’oxyde de propylène. L’oxyde de propylène est utilisé comme précurseur dans la fabrication des polyuréthanes, dans les antigels, les résines polyesters insaturées, comme humectant en pharmacie, en cosmétique, dans les tensioactifs non ioniques. Enfin les éthers de propylène glycol, comme solvants, sont en passe de remplacer ceux d’éthylène glycol, du fait de leur moindre toxicité.
D’autres procédés l’utilisent l’époxidation du propylène ou le procédé HPPO développé par Dow et BASF et exploité par Solvay, BASF et Dow, à Anvers, en Belgique, depuis 2008, pour produire 300 000 t/an d’oxyde de propylène à partir de propylène et de peroxyde d’hydrogène sans coproduction de styrène ou d’alcool tertiobutylique, selon la réaction :

CH₂CH₃CH + H₂O₂ = CH₃C₂H₃O + H₂O

Le cumène (voir ce chapitre) obtenu par réaction du propylène avec le benzène est destiné à la fabrication du phénol et de l’acétone (voir ces chapitres).
Le propylène est la base de la production d’acrylonitrile destiné à la fabrication de fibres acryliques et des résines styréniques ABS et SAN, selon la réaction :

2 CH₂CH₃CH + 2 NH₃ + 3 O₂ = 2 CH₂CHCN + 6 H₂O

L’hydrolyse de l’acrylonitrile donne l’acide acrylique dont les esters donnent par polymérisation des surperabsorbants.

Autres utilisations :

L’oxydation ménagée du propylène par des catalyseurs aux molybdates permet de synthétiser l’acroléine (CH₂=CH-CHO) qui est le précurseur de la synthèse des acides aminés L et D méthionine. Ces derniers sont utilisés comme additif dans l’alimentation animale.
A la base de la fabrication des alcools oxo (2-éthyl hexane et n-butanol) et de l’alcool isopropylique.

Bibliographie

Perrin, Scharff, Chimie Industrielle tome 1, Masson, 1993.
Société Française de Chimie, division catalyse, fiche 34 dans l’Actualité Chimique.
« Propylene via metathesis« , Technology Economics, Intratec, 2013.
« Global supply and demand of petrochemical products relied on LPG as feedstock », Mitsubishi Chemical, mars 2017.
Petrochemicals Europe, CEFIC, Av Van Nieuwenhuyse 4, B-1160 Bruxelles, Belgique.
Ministère de la Transition Écologique et Solidaire, Datalab essentiel.
The Asia Petrochemical Industry Conference (APIC).

Archives

Oxyde d’éthylène, éthylèneglycol

Données industrielles

Présentation

L’oxyde d’éthylène (époxyéthane ou oxiranne) possède comme formule brute C₂H₄O. Il s’hydrolyse pour donner le monoéthylèneglycol (éthane-1,2-diol), ou MEG, de formule brute C₂H₆O₂. Par condensation, on obtient le diéthylèneglycol (DEG), le triéthylèneglycol (TEG) ou des polyoxyéthylènes (POE) polymères pouvant comporter plusieurs centaines d’unités monomériques que l’on rencontre aussi sous le nom de polyéthylèneglycol (PEG).

Fabrication industrielle

Oxyde d’éthylène : l’éthylène est partiellement oxydé par le dioxygène à une température comprise entre 220 et 280°C et sous une pression de 1 à 3 MPa selon la réaction suivante :

Δ_rH° = – 103,4 kJ/mol.

Les deux réactifs doivent avoir une pureté d’au moins 99,5 % et un catalyseur à base d’argent dispersé, avec une teneur de 7 à 20 %, sur de l’alumine alpha poreuse est nécessaire. La consommation d’argent pour cette utilisation a été, en 2018, de 171 t à 23 % en Chine, 18 % en Amérique du Nord, 17 % en Arabie Saoudite, 14 % dans les autres pays d’Asie de l’Est, 7 % dans les autres pays du Moyen-Orient, 7 % dans l’Union européenne. En 2016, une consommation maximale de 317 t avait été atteinte, avec un total de 5 048 t d’argent immobilisé, en 2015, dans les unités de production d’oxyde d’éthylène. La durée de vie du catalyseur est de 2 à 5 ans. Les principaux sous-produits formés sont le dioxyde de carbone et l’eau provenant de la combustion complète de l’éthylène :

