Éléments de terres rares (REE) sont un groupe de 17 éléments chimiquement similaires, essentiels à de nombreuses industries de haute technologie. Ces éléments comprennent les 15 lanthanides du tableau périodique ainsi que le scandium et l'yttrium, qui ont tendance à se trouver dans le même gisements de minerai et présentent des propriétés chimiques similaires. Malgré leur nom, les ETR sont relativement abondants dans la croûte terrestre, mais leurs concentrations sont faibles, ce qui les rend difficiles à exploiter économiquement.

Bref historique et découverte

La découverte des ETR a commencé à la fin du XVIIIe siècle. Le premier minéral de terres rares découvert était la gadolinite, un composé de cérium, d'yttrium, fonte, silicium et autres éléments, extraits dans un village de Suède. Au cours du siècle suivant, tous les éléments des terres rares ont été identifiés. La découverte a été principalement menée par des chimistes qui isolaient de nouveaux éléments de minéraux où ces éléments se produisent généralement. Leurs configurations électroniques uniques les rendent difficiles à séparer les uns des autres, ce qui conduit à des progrès dans les techniques de séparation chimique.

Importance des ETR dans la technologie moderne

Les ETR sont essentiels à la technologie moderne et sont essentiels à la fabrication d'un large éventail d'applications de haute technologie. Ce sont des composants clés dans la production d’aimants permanents utilisés dans les éoliennes et les moteurs de véhicules électriques, de phosphores dans les écrans couleur, de batteries et de céramiques avancées. Leurs propriétés magnétiques, luminescentes et électrochimiques uniques les rendent irremplaçables dans de nombreuses applications, notamment les smartphones, les ordinateurs et les technologies de défense. La demande d'ÉTR a augmenté avec l'expansion de ces marchés de haute technologie, soulignant leur rôle dans le développement économique mondial et le progrès technologique.

Leur importance s’étend également aux considérations stratégiques, alors que les pays se disputent l’accès et le contrôle de ces ressources cruciales, soulignant les implications géopolitiques des chaînes d’approvisionnement en terres rares. La dépendance technologique à l’égard des ETR signifie qu’ils continuent de jouer un rôle central dans l’élaboration des paysages technologiques modernes et des efforts de développement durable dans le monde entier.

Que sont les éléments des terres rares ?

Les éléments de terres rares (REE) sont un ensemble de dix-sept éléments métalliques qui comprennent quinze lanthanides du tableau périodique ainsi que le scandium et l'yttrium. Ces éléments partagent des propriétés chimiques similaires mais ont des comportements physiques distincts, notamment au niveau de leurs caractéristiques électroniques et magnétiques. Les ETR sont connus pour leur capacité à conduire l’électricité, à générer de la lumière et à améliorer le magnétisme, ce qui les rend très précieux dans diverses applications de haute technologie.

Liste des éléments classés comme ETR

Les 17 éléments classés comme ETR comprennent :

  1. Scandium (Sc)
  2. Yttrium (Y)
  3. Lanthane (La)
  4. Cérium (Ce)
  5. Praséodyme (Pr)
  6. Néodyme (Nd)
  7. Prométhium (Pm)
  8. Samarium (Sm)
  9. Europium (UE)
  10. Gadolinium (Gd)
  11. Terbium (TB)
  12. Dysprosium (Dy)
  13. Holmium (Ho)
  14. Erbium (il)
  15. Thulium (Tm)
  16. Ytterbium (Yb)
  17. Lutétium (Lu)

Ces éléments se trouvent souvent ensemble dans divers minerais et sont notoirement difficiles à séparer en raison de leurs propriétés chimiques similaires.

Abondance et répartition géographique

Répartition mondiale des terres rares | Nœud spatial

Bien que qualifiés de « rares », les éléments des terres rares sont assez abondants dans la croûte terrestre. Cependant, on les trouve rarement sous des formes concentrées, ce qui rend leur extraction économiquement difficile. Ils sont moins abondants que les métaux communs comme le fer mais sont plus répandus que les métaux précieux comme le fer. or.

