Terre rare

Liste des éléments des terres rares

Un tableau énumérant les dix-sept éléments des terres rares, leur numéro atomique et leur symbole, l'origine de leurs noms et certaines de leurs utilisations est fourni ici. Certaines des terres rares portent le nom des scientifiques qui les ont découvertes, d'autres sont nommées en fonction de l'endroit où elles ont été découvertes.

Z	Symbole	Nom	Nom Origine	Candidatures sélectionnées
21	Sc	Scandium	de Scandinavie, où le premier minerai de terre rare a été découvert.	L'alliage léger aluminium-scandium est utilisé pour les composants aérospatiaux. Il est également un additif dans certaines lampes.
39	Y	Yttrium	d'après le village d'Ytterby, en Suède, où il a été découvert.	L'yttrium est présent dans certains lasers et phosphores de télévision. Il trouve également des applications dans les supraconducteurs à haute température et les filtres à micro-ondes, les ampoules à faible consommation d'énergie
57	La	Lanthane	du grec "lanthanein", qui signifie "être caché".	Verre à haut indice de réfraction, silex, stockage de l'hydrogène, électrodes de batterie, lentilles d'appareil photo, catalyseur de craquage catalytique fluide pour les raffineries de pétrole
58	Ce	Cérium	d'après la planète naine Cérès, nommée d'après la déesse romaine de l'agriculture.	Agent oxydant chimique, poudre de polissage, couleurs jaunes dans le verre et la céramique, catalyseur pour fours autonettoyants, catalyseur de craquage catalytique fluide pour les raffineries de pétrole, silex pour briquets
59	Pr	Praséodyme	du grec "prasios", qui signifie poireau vert, et "didymos", qui signifie jumeau.	Aimants en terres rares, lasers, matériau de base pour l'éclairage à l'arc en carbone, colorant, additif dans le verre utilisé dans les lunettes de soudage,
60	Nd	Néodyme	du grec "neos", qui signifie nouveau, et "didymos", qui signifie jumeau.	Aimants à base de terres rares, lasers, couleurs violettes dans le verre et la céramique, condensateurs céramiques
61	Pm	Promethium	après le Titan Prométhée, qui a apporté le feu aux mortels.	Piles nucléaires
62	Sm	Samarium	d'après Vasili Samarsky-Bykhovets, qui a découvert la samarskite, un minerai de terre rare.	Les aimants des terres rares, les lasers,
63	Eu	Europium	après le continent européen.	Phosphores rouges et bleus, lasers, lampes à vapeur de mercure,
64	Gd	Gadolinium	d'après Johan Gadolin (1760-1852), pour honorer son enquête sur les terres rares.	Aimants à base de terres rares, verre ou grenats à haut indice de réfraction, lasers, tubes à rayons X, mémoires d'ordinateurs, capture de neutrons, agents de contraste pour IRM |-
65	Tb	Terbium	après le village d'Ytterby, en Suède.	Phosphores verts, lasers, lampes fluorescentes
66	Dy	Dysprosium	du grec "dysprositos", qui signifie difficile à obtenir.	Aimants de terres rares, lasers
67	Ho	Holmium	d'après Stockholm (en latin, "Holmia"), ville natale de l'un de ses découvreurs.	Lasers
68	Er	Erbium	après le village d'Ytterby, en Suède.	Lasers, acier au vanadium
69	Tm	Thulium	d'après la terre mythologique du nord de Thulé.	Appareils à rayons X portables
70	Yb	Ytterbium	après le village d'Ytterby, en Suède.	Lasers infrarouges, agent réducteur chimique
71	Lu	Lutetium	après Lutèce, la ville qui deviendra plus tard Paris.	Dispositifs médicaux, verre à haut indice de réfraction

Origine

Les éléments des terres rares sont plus lourds que le fer. Ils sont fabriqués par les supernovae (étoiles explosives). Dans la nature, la fission de l'uranium 238 crée de très petites quantités de prométhium radioactif. La plupart du prométhium est créé synthétiquement dans les réacteurs nucléaires.

Les éléments des terres rares changent au fil du temps en petites quantités (ppm, parties par million). Leur proportion peut être utilisée pour la datation géologique et la datation des fossiles.

Répartition géologique

Les éléments des terres rares se trouvent souvent ensemble. L'isotope le plus ancien du prométhium a une demi-vie de 17,7 ans. C'est pourquoi cet élément n'existe dans la nature qu'en très petites quantités. Le prométhium est l'un des deux éléments qui n'ont pas d'isotopes stables (non radioactifs) et qui sont suivis par des éléments stables (l'autre étant le technétium).

Comme tous les lanthanides sont de taille proche, les éléments des terres rares ont toujours été difficiles à séparer. Même après des éons de temps géologique, la séparation des lanthanides dans la nature n'est que rarement allée plus loin que la séparation entre les lanthanides légers et les lanthanides lourds, autrement connus sous le nom de terres de cérium et d'yttrium. Cette séparation géochimique est illustrée par les deux premières terres rares qui ont été découvertes. Il s'agit de l'yttrium en 1794 et du cérium en 1803. Lors de leur découverte, chacune d'entre elles était un mélange de toutes les terres rares. On trouve de grands gisements de terres cérium dans le monde entier et ils sont exploités. Les corps minéralisés pour l'yttrium sont plus rares. De plus, ils sont généralement plus petits et moins concentrés.