C₂H₄ + 3 O₂ = 2 CO₂ + 2 H₂O

L’éthanal (CH₃CHO) constitue également une impureté du mélange final avec moins de 0,1 %. La sélectivité (rapport de l’éthylène transformé en oxyde sur le total de l’éthylène qui a réagi) est de 85 à 90 %. Afin d’accroître la sélectivité de 2,5 à 3 ppm de chloroéthane ou de 4 à 6 ppm de chlorure de vinyle sont ajoutés.

Le réacteur est constitué par des faisceaux de milliers de tubes de 6 à 15 m le longueur et de 20 à 50 mm de diamètre, renfermant le catalyseur, et refroidis vigoureusement, la réaction étant exothermique. La phase gazeuse obtenue, renferme de 1 à 2 % d’oxyde d’éthylène et environ 5 % de dioxyde de carbone. L’oxyde d’éthylène est récupéré par dissolution dans l’eau et transformé directement en glycols ou distillé pour obtenir le produit pur. Le dioxyde de carbone est éliminé par dissolution dans une solution aqueuse de carbonate de potassium et la phase gazeuse ainsi purifiée est recyclée.
Les capacités de production peuvent atteindre, par unité de production, plus de 400 000 t/an.

La fabrication de l’oxyde d’éthylène, représente, en 2016, 15 % de la consommation mondiale d’éthylène dans le monde, 11 % en Europe de l’Ouest, en 2015.

Monoéthylèneglycol : il s’obtient traditionnellement par hydrolyse de l’oxyde d’éthylène en présence d’un grand excès d’eau afin d’éviter la formation des polyéthylèneglycols :

La proportion de monoéthylèneglycol produite est de 90 à 92 % à côté de di et triéthylèneglycol. En général, les unités de production de monoéthylèneglycol et d’oxyde d’éthylène sont situées sur le même site et 56 % des capacités de production d’oxyde d’éthylène sont captives.

Shell a développé un procédé, « OMEGA« , consistant à faire réagir l’oxyde d’éthylène avec le dioxyde de carbone sous-produit afin de former du carbonate d’éthylène qui par hydrolyse donne 99 % de monoéthylèneglycol en quasi absence des autres éthylèneglycols. La production, par tonne d’éthylène, atteint ainsi 1,95 t de MEG au lieu de 1,55 à 1,70 t avec le procédé classique.

La société japonaise Ube, développe un procédé, exploité en Chine, consistant à produire du MEG à l’aide du gaz de synthèse obtenu à partir de charbon. Le monoxyde de carbone du gaz de synthèse réagit avec du nitrite de méthyle pour donner de l’oxalate de diméthyle (DMO) qui par hydrogénation avec le dihydrogène du gaz de synthèse donne du MEG et du méthanol. Le méthanol formé réagit avec le monoxyde d’azote formé lors de la synthèse du DMO pour donner du nitrite de méthyle. En 2017, en Chine, 20 usines fonctionnent selon ce procédé, représentant 40 % des capacités chinoises de production de MEG.

Polyéthylèneglycols : ils s’obtiennent par polyaddition sur l’oxyde d’éthylène :

Productions

Oxyde d’éthylène : en 2016, la production mondiale est de 30 millions de t avec 146 usines. Aux États-Unis, en 2018, la production est de 2,92 millions de t avec 15 unités de production à 59 % au Texas et 41 % en Louisiane. Dans l’Union européenne, en 2023, la production est de 1,671 million de t dont 771 190 t en Allemagne, en 2022 et 853 205 t, en 2016, aux Pays Bas. En France, seul Ineos à Lavéra (13) produit de l’oxyde d’éthylène avec une capacité de production de 220 000 tonnes par an. En 2016, les capacités mondiales de production sont de 34,5 millions de t/an, celles de la Chine, de 7,43 millions de t/an, celles du Japon, en 2018, de 921 000 t/an, de Taipei chinois, en 2018, de 921 000 t/an. Elles sont situées à 34 % en Asie du Nord-Est, 25 % au Moyen-Orient, 18 % en Amérique du Nord.