La répartition géographique des ETR est assez variée :

  • Chine est le plus grand producteur d'ÉTR, contrôlant une part importante de l'approvisionnement mondial. Le pays dispose de vastes opérations minières et de capacités de traitement avancées qui répondent à une grande partie de la demande mondiale.
  • Australie possède également des réserves considérables de terres rares et est l'un des principaux exportateurs de ces éléments.
  • États-Unis possède des ressources en ETR, en particulier dans la région californienne Montagne Passez la mine et les réserves potentielles inexploitées dans d’autres endroits.
  • Inde, Brésil et Malaisie contribuent également à l’offre mondiale de terres rares, quoique dans une moindre mesure que la Chine et l’Australie.
  • Canada et certains pays africains comme Burundi et Tanzanie explorent et développent leurs ressources en ETR pour entrer sur le marché.

Cette répartition géographique diversifiée est cruciale car elle implique des considérations géopolitiques, alors que les pays cherchent à garantir un approvisionnement stable et durable de ces éléments vitaux pour leurs industries.

Extraction et production d'éléments de terres rares (REE)

Emplacements clés des activités minières d’ÉTR dans le monde

  1. Chine: Domine le paysage mondial de l'extraction et de la transformation des ETR, en particulier dans les provinces de Mongolie intérieure et du Sichuan. Le contrôle de la Chine sur les ETR est étendu et influence les prix mondiaux et les chaînes d'approvisionnement.
  2. États-Unis: La mine de Mountain Pass en Californie est l'une des plus riches en ETR Cautions en Occident et a été au centre des efforts des États-Unis pour relancer leur industrie nationale des terres rares.
  3. Australie: Une exploitation minière importante a lieu à la mine Mount Weld en Australie occidentale, l'un des gisements d'ETR les plus riches en dehors de la Chine.
  4. Russie et Kazakhstan: Les deux pays disposent de ressources considérables en ETR et s’efforcent d’augmenter leurs capacités de production.
  5. Inde: Possède plusieurs petites mines contribuant à la fois aux besoins intérieurs et à des exportations limitées.
  6. Brasil: Possède un potentiel important en ETR, notamment dans les États de Minas Gerais et de Goiás.
  7. Vietnam: Possède un potentiel de production important d'ÉTR, avec d'importants gisements encore à exploiter pleinement.

Techniques d'extraction et traitement des ETR

L’exploitation des ETR implique plusieurs processus complexes et à forte intensité de main-d’œuvre :

  • extraction: Les ETR sont extraits du sol à l'aide de techniques minières traditionnelles, notamment l'exploitation à ciel ouvert et, plus rarement, l'exploitation souterraine.
  • Concassage et broyage: Le minerai est concassé et broyé pour réduire la taille des particules de roche et exposer les minéraux contenant les ETR.
  • Concentration: Le minerai concassé est traité par flottation et d'autres méthodes pour augmenter la concentration en ETR.
  • Séparation: Le minerai concentré subit des procédés de séparation chimique pour individualiser chaque élément. Cela se fait souvent par extraction par solvant, où différents solvants se lient sélectivement à différents ETR.
  • Raffinage: Enfin, les éléments séparés sont raffinés à des niveaux de pureté élevés pour un usage industriel.

Défis environnementaux et géopolitiques associés à l’exploitation minière des ETR

Défis environnementaux:

  • Phytotoxicité: Le traitement des ETR génère des quantités importantes de déchets toxiques et radioactifs, qui présentent de graves risques environnementaux et sanitaires s'ils ne sont pas gérés correctement.
  • Dégradation du sol: Les opérations minières à grande échelle perturbent les écosystèmes locaux, conduire à l’érosion des sols, à la déforestation et à la contamination des sources d’eau.
  • L'épuisement des ressources: La forte demande en ETR peut conduire à une surexploitation de ces ressources, affectant leur disponibilité et conduisant à des efforts d'exploitation minière plus intensifs et préjudiciables à l'environnement.

Défis géopolitiques:

  • Sécurité d'approvisionnement: Les pays fortement dépendants des ETR pour leurs industries technologiques, en particulier ceux qui ne disposent pas de sources nationales, sont confrontés à des risques importants liés aux ruptures d'approvisionnement de la part des principaux pays producteurs.
  • Contrôle du marché: La domination de la Chine sur le marché des ETR lui confère un levier considérable sur les autres pays, influençant ainsi l'économie et la politique mondiales.
  • Sécurité nationale: Les ETR sont cruciaux pour les technologies de défense, ce qui fait de l'accès sûr et fiable à ces matériaux un problème de sécurité nationale pour de nombreux pays.

