À quel point les terres rares sont-elles réellement rares ?

Les terres rares, un groupe de 17 métaux, sont relativement abondantes dans la croûte terrestre, mais leur extraction est extrêmement difficile.

Le néodyme est un élément des terres rares extrêmement difficile à extraire. Photo : RHJ/Getty — Le néodyme est un élément des terres rares extrêmement difficile à extraire. Photo : *RHJ/Getty*

Les terres rares possèdent de nombreuses propriétés utiles qui les rendent très prisées dans les secteurs de l'énergie et des technologies. Ce groupe comprend 17 métaux, dont 15 éléments métalliques situés en bas du tableau périodique, ainsi que 2 éléments : l'yttrium et le scandium.

Parmi ces éléments, les plus précieux sont le néodyme, le praséodyme, le terbium et le dysprosium, qui agissent comme de puissants aimants miniatures, composants essentiels d'appareils électroniques tels que les smartphones, les batteries de voitures électriques et les éoliennes. Cependant, la raréfaction des terres rares constitue une préoccupation majeure pour les entreprises et les gouvernements qui produisent ces biens de consommation modernes.

Les terres rares ne sont en réalité pas si rares. D'après une étude de l'USGS sur l'abondance cristalline de divers éléments (leur abondance moyenne dans la croûte terrestre), la plupart des terres rares se trouvent en quantités comparables à celles de métaux courants comme le cuivre et le zinc. « Elles ne sont certainement pas aussi rares que des métaux comme l'argent, l'or et le platine », affirme Aaron Noble, professeur à Virginia Tech.

Mais 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.

Normalement, les métaux s'accumulent dans la croûte terrestre grâce à divers processus géologiques, tels que les coulées de lave, l'activité hydrothermale et l'orogenèse. Cependant, les propriétés chimiques particulières des terres rares font qu'elles s'accumulent rarement ensemble dans ces conditions spécifiques. On trouve donc des traces de terres rares dispersées sur toute la planète, ce qui rend leur extraction peu rentable.

Parfois, des milieux souterrains acides peuvent légèrement augmenter la concentration d'éléments de terres rares à certains endroits. Mais trouver ces endroits n'est que le premier défi.

Dans la nature, les métaux se présentent sous forme de mélanges appelés minerais, qui contiennent des molécules métalliques liées à d'autres non-métaux (contre-ions) par de fortes liaisons ioniques. Pour obtenir des métaux purs, il faut rompre ces liaisons et éliminer les non-métaux. 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 de soufre et d'autres éléments). On chauffe le minerai jusqu'à ce que les sulfures s'évaporent sous forme de gaz et que le cuivre pur se dépose au fond du réacteur. C'est un procédé d'extraction assez simple. D'autres types de minerais, comme l'oxyde 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 contre-ions 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, et leur décomposition exige beaucoup d'énergie et de puissance chimique. Ce processus nécessite généralement un pH extrêmement bas, des conditions extrêmes et des températures extrêmement élevées, car les liaisons au sein du minerai sont incroyablement fortes », a expliqué Noble.

La difficulté à isoler 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 de proposer des alternatives plus accessibles. Cependant, malgré une demande croissante, il n'existe actuellement aucune alternative viable aux terres rares.

Thu Thao (Selon Live Science )

Lien source