Commerce international : 2023. Il est peu développé en raison de la dangerosité du produit.
Principaux pays exportateurs sur un total de 301 564 t.

en tonnes
Allemagne	164 200	Espagne	4 635
Pays Bas	62 632	Russie	2 759
Belgique	60 995	États-Unis	2 052

Source : ITC

Les exportations de l’Allemagne sont destinées à 34 % à l’Italie, 15 % aux Pays Bas, 13 % à la France, 13 % à la Belgique, 9 % à la Pologne.

Principaux pays importateurs sur un total de 331 904 t.

en tonnes
Italie	67 635	Belgique	49 079
Allemagne	54 195	France	31 335
Pays Bas	49 970	Pologne	24 712

Source : ITC

Les importations italiennes proviennent à 85 % d’Allemagne, 13 % de France.

Monoéthylèneglycol : en 2019, les capacités de production mondiales sont de 38,1 millions de t/an, situées à 43 % en Asie, 26 % dans les pays du Golfe, 16 % en Amérique du Nord, 6 % en Europe. Productions, en 2016, sur un total mondial de 26,611 millions de t :

en milliers de t
Arabie Saoudite	6 277	Corée du Sud, en 2018	1 252
Chine	6 275	Iran	1 072
Taipei chinois, en 2019	2 455	Koweït	1 031
Inde, en 2020-21	1 994	Singapour (capacité)	1 030
États-Unis	1 768	Japon, en 2018	636
Canada	1 662	Belgique, en 2021	562

Sources : PCI Wood Mackenzie et APIC

En 2023, la production de l’Union européenne est de 834 045 t dont 546 587 t en Belgique, 194 693 t en Allemagne, en 2022, 69 652 t en Pologne, en 2022, 34 779 t en Espagne.

Commerce international : en 2023, sur un total de 10,514 millions de t, en 2022.
Principaux pays exportateurs :

en milliers de tonnes
États-Unis	3 181	Singapour	591
Arabie Saoudite, en 2022	2 417	Iran, en 2022	559
Koweït, en 2022	1 034	Malaisie	240
Canada	979	Corée du Sud	230
Belgique	825	Pays Bas	107

Source : ITC

Les exportations des États-Unis sont destinées à 32 % à la Chine, 24 % à la Turquie, 11 % à la Belgique, 7 % au Mexique.

Principaux pays importateurs :

en milliers de tonnes
Chine	7 148	Thaïlande	414
Inde	1 191	Mexique	381
Turquie	1 102	Corée du Sud	338
Belgique	480	États-Unis	330
Indonésie	423	Égypte	305

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 50 % d’Arabie Saoudite, 15 % du Canada, 13 % des États-Unis, 8 % d’Iran.

Diéthylèneglycol : la production mondiale est estimée à 2,5 millions de t/an. En 2023, la production de l’Union européenne est de 90 508 t dont 73 612 t en Belgique, en 2021 et 7 994 t en Pologne, en 2020.

Commerce international : en 2023.
Principaux pays exportateurs sur un total de 1,430 million de t.

en milliers de tonnes
Arabie Saoudite	549	Iran	59
États-Unis	201	Chine	50
Belgique	173	Taipei chinois	40
Canada	151	Oman	21
Koweït	102	Allemagne	15

Source : ITC

Les exportations des États-Unis sont destinées à 29 % à la Belgique, 17 % à la Turquie, 14 % à l’Italie, 14 % au Mexique.

Principaux pays importateurs :

en milliers de tonnes
Chine	506	Italie	65
États-Unis	143	Corée du Sud	46
Belgique	127	Inde	34
Allemagne	93	Pologne	32
Turquie	82	Mexique	30

Source : ITC

Les importations chinoises proviennent à 66 % d’Arabie Saoudite, 14 % du Koweït, 8 % d’Iran, 4 % d’Oman.

Triéthylèneglycol : la production mondiale est estimée à 300 000 t/an.

Polyéthylèneglycol : en 2023, la production de l’Union européenne est de 1,436 million de t, dont 442 388 t aux Pays Bas, 339 311 t en Allemagne, en 2022, 224 744 t en Belgique, 148 901 t en Espagne, 126 044 t en France, 81 310 t en Roumanie.

