Les montagnes de métaux nécessaires à la fabrication de 10 milliards de robots humanoïdes

C'est une époque passionnante à vivre

Au cours de la dernière décennie, nous avons assisté à une transition autrefois inimaginable vers les véhicules électriques et autonomes ; aujourd’hui, nous sommes à l’aube d’un changement générationnel qui verra des milliers, des millions, voire des milliards de robots humanoïdes côtoyer les humains ici sur Terre dès 2040.

D'ici 2040, le fondateur de Tesla, Elon Musk, prévoit qu'il y aura 10 milliards de robots humanoïdes en service sur Terre. Brett Holz, fondateur de Midjourney, partage l'avis de Musk, mais prévoit quant à lui que ce chiffre atteindra 100 milliards de robots humanoïdes en service d'ici les années 2060, la plupart opérant dans l'espace.

Au-delà des prévisions audacieuses à long terme, il ne fait aucun doute que nous sommes aujourd’hui à l’aube de la production et du déploiement à grande échelle de robots humanoïdes, à l’instar de ce qui s’est passé en 2010, lorsque les grands constructeurs automobiles et les start-ups s’apprêtaient à lancer la production en série de véhicules électriques.

D'ici 2040, on comptera au moins 10 milliards de robots humanoïdes dont le prix se situera entre 20 000 et 25 000 dollars

– Elon Musk | 8e conférence « Future Investment Initiative »

Des montagnes de métaux

Ces prévisions sont-elles donc réalistes ?

Étant donné qu'un robot humanoïde pèse aujourd'hui en moyenne environ 60 kilogrammes, il va de soi que la production de 10 milliards de robots nécessitera environ 600 millions de tonnes de matières premières, principalement sous forme de métaux destinés aux moteurs, aux batteries, au câblage et à d'autres composants.

Pour replacer les choses dans leur contexte, la production mondiale de cuivre, de lithium, de nickel, de cobalt, de graphite et de terres rares – les principaux matériaux essentiels utilisés dans les robots humanoïdes – s'est élevée à moins de 30 millions de tonnes au total l'année dernière, ce qui témoigne de l'ampleur du défi à relever.

De plus, l'ampleur même de la croissance de la production de robots nécessaire pour atteindre une population de 10 milliards d'individus d'ici 2040 (ce qui équivaut au stock mondial d'ampoules électriques) est inimaginable, voire tout simplement insensée.

En supposant un rythme de production mondial de 5 millions d'unités par an d'ici 2030 (et un parc existant de 10 millions de robots humanoïdes), la production devrait augmenter à un taux de croissance annuel composé (TCAC) vertigineux de 99 % jusqu'en 2040 pour atteindre un parc cumulé de 10 milliards d'unités.

À ce rythme de croissance, la capacité de production mondiale devrait atteindre près de 5 milliards d'unités par an d'ici 2040, ce qui signifie qu'environ la moitié des 600 millions de tonnes de matières premières nécessaires (principalement des métaux) serait requise pour la seule année 2040.

Inutile de dire que ce scénario est improbable, peu crédible et presque certainement impossible, n'est-ce pas ?

Chers futurs robots : veuillez résoudre la pénurie d'approvisionnement qui se profile

Et si ces mêmes robots, qui sont à l'origine d'une croissance vertigineuse de la demande, devenaient également, au cours de la même période, les moteurs d'une croissance insoupçonnée de l'offre minière ? Le problème pourrait-il aussi s'avérer être la source de la solution ?

En théorie, bien sûr. La planète recèle tous les métaux et minéraux nécessaires pour répondre à pratiquement n’importe quel scénario de demande (masse de la Terre hors eau = 6 ×^10²⁴ kg), mais nos technologies minières actuelles ne nous permettent d’exploiter que quelques micromètres de l’épaisseur de l’oignon sur lequel nous vivons.

Le recours accru à la robotique dans le secteur de l'extraction des ressources nous permettra sans aucun doute d'exploiter de nouvelles profondeurs et de repousser les limites de l'offre dans les années à venir, mais ces progrès et la croissance de l'offre qu'ils permettront ne seront rien comparés aux quantités colossales de métaux nécessaires pour une population de 10 milliards de robots humanoïdes.

186 fois la production mondiale actuelle de NdFeB

On peut affirmer sans doute que les aimants en terres rares – en particulier les aimants NdFeB largement utilisés dans les moteurs et les actionneurs robotiques – constituent le principal obstacle pour l'industrie robotique.

La production de 10 milliards de robots humanoïdes d'ici 2040 consommerait l'équivalent de 186 fois la production mondiale annuelle actuelle d'aimants NdFeB et nécessiterait, d'ici cette même année, une multiplication par 93 de la capacité mondiale de production d'aimants, rien que pour les robots.

