Le Japon développe des aimants pour véhicules électriques qui réduisent la dépendance à la Chine en se passant de terres rares lourdes

Pourquoi les terres rares lourdes sont devenues un point de blocage

Les aimants sont au cœur des moteurs des véhicules électriques et hybrides. Les aimants commerciaux les plus puissants sont les aimants néodyme-fer-bore. Ils offrent un couple élevé dans des moteurs compacts. Mais ils présentent un inconvénient : les aimants au néodyme commencent à perdre de leur puissance à haute température. Pour lutter contre la chaleur, les fabricants ajoutent traditionnellement de petites quantités d’éléments de terres rares lourdes, principalement du dysprosium et du terbium. Ces deux éléments renforcent la coercivité, c’est-à-dire la résistance à la démagnétisation, afin que les aimants conservent leur champ magnétique lorsque le moteur de traction chauffe.

L’approvisionnement en terres rares lourdes est concentré. Selon des enquêtes sectorielles et des articles récents, la Chine extrait une grande part des minerais de terres rares dans le monde, raffine la majorité des oxydes et des métaux, et produit environ 90 % des aimants utilisés dans les voitures et les appareils électroniques. Lorsque les restrictions à l’exportation se durcissent, les chaînes d’approvisionnement en ressentent rapidement les effets. Ces derniers mois, les constructeurs automobiles se sont précipités pour trouver des sources d’approvisionnement de secours en matériaux magnétiques. Suzuki Motor a temporairement mis à l’arrêt certaines lignes d’assemblage après une pénurie de matières premières, et des fournisseurs ont prévenu qu’une crise comparable à celle des semi-conducteurs pourrait survenir. Reuters a décrit des constructeurs et équipementiers automobiles en pleine panique face aux goulets d’étranglement dans l’approvisionnement en terres rares.

Les promesses des nouveaux aimants japonais

Des spécialistes japonais des matériaux s’emploient à dissocier les performances des moteurs des métaux de terres rares lourdes. Proterial, anciennement Hitachi Metals, affirme avoir mis au point des aimants au néodyme pour moteurs de traction qui conservent leurs performances sans aucune terre rare lourde. En contrôlant plus étroitement les impuretés et la microstructure lors de la fabrication, l’entreprise indique avoir obtenu des nuances d’aimants suffisamment performantes pour les véhicules électriques et hybrides.

Des informations techniques publiées par des sources du secteur décrivent deux nouvelles nuances de néodyme fritté sans dysprosium ni terbium. La première est destinée aux moteurs de traction, aux directions assistées électriques et aux compresseurs, avec une induction rémanente B_r d’environ 1,40 tesla et une coercivité intrinsèque H_cJ d’au moins 1 671 kiloampères par mètre. Une seconde nuance, conçue pour les applications exigeant un couple supérieur, porte B_r à environ 1,42 tesla et affiche une valeur H_cJ égale ou supérieure à 1 830 kiloampères par mètre. En termes simples, B_r indique le flux magnétique qu’un aimant peut fournir, tandis que H_cJ indique la difficulté à le démagnétiser à haute température.

Proterial indique que des échantillons de la première nuance, issus d’une ligne de production de masse, sont déjà disponibles et qu’une variante résistant mieux à la chaleur sera prête pour l’échantillonnage d’ici avril 2026. L’entreprise détient des centaines de brevets liés aux aimants frittés au néodyme et a également mis en avant ses travaux sur un alliage magnétique doux à flux élevé, qui pourrait réduire le poids et les pertes dans certains noyaux de moteur. Pour les moteurs de traction, l’essentiel est de supprimer les terres rares lourdes tout en atteignant les seuils requis en matière de couple et de température.

L’entreprise prépare une production au Japon, à Kumagaya, dans la préfecture de Saitama, et à Yabu, dans la préfecture de Hyōgo. Si des contrats sont conclus, cela permettra de créer une source nationale d’aimants pour moteurs de traction, alors que les constructeurs automobiles cherchent à réduire leur exposition aux changements de politique à Pékin.

Daido Steel obtient ses premiers résultats

Daido Steel et sa filiale Daido Electronics commercialisent déjà des aimants au néodyme pour véhicules hybrides qui ne contiennent aucune terre rare lourde. Leur procédé affine la taille des grains à l’intérieur de l’aimant et produit des grains cristallins beaucoup plus fins. Cela renforce la coercivité et stabilise les performances lorsque le moteur chauffe. Honda a adopté ces aimants dans des modèles hybrides dès 2016, une première pour un grand constructeur automobile.

Les signes d’une hausse de la demande se multiplient. Daido Steel fait état d’un nombre croissant de demandes de la part de constructeurs automobiles japonais et américains, pour des applications hybrides et électriques à batterie. Pour répondre aux commandes attendues, l’entreprise prévoit d’investir 5 milliards de yens dans une usine de Daido Electronics à Nakatsugawa, dans la préfecture de Gifu. L’objectif est de porter la capacité mensuelle à environ 45 tonnes d’ici au printemps 2026, puis à quelque 150 tonnes au cours de l’exercice 2030.