Principaux producteurs

En 2016, en t/an de capacités de production.

Oxyde d’éthylène :

Dow (États-Unis) : 2,9 millions de t/an, aux États-Unis, à Seadrift, au Texas, Plaquemine et Saint Charles (Hahnville), en Louisiane et aux Pays Bas à Terneuzen avec 165 000 t/an. Par ailleurs, Dow est partenaire dans trois joint-ventures, Equate avec une production, en 2020, de 3,69 millions de t d’éthylèneglycols et The Kuwait Olefins Company (TKOC) à 42,5 % avec des sociétés koweïtiennes, qui produisent de l’oxyde d’éthylène destiné à la production d’éthylèneglycol ainsi qu’en Arabie Saoudite, Sadara avec une capacité de production de 390 000 t/an.
MEGlobal est une filiale de Equate, joint-venture entre Dow Chemicals à 42,5 %, Petrochemical Industry Company (PIC), du Koweït, à 42,5 %, Boubyan Petrochemical Company (BPC), à 9 % et Qurain Petrochemical Industries Company (QPIC), à 6 %. La production de 690 000 t/an est réalisée au Canada, dans l’Alberta, à Prentiss (Red Deer) et Fort Saskatchewan. Par ailleurs, Equate produit 850 000 t/an au Koweït à Shuaiba.
Sabic (Arabie saoudite) : 2,5 millions de t/an, au travers de sociétés en propre et de plusieurs joint-ventures :
Saudi Kayan, détenu à 35 % par Sabic : 550 000 t/an, à Al Jubail, en Arabie Saoudite.
Jubail United Petrochemical Company (JUPC), à Al Jubail, en Arabie Saoudite, détenu à 75 % par Sabic : 1 000 000 t/an.
Saudi Arabia’s Eastern Petrochemical (SHARQ), à Al Jubail, en Arabie Saoudite : 1,2 million de t/an, joint-venture 50/50 entre Sabic et des intérêts japonais menés par Mitsubishi.
Yanpet, à Yanbu, en Arabie Saoudite : 640 000 t/an, en joint-venture 50/50 entre Sabic et ExxonMobil Chemical.
Yansab, à Yanbu, en Arabie Saoudite, détenu à 51 % par Sabic.
Sinopec Sabic Tianjin Petrochemical Company (SSTPC), à Tianjin, en Chine, avec 360 000 t/an, joint-venture 50/50 entre Sabic et Sinopec.
Shell Chemicals (Pays Bas/Royaume Uni) : 1,5 million de t/an, aux Pays Bas, à Moerdijk (305 000 t/an), dans l’île de Jurong, à Singapour (710 000 t/an), aux États-Unis, à Geismar, en Louisiane (415 000 t/an), au Canada, à Scotford, dans l’Alberta et, en Chine, à Nanhai (131 000 t/an) par une joint venture 50/50 avec CNOOC.
BASF (Allemagne) : 1,26 million de t/an, en Belgique, à Anvers, avec 500 000 t/an, en Allemagne, à Ludwigshafen, avec 345 000 t/an, aux États-Unis, à Geismar, en Louisiane, avec 220 000 t/an et en Chine, à Nanjing, en joint-venture 50/50 avec le groupe chinois Sinopec, avec 190 000 t/an en propre pour BASF. La capacité de production à Anvers devrait augmenter de 400 000 t/an en 2022.
Formosa Plastics Group (Taipei chinois) : 1,2 million de t/an, avec la filiale Nan Ya Plastics Corporation, à Taipei chinois et aux États-Unis, à Point Confort, au Texas.
Lotte Chemical (Corée du Sud) : 930 000 t/an en Corée du Sud, à Yeosu et Daesan.
Ineos (Royaume Uni) : 980 000 t/an, en Belgique, à Anvers (420 000 t/an), Allemagne, à Köln (290 000 t/an) et en France, à Lavéra (250 000 t/an).
Reliance (Inde) : 621 000 t/an, à Hazira, dans État du Gujarat, en Inde.