Ces problèmes environnementaux et géopolitiques nécessitent une gestion prudente et une coopération internationale pour garantir que l’extraction et la transformation des ETR sont durables et équitables. Des efforts visant à recycler les ETR et à développer des matériaux alternatifs pouvant les remplacer dans certaines applications sont également en cours pour atténuer certains de ces défis.

Applications des éléments de terres rares en technologie

Figure 1. Applications américaines REE. Remarque : Adapté [réimprimé] de « Rare Earths Infographic Rev », par Thorium Energy Alliance, sd (https://bit.ly/3EYEYeN).

1. Électronique

Les éléments de terres rares (REE) font partie intégrante de divers appareils électroniques, améliorant les performances et permettant des fonctionnalités qui seraient autrement difficiles à réaliser :

  • Smartphones: Les ETR sont utilisés dans la production de composants de smartphones tels que des haut-parleurs, des microphones et des vibrateurs. Le néodyme, par exemple, est utilisé dans les aimants qui rendent les haut-parleurs et les microphones plus compacts mais plus puissants.
  • Ordinateur: Les ETR tels que l'yttrium et l'europium sont essentiels à la production des couleurs sur les écrans d'ordinateur. Le terbium peut être trouvé dans les dispositifs à semi-conducteurs comme les semi-conducteurs.
  • Appareils photos: Le lanthane est utilisé dans les objectifs des appareils photo pour améliorer la clarté et la correction des couleurs en raison de son indice de réfraction élevé et de ses faibles propriétés de dispersion.

2. Énergie

Dans le secteur des énergies renouvelables, les ETR jouent un rôle essentiel dans la fonctionnalité et l’efficacité de diverses technologies :

  • Éoliennes: Les aimants en néodyme sont utilisés dans les aimants permanents haute performance qui sont essentiels aux générateurs des éoliennes. Ces aimants permettent de créer des générateurs plus petits, plus légers et plus efficaces.
  • Panneaux solaires: Certains panneaux solaires avancés utilisent du cérium pour polir les surfaces en verre, et d'autres ETR peuvent être utilisés dans les phosphores des cellules solaires.
  • Piles et batteries: Les ETR tels que le lanthane et le cérium sont utilisés dans les batteries nickel-hydrure métallique, que l'on retrouve dans de nombreux véhicules hybrides et systèmes de stockage d'énergie renouvelable.

3. Automobile

L’industrie automobile bénéficie considérablement des propriétés uniques des ETR, notamment dans le développement de technologies plus durables :

  • Véhicules électriques (VE): Les moteurs de nombreux véhicules électriques s'appuient sur des aimants permanents à base de néodyme pour fonctionner efficacement. Ces aimants contribuent aux hautes performances et à la durabilité requises pour les applications automobiles.
  • Technologies hybrides: Les ETR comme le lanthane sont des composants clés des batteries utilisées dans les voitures hybrides, améliorant le stockage et la production d'énergie.

4. La défense

Dans la technologie de défense, les propriétés des ETR sont exploitées pour leurs caractéristiques améliorant les performances :

  • Systèmes de guidage: Le gadolinium et le samarium, aux propriétés magnétiques et thermiques exceptionnelles, sont utilisés dans les munitions à guidage de précision et les gyroscopes.
  • Équipement de vision nocturne: Les terres rares comme le néodyme et l'erbium sont essentielles pour les lunettes de vision nocturne, car elles améliorent les capacités d'amplification de la lumière.
  • Systèmes de communication: Divers REE sont utilisés dans les appareils de communication hautes performances, les rendant plus fiables dans des conditions extrêmes et améliorant les capacités de traitement du signal.

Conclusion

Les diverses applications technologiques des ETR mettent en évidence leur rôle essentiel dans l’avancement des technologies modernes et futures. Leurs propriétés magnétiques, optiques et électriques uniques permettent des progrès dans un large éventail d’industries, de l’électronique grand public de tous les jours aux systèmes de défense critiques. À mesure que la technologie continue d'évoluer, la demande pour ces éléments est susceptible d'augmenter, soulignant la nécessité de pratiques minières durables et d'exploration de matériaux alternatifs ou de méthodes de recyclage pour atténuer l'impact environnemental.

