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

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

Le néodyme, une terre rare extrêmement difficile à extraire. Photo : RHJ/Getty — Le néodyme, une terre rare extrêmement difficile à extraire. Photo : *RHJ/Getty*

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

Les plus précieux de ces éléments sont le néodyme, le praséodyme, le terbium et le dysprosium, qui agissent comme de puissants aimants miniatures, composants essentiels 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 qui produisent ces biens de première nécessité.

Les terres rares ne sont pas si rares que ça. Selon une étude de l'Institut d'études géologiques des États-Unis (USGS) sur l'abondance cristalline de divers éléments (leur abondance moyenne dans la croûte terrestre), la plupart des terres rares sont présentes en quantités à peu près équivalentes à celles de métaux communs comme le cuivre et le zinc. « Elles ne sont certainement pas aussi rares que des métaux comme l'argent, l'or et le platine », explique Aaron Noble, professeur à Virginia Tech.

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

Normalement, les métaux s'accumulent dans la croûte terrestre sous l'effet 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 font qu'elles ne s'accumulent généralement pas dans ces conditions particulières. Des traces de terres rares sont dispersées sur la planète, ce qui rend leur extraction inefficace.

Parfois, les environnements souterrains acides peuvent légèrement augmenter les niveaux d’éléments de terres rares à certains endroits, mais trouver ces endroits n’est que le premier défi.

Dans la nature, les métaux existent 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 extraire les non-métaux. La difficulté du travail dépend du métal et du non-métal auxquels ils sont liés.

« Le minerai de cuivre se présente généralement sous forme de sulfures (substances chimiques composées 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 procédé d'extraction assez simple. D'autres types de minerai, 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 métaux des terres rares possèdent trois charges positives et forment des liaisons ioniques extrêmement fortes avec les contre-ions phosphate, chacun possédant trois charges négatives. Par conséquent, le processus d'extraction doit 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 leur décomposition nécessite beaucoup d'énergie et de puissance chimique. Ce processus nécessite généralement un pH extrêmement bas, des conditions difficiles et des températures extrêmement élevées, car les liaisons des minerais sont incroyablement fortes », a expliqué Noble.

La difficulté d'isoler les éléments purs leur a valu le nom de « terres rares ». Certains experts travaillent sur de nouvelles méthodes pour recycler et extraire ces précieux métaux des déchets industriels et des appareils électroniques usagés afin de réduire la pression sur les ressources existantes. Ils tentent également de recréer les propriétés magnétiques et électroniques uniques des terres rares dans de nouveaux composés, espérant que ceux-ci deviendront des alternatives plus accessibles. Cependant, il n'existe actuellement aucune alternative viable aux terres rares, malgré une demande croissante.

Thu Thao (selon Live Science )

Lien source