Éthylèneglycol (MEG, DEG et TEG) :

Sabic (Arabie Saoudite) : 4,6 millions de t/an, dans les unités de production d’oxyde d’éthylène, voir ci-dessus. En particulier, Saudi Kayan qui produit à Al Jubail, en Arabie Saoudite, 566 000 t/an de MEG, 41 000 t/an de DEG et 2 000 t/an de TEG et Yansab, à Yanbu, en Arabie Saoudite, détenu à 51 % par Sabic qui produit 1,065 million de t/an d’éthylèneglycols.
ME Global qui est une filiale de Equate, elle même joint-venture principalement entre Dow Chemical (42,5 %) et Petrochemical Industry Company (PIC) (42,5 %) : 4,25 millions de t/an commercialisées qui proviennent de :
- ME Global : 2,09 millions de t/an au Canada, dans l’Alberta, à Prentiss (Red Deer) avec 890 000 t/an et Fort Saskatchewan avec 450 000 t/an et aux États-Unis, sur le site de Oyster Creek, à Freeport, au Texas, avec une capacité de production, depuis octobre 2019, de 750 000 t/an,
- Equate et TKOC : 1,2 million de t/an au Koweït, à Shuaib,
- et Dow : 1,1 million de t/an aux États-Unis, à Seadrift, Texas et Saint Charles (Hahnville), en Louisiane. Une unité de production est en cours de construction.
Sinopec (Chine) est le troisième producteur mondial, avec, en 2017, une production de 2,69 millions de t, réalisées dans ses propres usines et dans des joint-ventures avec Sabic à Tianjin et BASF à Nanjing.
Shell Chemicals (Pays Bas/Royaume Uni) : 2,255 millions de t/an, aux Pays Bas, à Moerdijk (155 000 t/an), dans l’île de Jurong, à Singapour (902 000 million de t/an), aux États-Unis, à Geismar, en Louisiane (375 000 t/an), au Canada, à Scotford, dans l’Alberta (450 000 t/an de MEG) et en Chine à Nanhai (415 000 t/an) par une joint venture, CNOOC and Shell Petrochemicals Company, 50/50 avec CNOOC.
Nan Ya Plastics Corporation (Taipei chinois, filiale de Formosa Plastics Group) : 1,8 million de t/an, à Taipei chinois avec 1,32 million de t/an et aux États-Unis, à Point Confort, au Texas, avec 378 000 t/an.
Lotte Chemical (Corée du Sud) : 1 million de t/an, en Corée du Sud, à Yeosu et Daesan.
Reliance (Inde) : 750 000 t/an de MEG, 65 000 t/an de DEG, 10 000 t/an de TEG, à Hazira, État du Gujarat, en Inde. En 2017, une nouvelle unité de production de 750 000 t/an de MEG a été construite à Jamnagar, faisant de Reliance le 6^ème producteur mondial.
BASF (Allemagne) : 747 000 t/an, en Belgique, à Anvers, en Allemagne, à Ludwigshafen, en Chine, à Nanjing.
Mitsubishi (Japon) : 510 000 t/an, au Japon, à Kashima
Ineos (Royaume Uni) : 520 000 t/an, en Belgique, à Anvers avec 290 000 t/an, en France à Lavera avec 15 000 t/an, en Allemagne, à Köln avec 150 000 t/an.

Polyéthylèneglycol : Dow, BASF, Clariant, Huntsman, Eastman.

Situation française

Production : une seule usine de production d’oxyde d’éthylène est exploitée par Ineos, à Lavéra (13), avec une capacité de production de 250 000 t/an d’oxyde d’éthylène, 53 000 t/an d’éthanolamines et 160 000 t/an de glycoéthers.

En 2023, la production de polyéthylène glycol est de 126 044 t.

Commerce extérieur : en 2024.

