Les terres rares, un groupe de 17 métaux, sont relativement abondantes dans la croûte terrestre, mais leur extraction est extrêmement difficile.
Le néodyme est l'un des éléments des terres rares les plus difficiles à extraire. Photo : RHJ/Getty
Les terres rares possèdent de nombreuses propriétés utiles, ce qui les rend très recherchées dans les secteurs de l'énergie et des technologies. Ce groupe comprend 17 métaux, dont 15 situés aux extrémités du tableau périodique, ainsi que l'yttrium et le scandium.
Parmi ces éléments, les plus précieux sont le néodyme, le praséodyme, le terbium et le dysprosium, qui agissent comme des aimants miniatures ultra-puissants, composants essentiels d'appareils électroniques tels que les smartphones, les batteries de véhicules électriques et les éoliennes. Cependant, la raréfaction des terres rares constitue un enjeu majeur pour les entreprises et les gouvernements dans la production de ces technologies modernes indispensables.
Les terres rares ne sont en réalité pas si rares. Selon une étude de l'Institut d'études géologiques des États-Unis (USGS) sur l'abondance cristalline des différents éléments (leur disponibilité moyenne dans la croûte terrestre), la plupart des terres rares sont présentes en quantités comparables à celles des métaux courants comme le cuivre et le zinc. « Elles ne sont certainement pas aussi rares que des métaux comme l'argent, l'or ou le platine », a déclaré Aaron Noble, professeur à l'Université polytechnique de Virginie.
Cependant, leur extraction de sources naturelles est extrêmement difficile. « Le problème, c'est qu'elles ne sont pas concentrées au même endroit. On trouve environ 300 milligrammes de terres rares par kilogramme de schiste bitumineux aux États-Unis », explique Paul Ziemkiewicz, directeur du West Virginia Water Research Institute.
En général, les métaux se concentrent dans la croûte terrestre sous l'effet de divers processus géologiques, tels que les coulées de lave, l'activité hydrothermale et la formation des montagnes. Cependant, les propriétés chimiques particulières des terres rares font qu'elles ne se concentrent généralement pas ensemble dans ces conditions spécifiques. On trouve donc des traces de terres rares dispersées sur toute la planète, ce qui rend leur extraction moins rentable.
Il arrive que des milieux souterrains acides augmentent légèrement la concentration de terres rares à certains endroits. Cependant, localiser ces endroits n'est que le premier défi.
Dans la nature, les métaux existent sous forme de mélanges appelés minerais, contenant des molécules métalliques liées à d'autres non-métaux (anti-ions) par de fortes liaisons ioniques. Pour obtenir du métal pur, il faut rompre ces liaisons et éliminer le non-métal. La difficulté de cette opération dépend du métal et du non-métal auquel il est lié.
« Le minerai de cuivre se présente généralement sous forme de sulfures (composés chimiques contenant du soufre et d'autres éléments). On chauffe le minerai jusqu'à ce que les sulfures s'évaporent, et le cuivre pur se dépose au fond du réacteur. C'est un procédé d'extraction relativement simple. D'autres minerais, comme les oxydes de fer, nécessitent des additifs pour libérer le métal. Mais la séparation des terres rares est beaucoup plus complexe », explique Ziemkiewicz.
Les terres rares possèdent trois charges positives et forment des liaisons ioniques extrêmement fortes avec les anions phosphate, chacun portant trois charges négatives. Par conséquent, le procédé d'extraction doit surmonter cette liaison extrêmement forte entre le métal positif et le phosphate négatif.
« Les minerais de terres rares sont des minéraux très stables chimiquement, ce qui nécessite une grande quantité d'énergie et de puissance chimique pour les décomposer. Généralement, ce processus requiert des niveaux de pH extrêmement bas, des conditions difficiles et des températures extrêmement élevées, car les liaisons au sein du minerai sont incroyablement fortes », a déclaré Noble.
La difficulté d'extraire ces éléments purs leur a valu le nom de « terres rares ». Certains experts étudient de nouvelles méthodes de recyclage et d'extraction de ces métaux précieux à partir de déchets industriels et d'appareils électroniques usagés afin de réduire la pression sur les ressources actuelles. Ils tentent également de recréer les propriétés magnétiques et électroniques uniques des terres rares dans de nouveaux composés, dans l'espoir que ces derniers deviennent des alternatives plus accessibles. Cependant, malgré une demande croissante, il n'existe actuellement aucune alternative efficace aux terres rares.
Thu Thao (Selon Live Science )
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