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Chimie vendredi 19 février 2010

Economiser les terres rares

Caroline Depecker

La mine de Mountain Pass, en Californie, recèle de grandes réserves de terres rares. Mais le minerai contient d’importantes concentrations en thorium fortement radioactif, ce qui en complique l’extraction. (Reuters)

La mine de Mountain Pass, en Californie, recèle de grandes réserves de terres rares. Mais le minerai contient d’importantes concentrations en thorium fortement radioactif, ce qui en complique l’extraction. (Reuters)

Des chercheurs ont mis au point un procédé de récupération des terres rares permettant peut-être d’éloigner le spectre de leur… raréfaction. Ces métaux sont indispensables au fonctionnement de nos technologies de pointe

Leur énumération sonne comme une récitation de latin: lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhéum, samarium, europium, gadolinium… lutétium. Les terres rares, ces 17 éléments chimiques que l’on trouve généralement groupés dessous le tableau périodique de Mendeleïev, sont devenues, depuis les années 1970, essentielles à la plupart des technologies de pointe, celles des énergies vertes notamment. Du pot catalytique aux batteries rechargeables pour véhicules hybrides, en passant par les lampes à basse consommation, les iPod ou les rotors d’éoliennes, les terres rares ont envahi l’industrie et notre quotidien.

La Chine, à elle seule, assure 97% de leur production mondiale. L’annonce, en septembre dernier, de son intention de restreindre ses exportations à 35 000 tonnes par an, voire d’interdire la livraison de certains composés (le terbium par exemple), résonne comme une menace de pénurie à venir pour l’ensemble des pays développés. Une technique de récupération de ces éléments chimiques, mise au point récemment par des chercheurs de la Faculté d’ingénierie de Leeds, pourrait changer la donne.

Les terres rares n’étaient pourtant pas le souci premier d’Animesh Jha. Ce professeur indien planchait sur un nouveau procédé de raffinage permettant d’obtenir de l’oxyde de titane pur à plus de 90%. Or son matériau de départ, un minerai riche en titane et en fer, contenait de nombreuses impuretés, comme de la monazite, un autre minéral dont la structure renferme du cérium, du lanthane et d’autres éléments de la même famille. En optimisant le procédé, l’équipe du professeur Jha a réussi à récupérer assez simplement des oxydes de terres rares, obtenant par là même un sous-produit potentiellement valorisable. «Notre taux de récupération varie entre 60 et 80%, bien qu’avec de meilleurs procédés industriels nous pourrions être capables d’augmenter ce taux à l’avenir, affirme le spécialiste des matériaux. Mais déjà, la récupération des oxydes de néodyme, de cérium et de lanthane à partir de déchets de production – qui sont très souvent associés avec les minéraux d’oxyde de titane – représente un double bénéfice environnemental impressionnant.» L’affaire est claire. Cependant, ce nouveau procédé plus «vert» que les techniques actuelles de raffinage pourrait-il, à l’avenir, rendre le risque de pénurie en terres rares «moins probable», comme l’estime le chercheur?

«Tout est une question de rentabilité économique», commente Lluis Fontboté, responsable du groupe des gisements métallifères à la section des sciences de la Terre de l’Université de Genève. «Avec les terres rares récupérées à partir du titane, c’est un peu comme si on revenait aux débuts de leur production.» Celle-ci avait en effet commencé en 1960 par l’exploitation de sables alluvionnaires où la monazite se trouvait concentrée. Le principal gisement était alors celui de Mountain Pass, aux Etats-Unis. Inconvénient: le minerai contient d’importantes concentrations en thorium fortement radioactif, ce qui en complique l’extraction. A partir des années 90, la mine américaine fut progressivement abandonnée au profit de celle de Bayan Obo, en Chine, dont les quantités de bastnäsite, un autre minerai de terres rares, sans danger celui-là, rendaient l’exploitation minière économiquement plus intéressante.

Les terres rares ne sont de fait pas si rares que cela. On les trouve à l’état de trace dans presque tous les minéraux. «Elles sont surtout associées aux roches magmatiques et il y en a sûrement dans le massif du Mont-Blanc ou dans celui des Aiguilles Rouges… mais nullement exploitables», s’amuse Lluis Fontboté. D’après les services géologiques américains, la production annuelle mondiale de terres rares était de 124 000 tonnes en 2007. Les prévisions, quant à la demande, pourraient être de 180 000 tonnes d’ici à 2014 et largement insatisfaites si la Chine coupait le robinet. «S’il y a pénurie, celle-ci ne sera pas d’ordre géologique mais économique», commente le géologue.

D’après lui, les réserves mesurées de terres rares disponibles sur l’ensemble des gisements connus, dont les deux tiers se répartissent entre l’Amérique du Nord, la Russie et l’Australie, seraient en effet de 715 années. Il s’agit toutefois de mesures faites pour des éléments dont la demande était très faible il y a peu et ces chiffres pourraient changer en fonction des efforts d’exploration à venir.

Mais en attendant la mise en exploitation lointaine de nouveaux gisements, la substitution des terres rares est parfois possible. Certains fabricants commencent ainsi à concevoir des éoliennes dépourvues d’engrenages et s’affranchissent ainsi du besoin en néodyme. La situation des systèmes d’éclairage à basse consommation est plus critique puisque c’est la structure électronique même des terres rares qui leur confèrent leurs propriétés luminescentes uniques.

Les terres rares pourraient-elles être recyclées? La difficulté est de taille, d’après Patrick Wäger, chercheur au laboratoire Technologie et société de l’EMPA Saint-Gall. «Ces éléments sont souvent utilisés dans des alliages avec d’autres métaux, aux applications très diverses et aux compositions changeantes… d’où la difficulté de mise au point d’un procédé de recyclage.» C’est le cas en principe de tous les métaux mineurs présents dans les produits électriques et électroniques actuels. «Pourtant, il faudra travailler dans ce sens-là. Cette nécessité a d’ailleurs été soulignée lors du dernier Forum sur les ressources mondiales (WRF 09) de Davos.» Un effort nécessaire pour l’avenir énergétique de notre planète: d’autres métaux encore, comme l’indium et le tellure, pourraient venir à manquer dans le cadre d’un déploiement à grande échelle de l’énergie photovoltaïque.

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