Oxyde d’éthylène :
- exportations : confidentielles.
- importations : 40 149 t à 55 % d’Allemagne, 25 % de Belgique, 16 % des Pays Bas, 4 % d’Espagne.
Monoéthylèneglycol :
- exportations : 4 581 t vers l’Italie à 23 %, les Pays Bas à 17 %, l’Algérie à 15 %, l’Espagne à 13 %, la Belgique à 8 %.
- importations : 78 037 t à 67 % de Belgique, 16 % des États-Unis, 8 % d’Allemagne, 4 % des Pays Bas.
Diéthylèneglycol :
- exportations : 161 t à 30 % vers la République tchèque, 18 % l’Allemagne, 15 % l’Espagne, 14 % la Belgique, 12 % les Pays Bas.
- importations : 10 246 t à 45 % de Belgique, 20 % d’Arabie Saoudite, 12 % des Pays Bas, 9 % des États-Unis.
Polyéthylèneglycol :
- exportations : 13 045 t vers l’Inde à 10 %, l’Allemagne à 9 %, le Royaume Uni à 9 %, l’Espagne à 8 %, la Belgique à 7 %.
- importations : 14 729 t à 40 % d’Allemagne, 22 % de Belgique, 8 % des États-Unis, 7 % de Corée du Sud.
Monoéthanolamine :
- exportations : 6 651 t vers la Belgique à 28 %, le Royaume Uni à 27 %, l’Italie à 14 %, l’Espagne à 10 %.
- importations : 15 427 t à 49 % d’Allemagne, 28 % de Belgique, 14 % des Pays Bas, 3 % d’Italie.
Diéthanolamine :
- exportations : 6 685 t vers les États-Unis à 35 %, l’Italie à 24 %, l’Espagne à 11 %, l’Allemagne à 6 %, la Belgique à 5 %.
- importations : 1 425 t à 40 % d’Allemagne, 21 % de Belgique, 12 % d’Arabie Saoudite, 10 % des Pays Bas.
Triéthanolamine :
- exportations : 11 196 t vers l’Espagne à 39 %, l’Italie à 23 %, la Belgique à 13 %, l’Allemagne à 13 %, le Royaume Uni à 5 %.
- importations : 9 509 t à 32 % de Belgique, 31 % d’Allemagne, 16 % des Pays Bas, 12 % d’Arabie Saoudite, 6 % des États-Unis.

Utilisations

Oxyde d’éthylène : répartition des utilisations, en 2016, avec une consommation mondiale de 30 millions de t en 2020.

MEG, DEG, TEG	70 %	Polyols	3 %
Éthoxylates	10 %	Éthers de glycol	2 %
Éthanolamines	5 %	PEG	2 %

Source : PCI Wood Mackenzie

En 2018, la production d’éthylène glycol compte pour 73 % de la consommation d’oxyde d’éthylène.

Aux États-Unis, en 2018, la part du MEG est de 34 %, celle des autres éthylènes glycol de 9 %, celle des éthoxylates de 28 %, des éthanolamines de 16 %, des éthers de glycol de 6 % et des polyols de 4 %.

Monoéthylèneglycol : principalement, à 87 %, en 2016, pour la fabrication de fibres (55 %), films (6 %) et bouteilles (26 %) de polyéthylènetéréphtalate (PET), 8 % comme antigel. Parmi les autres utilisations, la synthèse du dioxane et du glyoxal. Consommations, en 2016, sur un total mondial de 27,238 millions de t.

en milliers de t
Chine	14 162	Moyen Orient	914
Amérique du Nord	2 705	Autres pays européens	433
Autres pays du Nord-Est de l’Asie	2 488	Amérique du Sud	415
Inde	2 098	Russie	312
Union européenne	1 797	Pakistan	280
Autres pays du Sud-Est de l’Asie	1 533	Afrique	101

Source : PCI Wood Mackenzie

Diéthylèneglycol : secteurs d’utilisation, en 2016, dans le monde, avec une consommation mondiale de 2,3 millions de t.

Polyuréthane	35 %	Additif du ciment	5 %
Polyols	17 %	Anti-gel et liquide de freins	4 %
TEG	8 %	PET	4 %
Morpholine	6 %

Source : PCI Wood Mackenzie

La principale utilisation, en 2013, aux États-Unis, à 51 % et dans l’Union européenne, à 53 %, est la fabrication de résines polyester insaturées et de polyuréthane. Au Japon cette application compte pour 22 % des utilisations, la principale, à 35 %, étant comme adjuvant aux ciments.