L’entreprise fait également progresser une technologie d’aimants déformés à chaud, sans terres rares lourdes, qui réduit la consommation d’énergie lors de la fabrication par rapport aux procédés de frittage classiques. Elle peut ainsi diminuer les émissions de carbone à l’échelle de l’usine et réduire l’exposition aux segments les plus tendus du marché des terres rares. Daido Electronics répartit sa production et l’assistance à ses clients entre le Japon, la Thaïlande, la Chine et les États-Unis, et prévoit notamment de fabriquer des aimants pour moteurs de traction dans l’Ohio.

Les nouveaux aimants peuvent-ils supporter la chaleur des véhicules électriques ?

Dans une voiture familiale, la température interne des moteurs de traction peut largement dépasser 150 °C, et être encore plus élevée en certains points lors de fortes montées ou d’accélérations répétées. La chaleur réduit la puissance des aimants et peut entraîner une perte irréversible si la coercivité intrinsèque est insuffisante. L’ajout de terres rares lourdes augmente H_cJ, ce qui explique leur présence devenue incontournable dans les nuances les plus exigeantes.

Proterial affirme avoir obtenu des valeurs H_cJ et B_r suffisantes sans dysprosium ni terbium, en contrôlant les impuretés et la texture lors du frittage. Les analystes saluent ces progrès, mais attendent une validation par des tiers. Les performances doivent rester stables au fil de milliers de cycles thermiques, sur toute la plage de vitesse et de charge, et après exposition à l’humidité et aux embruns salins. Les premiers commentaires du secteur s’interrogent également sur la capacité des nouveaux aimants à égaler ou dépasser les meilleures nuances contenant du dysprosium, tant en matière de performances que de coût.

Ce que les ingénieurs vont vérifier

Les équipes de conception traceront les courbes de démagnétisation complètes aux températures de fonctionnement, puis mesureront les pertes irréversibles après des épisodes de surcharge. Elles compareront le couple et le rendement en tenant compte de l’association avec le générateur et l’onduleur, et pas seulement des propriétés de l’aimant pris isolément. La tenue mécanique compte également. La nuance, la forme et le revêtement de l’aimant, ainsi que l’adhésif et la chemise du rotor, doivent tous résister à des contraintes thermiques et mécaniques répétées.

La validation porte aussi sur la régularité de la production. Une nuance conforme aux spécifications lors d’une série pilote doit l’être chaque mois, à grande échelle. Les fournisseurs demanderont des données de maîtrise statistique des procédés, une traçabilité et des analyses de défaillance issues d’essais accélérés de durée de vie. Ce processus peut prendre plusieurs mois pour les travaux en laboratoire, puis un an ou davantage une fois les pièces intégrées à des véhicules prototypes.

La course mondiale aux approvisionnements et les solutions de remplacement

La politique relative aux terres rares est devenue un point de pression pour le secteur automobile. La Chine contrôle l’essentiel du raffinage et environ 90 % de la production d’aimants. Lors des récents ralentissements dans la délivrance des autorisations, des fournisseurs européens ont temporairement fermé des lignes de production et certains constructeurs ont averti que leurs usines pourraient devoir s’arrêter en l’absence de livraisons fiables d’aimants. Cette inquiétude rappelle la pénurie de semi-conducteurs et pousse les entreprises à diversifier leurs technologies comme leurs implantations géographiques.

Les architectures de moteurs de remplacement font partie des solutions envisagées. Les moteurs synchrones à rotor bobiné, les moteurs à induction et les machines à réluctance variable se passent d’aimants permanents. Certains utilisent des aimants en ferrite, abondants mais moins puissants, associés à de nouvelles géométries pour compenser leurs performances moindres. Plusieurs marques européennes ont lancé des moteurs sans aimants sur certains modèles. Tesla a déclaré que sa prochaine génération de moteurs à aimants permanents n’utiliserait pas de terres rares, ce qui a encouragé la recherche de nouveaux matériaux et de nouvelles architectures. Les études de marché indiquent que les moteurs à aimants permanents ont conservé plus des trois quarts du marché des voitures électriques entre 2015 et 2022, tandis que leur teneur en terres rares diminuait et que les solutions de remplacement progressaient peu à peu.

Les pays hors de Chine s’empressent de combler les lacunes. En Inde, des fabricants de moteurs et des start-up acquièrent sous licence des modèles de moteurs de traction sans aimants, fondés sur les aimants en ferrite et les principes de réluctance, tandis que des recycleurs locaux s’emploient à récupérer les terres rares contenues dans les déchets électroniques. L’objectif n’est pas seulement de trouver une solution provisoire, mais de bâtir une chaîne d’approvisionnement régionale capable de soutenir des programmes automobiles en forte croissance.

Le recyclage et les nouveaux pôles de transformation prennent de l’ampleur en Amérique du Nord. La société canadienne Cyclic Materials, basée en Ontario, a conclu un accord d’achat de terres rares recyclées avec le groupe chimique Solvay, et le Canada investit dans des capacités de transformation pour approvisionner des clients dans les Amériques et en Europe. Les dirigeants du secteur affirment que les tensions commerciales ont accéléré les projets de création de filières d’approvisionnement indépendantes. Pat Ryan, PDG d’UCore, a résumé ce sentiment dans une récente déclaration sur ce changement de politique.