Le recours à d'autres matériaux magnétiques, tels que le FeN, ou à d'autres types de moteurs, comme les moteurs à induction ou les moteurs synchrones à excitation électrique, pourrait contribuer à atténuer les difficultés d'approvisionnement en terres rares, même si cela risquerait d'accroître la demande en d'autres matériaux essentiels, tels que le cuivre.

14 fois la production mondiale actuelle de lithium

Les batteries lithium-ion sont omniprésentes dans tous les robots humanoïdes sans fil fabriqués à ce jour, et nous pensons que cela restera le cas pendant au moins les cinq prochaines années, voire dans un avenir prévisible.

La production de 10 milliards de robots humanoïdes d'ici 2040 (tous équipés de batteries Li-ion) consommerait l'équivalent de 14 fois l'approvisionnement mondial annuel actuel en lithium et nécessiterait, d'ici 2040, une multiplication par sept de la capacité mondiale de production de lithium, rien que pour les robots.

L'adoption de nouveaux types de batteries, telles que les batteries à semi-conducteurs, pourrait amplifier encore davantage cette croissance de la demande si, par exemple, les anodes en lithium métal venaient à se généraliser.

13 fois la production mondiale actuelle de graphite

Les matériaux d'anode en graphite sont utilisés dans la grande majorité des batteries lithium-ion produites dans le monde, pour pratiquement toutes les applications, des véhicules électriques aux systèmes de stockage d'énergie, en passant par l'électronique grand public et bien d'autres encore.

Nous pensons que les matériaux d'anode à base de graphite resteront la norme pour les robots humanoïdes sans fil au cours des cinq prochaines années, voire dans un avenir prévisible.

La production de 10 milliards de robots humanoïdes d'ici 2040 (tous équipés de batteries Li-ion et d'anodes à base de graphite) consommerait l'équivalent de 13 fois la production mondiale annuelle actuelle de graphite et nécessiterait, d'ici 2040, une multiplication par sept de la capacité mondiale de production annuelle de graphite, rien que pour les robots.

Toutefois, l'adoption d'autres types de batteries, telles que les batteries à l'état solide dotées d'anodes en lithium métal évoquées plus haut, pourrait réduire considérablement les perspectives de croissance de la demande de graphite dans les années à venir, tout en accélérant celle du lithium. De même, l'utilisation accrue de la silice dans les anodes en graphite destinées aux robots humanoïdes pourrait freiner la croissance de la demande de graphite, tout en stimulant celle de la silice.

huit fois la production mondiale actuelle de cobalt

Le cobalt est un composant courant des matériaux actifs de cathode à base de nickel-cobalt-manganèse (NCM), largement utilisés dans les véhicules électriques et d'autres applications. Les batteries lithium-ion équipées de cathodes NCM présentent généralement une densité énergétique supérieure à celle des modèles existants dotés de cathodes au lithium-fer-phosphate (LFP), ce qui permet aux fabricants de robots d'optimiser la puissance des batteries embarquées tout en réduisant au minimum leur poids et leur volume.

La production de 10 milliards de robots humanoïdes d'ici 2040 (tous équipés de batteries Li-ion, avec le NCM 811 comme référence) consommerait l'équivalent de huit fois la production mondiale annuelle actuelle de cobalt et nécessiterait, d'ici 2040, une multiplication par quatre de la capacité mondiale de production de cobalt, rien que pour les robots.

L'adoption de nouvelles compositions chimiques pour les cathodes, telles que le LMFP sans cobalt, par exemple, pourrait réduire considérablement la croissance de la demande de cobalt (tout en faisant grimper celle du manganèse et du phosphate), tandis que la généralisation de l'utilisation du NCM 622, riche en cobalt, par exemple, pourrait amplifier cette croissance (tout en freinant la demande de nickel).

4 fois la production mondiale actuelle de nickel

Le nickel est utilisé en quantité relativement importante, aux côtés du cobalt et du manganèse, dans les matériaux actifs des cathodes NCM destinés aux véhicules électriques et à d'autres applications. Les cathodes NCM présentant une forte proportion de nickel par rapport au cobalt et au manganèse offrent généralement une densité énergétique supérieure à celle des variantes à faible teneur en nickel, ce qui permet aux fabricants de robots d'optimiser davantage la puissance des batteries embarquées tout en réduisant au minimum leur poids et leur volume.

La production de 10 milliards de robots humanoïdes d'ici 2040 (tous équipés de batteries Li-ion NCM 811) consommerait l'équivalent de quatre fois la production mondiale annuelle actuelle de nickel et nécessiterait de doubler la capacité mondiale de production de nickel d'ici 2040, rien que pour les robots.

L'adoption de nouvelles compositions chimiques pour les cathodes, telles que le LMFP ou le NCM 9.5.5, pourrait, dans le premier cas, freiner la croissance de la demande de nickel (tout en faisant bondir celle du manganèse et du phosphate), ou, dans le second cas, amplifier cette croissance (tout en affaiblissant les perspectives de demande pour le cobalt et le manganèse).