Impact économique des éléments de terres rares (REE)

L’impact économique des éléments de terres rares (ÉTR) est profond et multiforme, influençant les marchés mondiaux, les industries technologiques et la dynamique géopolitique. Voici une liste des principaux domaines dans lesquels les ETR exercent une influence économique significative :

1. Technologie et innovation

Les ETR sont essentiels à de nombreuses technologies de haute technologie et vertes, essentielles aux transitions numérique et écologique en cours à l’échelle mondiale. Ils permettent la miniaturisation et l'amélioration des appareils électroniques tels que les smartphones et les ordinateurs portables, et sont indispensables au développement de technologies d'énergie renouvelable telles que les éoliennes et les véhicules électriques (VE). La transition vers des technologies plus durables et plus efficaces repose en grande partie sur les propriétés uniques des ETR, conduisant à la croissance des secteurs qui fabriquent ces produits.

2. Chaîne d'approvisionnement et fabrication

Les secteurs manufacturiers des pays ayant accès aux ETR ou à la technologie pour les transformer bénéficient d’un avantage concurrentiel. Cela est évident dans la domination de la Chine, qui non seulement exploite mais transforme également une partie importante des ETR mondiaux. Ce contrôle de l’offre a fait de la Chine un acteur central dans la chaîne d’approvisionnement mondiale pour les technologies nécessitant ces éléments, influençant tout, depuis les coûts de production jusqu’à l’innovation dans les techniques de fabrication.

3. Commerce mondial et géopolitique

L’importance stratégique des ETR en a fait un point central des relations internationales et des politiques commerciales. Les pays qui dépendent de ces éléments pour leurs industries technologiques sont souvent désavantagés dans les négociations avec les pays fournisseurs. Cela a conduit à des tensions géopolitiques, en particulier là où les pays font pression pour diversifier leurs approvisionnements afin d'éviter de dépendre d'une source unique, principalement la Chine. Les efforts visant à établir des approvisionnements alternatifs et à améliorer le recyclage des ETR sont en partie motivés par ces pressions économiques et géopolitiques.

4. Création d'emplois et développement économique

Les régions qui investissent dans les installations d’extraction et de traitement des ETR peuvent connaître un développement économique et une création d’emplois importants. Cependant, les avantages sont souvent contrebalancés par la nécessité d’investissements substantiels dans la technologie et les infrastructures pour gérer les impacts environnementaux de l’exploitation minière des ETR. Par exemple, les États-Unis et l’Australie investissent activement dans l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement des ETR, depuis l’exploitation minière jusqu’aux capacités de transformation avancées, dans le but de créer des emplois et de renforcer leurs bases industrielles.

5. Volatilité des prix et dynamique du marché

Le marché des ETR est soumis à une forte volatilité des prix en raison de leur nature critique et de la concentration de la chaîne d'approvisionnement. Les perturbations de l'approvisionnement, qu'elles soient dues à des troubles politiques, à des différends commerciaux ou à des réglementations environnementales, peuvent entraîner de fortes augmentations de prix qui se répercutent sur de nombreux secteurs. Cette volatilité encourage les investissements dans le recyclage des ETR et le développement de matériaux alternatifs susceptibles de réduire la dépendance aux terres rares extraites.

6. Coûts et investissements environnementaux

L’extraction et le traitement des ETR entraînent des coûts environnementaux élevés, qui peuvent se traduire par des charges économiques dues au nettoyage, au contrôle de la pollution et aux impacts sur la santé des communautés locales. Des investissements dans des technologies de transformation plus propres et plus efficaces sont nécessaires pour atténuer ces impacts, ajoutant ainsi une autre couche à l’analyse économique de la production d’ÉTR.

Conclusion

L’impact économique des ETR s’étend à diverses dimensions de l’économie mondiale, depuis le renforcement des capacités des industries de haute technologie jusqu’à l’influence sur les politiques commerciales internationales. Alors que le monde se tourne de plus en plus vers des solutions technologiques pour relever les défis énergétiques et environnementaux, le rôle des ETR ne fera que croître, soulignant la nécessité de pratiques durables et de stratégies économiques robustes pour gérer efficacement ces ressources critiques.