Triéthylèneglycol : en 2015, la consommation mondiale est de 270 000 à 275 000 t, avec les secteurs d’utilisation suivants :

Séchage de gaz	51 %	Polyols	6 %
Plastifiant de fibres de polymères	19 %	Plastifiant de la cellophane	3 %
Résines	7 %	Liquide de freins	3 %

Source : PCI Wood Mackenzie

La principale utilisation est dans la déshydratation du gaz naturel.
Est également employé pour générer des fumées lors d’effets scéniques, pour stabiliser, dans la dynamite, la nitroglycérine.

Polyéthylèneglycols : ils sont utilisés comme solvants, lubrifiants ou plastifiants. Ils sont liquides à température ambiante lorsqu’ils contiennent moins de 500 unités monomériques et solides au delà (utilisation en cosmétique et pharmacie). Ils sont, en particulier, utilisés comme laxatifs.

Éthoxylates : ce sont des composés obtenus par addition de substrats lipophiles (alcools gras, alkyl phénol, acides gras, amines grasses) sur l’oxyde d’éthylène. Cette opération, appelée éthoxylation, très dangereuse en raison des propriétés inflammables de l’oxyde d’éthylène, est réalisée en pulvérisant le substrat dans l’oxyde d’éthylène gazeux. Les composés obtenus possèdent une partie hydrophile et sont de bons tensioactifs.

Éthanolamines : elles sont obtenues par addition d’une, deux ou trois molécules d’oxyde d’éthylène sur une molécule d’ammoniac.

Productions dans l’Union européenne :

Monoéthanolamine : 139 311 t, en 2022.
Diéthanolamine : 89 424 t, en 2022.
Triéthanolamine : 66 140 t, en 2016.

Producteurs : Dow, Nouryon (en Suède, à Stenungsund, en Allemagne, à Leverkusen, en Chine, à Ningbo), BASF (400 000 t/an), Huntsman, Ineos (233 000 t/an à Plaquemine, en Louisiane, aux États-Unis avec 175 000 t/an et Lavéra (13), en France)

Les éthanolamines sont utilisées pour leurs propriétés basiques lors du raffinage du pétrole. Leur caractère tensioactif est utilisé dans l’industrie des cosmétiques, des produits d’entretien, des lubrifiants, des ciments… En 2011, 30 % de la production est utilisée comme tensioactif, 15 % dans les herbicides.

Éthers de glycol : ils sont obtenus par addition d’alcool sur l’oxyde d’éthylène. Les plus courants sont obtenus à partir du méthanol, de l’éthanol et du butanol :

Le dernier étant non toxique est le plus utilisé. Ils sont employés comme solvant, en particulier dans les encres et les peintures.

Autres utilisations : on utilise l’oxyde d’éthylène dans des copolymères avec l’oxyde de propylène. Il est également utilisé directement pour protéger les céréales, lors de leur stockage, comme inhibiteur de fermentation ainsi que, dilué dans un gaz neutre, comme agent de stérilisation d’appareillages, en particulier médicaux.

Toxicité

L’oxyde d’éthylène est un gaz (T_eb = 10,5°C) neurotoxique et irritant : sa concentration limite admissible dans l’air est de 1 ppm pour une exposition de 8 heures, 5 jours par semaine. Il est de plus hautement inflammable (point éclair de – 17,8°C) et son mélange, à partir de 3 % en volume, dans l’air est explosif.

Il est présent dans le gaz naturel, la fumée de cigarettes et les gaz d’échappement des moteurs diesel.

Bibliographie

Encyclopédie des gaz, Elsevier 1984.
H. Perzon, « A simulation model of a reactor for ethylene oxide production« , Lund University, juin 2015.
H. van Milligen, B. VanderWilp, G.J. Wells, « Enhancements in ethylene oxide / ethylene glycol manufacturing technology« , White paper, Shell, 2016.
« Coal-based MEG production by Ube process« , IHS Markit, 09-2013.
P. Clarke, PCI Wood Mackenzie, APIC, mai 2017.
APIC Country Report, 2021.
« The economic benefits of ethylene oxide », American Chemistry Council, juin 2019.
S. Rebsdat et D. Mayer, « Ethylene Oxide« , Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2012.