4 fois la production mondiale actuelle de cuivre

Dans un robot humanoïde, le cuivre est largement utilisé dans les enroulements des moteurs électriques, les collecteurs de courant et les barres omnibus des batteries, ainsi que dans les systèmes de câblage.

La fabrication de 10 milliards de robots humanoïdes d'ici 2040 nécessiterait l'équivalent de quatre fois la production mondiale annuelle actuelle de cuivre et impliquerait de doubler la capacité mondiale de production de cuivre d'ici cette même année, rien que pour les robots.

Si l'on ajoute à ces perspectives les difficultés que connaît déjà le marché de l'offre de cuivre, on peut alors pleinement mesurer l'ampleur de la demande de cuivre que les robots sont sur le point de générer.

Autres facteurs à prendre en compte

Possibilité d'utiliser plusieurs batteries par robot : pour optimiser le retour sur investissement des robots humanoïdes, il faut les faire fonctionner 24 heures sur 24. Cependant, un robot comme l'Optimus de Tesla consommant environ 500 watts lors d'activités intensives, la batterie embarquée de 2,3 kWh ne devrait suffire qu'à environ 8 heures de travail d'intensité variable. Il va donc de soi que, à moins d'une augmentation progressive de la densité énergétique des batteries, les exploitants de robots commerciaux souhaiteront disposer de plusieurs batteries sur site par robot, ce qui se traduira par une demande multipliée pour les matériaux entrant dans la composition des batteries, tels que le lithium, le nickel, le cobalt, le manganèse, le graphite et le cuivre.

Les robots câblés peuvent s'avérer judicieux pour certaines applications : si un robot effectue des tâches répétitives et prévisibles dans un espace comportant peu d'obstacles, il peut être préférable de l'alimenter via un câble d'alimentation plutôt qu'à l'aide d'une batterie intégrée. Non seulement cela permettrait de réduire les coûts initiaux liés au robot et à la batterie, mais cela contribuerait également à modérer la croissance autrement explosive de la demande en matériaux pour batteries.

Préférences en matière de composition chimique des batteries : les progrès réalisés dans le domaine des batteries à électrolyte solide, des batteries au sodium-ion ou la généralisation de l'utilisation de composés LFP, LMFP ou d'autres composés chimiques pour les cathodes et les anodes pourraient réduire considérablement le potentiel de croissance prévu pour le lithium, le nickel, le cobalt, le manganèse et le graphite. De plus, l'augmentation de la densité énergétique des batteries qui en découle, et qui permet d'allonger la durée de fonctionnement des robots, pourrait contribuer à réduire le nombre de batteries supplémentaires nécessaires par robot, ainsi que la quantité de matériaux que ces batteries contiennent.

Augmentation du nombre de moteurs par robot : les recherches menées par Adamas montrent que les robots humanoïdes développés à ce jour présentent en moyenne environ 36 degrés de liberté (grâce à environ 36 moteurs et actionneurs). À l'avenir, nous prévoyons que ce nombre se rapprochera de celui des articulations humaines (soit 78), ce qui permettra une plus grande liberté de mouvement, une plus grande complexité des mouvements et la capacité de s'attaquer à un éventail plus large d'applications potentielles. Par conséquent, nous nous attendons à ce que la quantité de NdFeB utilisée par robot en moyenne augmente en parallèle, ce qui stimulerait davantage la demande en aimants par rapport au scénario de statu quo extrapolé ici.

Prenez tout cela avec des pincettes : les prévisions présentées ici ne constituent pas une extrapolation des attentes réalistes concernant la croissance de la demande en matériaux. Cette analyse vise plutôt à montrer à quel point il serait difficile, voire impossible, de développer 10 milliards de robots humanoïdes d’ici 2040. Comme nous l'avons détaillé dans notre récent rapport « Rare Earth Magnet Market Outlook to 2040 », nous prévoyons que la production mondiale de robots humanoïdes atteindra moins de 1 % de ce qui est envisagé ici, mais la robotique devrait tout de même devenir le principal moteur de la demande de NdFeB d'ici 2040.

10 milliards de robots humanoïdes d'ici 2040 ? Ça semble peu probable

L'ampleur de la croissance de la production de robots humanoïdes qui sera nécessaire dans les années à venir pour atteindre une population de 10 milliards d'individus d'ici 2040 est sans précédent.

De plus, les quantités colossales de matières premières essentielles nécessaires et le rythme auquel la production minière de ces matières doit s'intensifier sont tout aussi extraordinaires.

Nous ne voyons donc aucun scénario réaliste permettant d'envisager que cet objectif soit atteint d'ici 2040 pour les robots humanoïdes, mais nous restons néanmoins très optimistes quant aux perspectives des robots de services professionnels en général.

Vous souhaitez en savoir plus ?

Consultez notre dernier rapport annuel « Perspectives du marché des aimants en terres rares à l'horizon 2040 » – la référence incontournable du secteur pour tout ce qui concerne les informations sur le marché des aimants.