Quid de l'utilisation des terres rares ?

Les terres rares, malgré leur nom, ne sont pas si rares dans la croûte terrestre. Leur appellation de "terres rares" provient du fait qu'elles étaient initialement trouvées dans des minerais peu courants et difficiles à exploiter commercialement. Ce groupe de 17 éléments chimiques comprend les 15 lanthanides, ainsi que le scandium et l'yttrium.

Elles ont été découvertes à la fin du 18ème siècle. Cependant, au départ, les chimistes pensaient qu’il y en avait seulement deux : l’yttrium et le cérium. Il aura fallu plus d’un siècle pour toutes les identifier, en raison de leurs propriétés chimiques très proches.

Ces éléments métalliques se caractérisent par leur structure électronique spécifique, qui leur donne des propriétés magnétiques, optiques et chimiques exceptionnelles, dont nous verrons les utilisations par la suite.

On distingue généralement deux catégories de terres rares : les terres rares légères (du lanthane au gadolinium) et les terres rares lourdes (du terbium au lutécium, plus l'yttrium). Cette distinction est importante car les terres rares lourdes sont généralement plus rares et donc plus convoitées sur le marché mondial.

L'importance stratégique des terres rares réside dans leur large éventail d'applications. On les surnomme “vitamines de l’ère moderne” et ce n’est pas pour rien. Dans le domaine optique, elles ont joué un rôle très important. En effet, la télévision doit ses couleurs aux terres rares. On appelle celles-ci des luminophores. Par exemple, dans les écrans LED et LCD, l’yttrium et l’europium donnent la couleur rouge, le thulium donne le bleu et le terbium le vert.

Elles peuvent être utilisées dans les aimants, notamment le néodyme. Ceux-ci, bien plus puissants que les aimants classiques, sont devenus indispensables aux disques durs, aux téléphones portables, aux éoliennes modernes ou encore pour l’imagerie médicale, car ils permettent une miniaturisation des éléments.

Elles sont aussi utilisées comme batteries, par exemple dans l'industrie automobile. Les véhicules électriques et hybrides utilisent ces éléments dans leurs moteurs. On retrouve également des terres rares dans les piles que nous utilisons au quotidien, qui contiennent du lanthane.

Le lanthane est cependant largement plus utilisé comme catalyseur, notamment pour le raffinage de pétrole. Il sert donc à la production de carburant. On utilise également des terres rares dans les pots catalytiques des voitures thermiques, afin de réduire l’émission de certains polluants.

L'industrie de la défense est également un consommateur majeur de terres rares. Ces éléments sont utilisés dans la fabrication de systèmes de guidage de missiles, de radars avancés et d'optiques de vision nocturne. Leur importance dans ce domaine souligne les enjeux géopolitiques liés à leur contrôle et à leur approvisionnement.

Figure 1 : Répartition, en volume, de l'utilisation des terres rares.

Figure 2 : Principales utilisations des éléments de terres rares.

1. Disponibilité et dominance mondiale

La disponibilité des terres rares est un sujet complexe. Bien que ces éléments soient relativement abondants dans la croûte terrestre, leur extraction et leur traitement posent des défis considérables. La Chine domine actuellement la production mondiale, contrôlant environ 80% du marché. Voir plus de détails dans la partie sur les enjeux géopolitique.

Figure 3 : Carte illustrant la répartition mondiale des production minières de terres rares.

2. Le processus d'extraction

L'extraction des terres rares est un processus complexe et coûteux. Les techniques minières traditionnelles sont suivies de processus de séparation chimique pour isoler les différents éléments. Ces opérations ont souvent un lourd impact environnemental, qui génèrent des déchets toxiques et consomment de grandes quantités d'eau et d'énergie.

L'extraction des terres rares se fait généralement en trois grandes étapes :

• Tout d’abord l’extraction minière : le plus souvent, on extrait le minerai à ciel ouvert. On sort la roche contenant les terres rares.
• Ensuite la roche extraite est broyée en une fine poudre. On utilise une technique appelée "flottation" pour séparer les parties où la concentration en terres rares est importante du reste de la roche. Cette étape consomme beaucoup d'eau et d'énergie.
• Enfin il y a la séparation chimique : c'est l'étape la plus complexe. On utilise des acides et d'autres produits chimiques pour isoler chaque terre rare. Ce processus peut se faire de différentes façons, mais la plus courante est l'extraction par solvants.

Tout au long de ce processus, on génère beaucoup de déchets, dont certains sont toxiques ou même radioactifs. L'utilisation intensive d'eau et de produits chimiques peut polluer l'environnement local, notamment les sols et les cours d'eau.

Ce processus est si complexe et polluant qu'on doit extraire et traiter environ 1 300 à 1 600 m³ de déchets pour produire une seule tonne de terres rares.

3. Conclusion

En conclusion, les terres rares jouent un rôle crucial dans notre monde technologique moderne. Leur importance stratégique, couplée aux défis liés à leur extraction et à leur disponibilité, en fait un sujet central dans les discussions sur l'avenir de l'innovation technologique et la transition énergétique. La gestion durable de ces ressources, tant sur le plan environnemental que géopolitique, représente un défi majeur pour les années à venir.