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

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

Le néodyme, l’un des éléments des terres rares extrêmement difficile à extraire. Photo : RHJ/Getty — Le néodyme, l’un des éléments des terres rares extrêmement difficile à extraire. Photo : *RHJ/Getty*

Les éléments des terres rares possèdent de nombreuses propriétés utiles et sont donc très recherchés dans les secteurs de l’énergie et de la technologie. Ce groupe comprend 17 métaux, dont les 15 éléments métalliques du bas du tableau périodique, ainsi que les deux éléments yttrium et scandium.

Les plus précieux de ces éléments sont le néodyme, le praséodyme, le terbium et le dysprosium, qui agissent comme des aimants miniatures ultra-puissants, un composant clé des appareils électroniques tels que les smartphones, les batteries de voitures électriques et les éoliennes. Cependant, l’approvisionnement limité en terres rares constitue une préoccupation majeure pour les entreprises et les gouvernements lors de la production de biens essentiels modernes.

Les terres rares ne sont pas si rares. Selon une étude de l'United States Geological Survey (USGS) sur l'abondance cristalline de divers éléments (la disponibilité moyenne de la croûte terrestre), la plupart des terres rares sont présentes dans les mêmes quantités que les métaux communs tels que le cuivre et le zinc. « Ils ne sont certainement pas aussi rares que des métaux comme l’argent, l’or ou le platine », a déclaré Aaron Noble, professeur à Virginia Tech.

Cependant, les extraire de sources naturelles est extrêmement difficile. « Le problème est qu’elles ne sont pas concentrées en un seul endroit. Il y a environ 300 milligrammes de terres rares dans chaque kilo de schiste aux États-Unis », a déclaré Paul Ziemkiewicz, directeur du West Virginia Water Research Institute.

En règle générale, les métaux sont concentrés dans la croûte terrestre en raison de divers processus géologiques, tels que les coulées de lave, l’activité hydrothermale et la formation de montagnes. Cependant, les propriétés chimiques inhabituelles des terres rares signifient qu’elles ne se concentrent généralement pas ensemble dans ces conditions particulières. Des traces de terres rares sont dispersées sur la planète, rendant leur extraction inefficace.

Parfois, les environnements souterrains acides peuvent légèrement augmenter la quantité d’éléments de terres rares à certains endroits. Cependant, trouver ces emplacements 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 (contre-ions) par de fortes liaisons ioniques. Pour obtenir du métal pur, il faut briser ces liaisons et éliminer les substances non métalliques. La difficulté du travail dépend des métaux et des non-métaux auxquels ils sont liés.

« Le minerai de cuivre se présente généralement sous forme de sulfures (des produits chimiques composés de soufre et d'autres éléments). On chauffe le minerai jusqu'à ce que les sulfures s'échappent sous forme de gaz et que le cuivre pur tombe au fond du réacteur. C'est un processus d'extraction assez simple. D'autres types, comme l'oxyde de fer, nécessitent des additifs pour libérer le métal. Mais séparer les terres rares est beaucoup plus compliqué », explique Ziemkiewicz.

Les métaux des terres rares ont trois charges positives et forment des liaisons ioniques extrêmement fortes avec les contre-ions phosphate, chacun ayant trois charges négatives. Le processus d’extraction doit donc surmonter la liaison extrêmement forte entre le métal positif et le phosphate négatif.

« Les minerais de terres rares sont des minéraux chimiquement très stables, et il faut beaucoup d’énergie et de puissance chimique pour les décomposer. En général, ce processus nécessite un pH extrêmement bas, des conditions difficiles et des températures extrêmement élevées, car les liaisons dans les minerais sont incroyablement fortes », a déclaré Noble.

La difficulté d'isoler les éléments purs a donné naissance au nom de « terres rares ». Certains experts recherchent de nouvelles méthodes pour recycler et extraire ces métaux précieux des déchets industriels et des vieux appareils électroniques afin de réduire la pression sur les approvisionnements actuels. Ils tentent également de recréer les propriétés magnétiques et électroniques uniques des terres rares dans de nouveaux composés, en espérant que ces nouveaux composés deviendront des alternatives plus accessibles. Cependant, il n’existe actuellement aucune alternative efficace aux terres rares, malgré une demande croissante.

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