Production mondiale de terres rares

Jusqu'en 1948, la plupart des terres rares du monde provenaient de dépôts de sable en Inde et au Brésil. Dans les années 1950, l'Afrique du Sud a exploité la plupart des terres rares du monde. Cela s'est produit après que de larges veines d'un minéral porteur de terres rares y aient été découvertes. Dans les années 1960 et jusqu'aux années 1980, une mine en Californie était le principal producteur. Aujourd'hui, les gisements indiens et sud-africains produisent encore quelques concentrés de terres rares, mais ils sont très peu importants par rapport à la quantité produite en Chine. La Chine a produit plus de 95 % de la réserve mondiale de terres rares. La majeure partie de cette production a été réalisée en Mongolie intérieure, même si elle ne possédait que 37 % des réserves prouvées. Bien que ces chiffres aient depuis été réduits à 90 % et 23 % d'ici 2012. Toutes les terres rares lourdes du monde (comme le dysprosium) proviennent de sources chinoises de terres rares telles que le gisement polymétallique de Bayan Obo. En 2010, l'USGS (United States Geological Survey) a publié une étude qui a révélé que les États-Unis possédaient 13 millions de tonnes d'éléments de terres rares.

La nouvelle demande pour ces éléments est supérieure à l'offre. Le monde pourrait bientôt être confronté à une pénurie de terres rares. Dans plusieurs années à partir de 2009, la demande mondiale d'éléments des terres rares devrait dépasser l'offre de 40 000 tonnes par an, à moins que de nouvelles sources ne soient développées.

Chine

Ces préoccupations se sont accrues en raison des actions de la Chine. La Chine a déclaré qu'elle allait mettre en place des réglementations sur les exportations et s'efforcer de mettre fin à la contrebande. Le 1er septembre 2009, la Chine a déclaré qu'elle allait réduire ses exportations à 35 000 tonnes par an pour la période 2010-2015. La Chine a déclaré que cela était fait pour préserver les ressources rares et protéger l'environnement. Le 19 octobre 2010, le China Daily a rapporté que la Chine "réduira encore les quotas d'exportation de terres rares de 30 % au maximum l'année prochaine afin de protéger les métaux précieux de la surexploitation". Fin 2010, la Chine a déclaré que la première série d'exportations de terres rares en 2011 serait de 14 446 tonnes. Il s'agit d'une baisse de 35 % par rapport au premier cycle d'exportations de 2010. En septembre 2011, la Chine a déclaré qu'elle arrêtait la production de trois de ses huit mines de terres rares. Ces mines ont produit près de 40 % de la production totale de terres rares de la Chine. En août 2012, la Chine a déclaré qu'il y aurait une autre réduction de 20 % de la production.

En dehors de la Chine

En raison de la demande accrue et des restrictions sur les exportations de métaux en provenance de Chine, certains pays stockent des ressources en terres rares. Des recherches sont en cours pour trouver de nouvelles sources en Australie, au Brésil, au Canada, en Afrique du Sud, en Tanzanie, au Groenland et aux États-Unis. Les mines de ces pays ont été fermées lorsque la Chine a sous-coté les prix mondiaux dans les années 1990. Il faudra quelques années pour relancer la production.

L'Union européenne a demandé au protectorat danois du Groenland de limiter le développement chinois de projets en terres rares dans ce pays, car la Chine représente 95 % de l'offre mondiale actuelle. Début 2013, le gouvernement du Groenland a déclaré qu'il n'avait pas l'intention d'imposer de telles restrictions.

Le retraitement nucléaire est une autre source possible de terres rares ou d'autres éléments. La fission nucléaire de l'uranium ou du plutonium crée de nombreux éléments ainsi que tous leurs isotopes. Cependant, il est peu probable que leur création puisse se faire de manière sûre et économique en raison de la radioactivité de nombre de ces isotopes.

Recyclage

Une autre source de terres rares est constituée par les déchets électroniques et autres déchets qui contiennent une grande quantité de composants de terres rares. Les nouvelles avancées technologiques en matière de recyclage ont facilité l'obtention de terres rares à partir de ces matériaux. Des usines de recyclage fonctionnent actuellement au Japon, où il y a environ 300 000 tonnes de terres rares dans les produits électroniques non utilisés. En France, le groupe Rhodia installe deux usines à La Rochelle et à Saint-Fons. Ces usines produiront 200 tonnes de terres rares par an à partir de lampes fluorescentes, d'aimants et de batteries usagés.

Considérations géopolitiques

La Chine a déclaré que l'épuisement des ressources et les préoccupations environnementales sont les raisons du contrôle national accru de sa production de minéraux de terres rares. Des raisons non environnementales ont également été avancées pour expliquer la politique chinoise en matière de terres rares. Selon The Economist, "Réduire leurs exportations de métaux de terres rares... consiste à faire remonter les fabricants chinois dans la chaîne d'approvisionnement, afin qu'ils puissent vendre des produits finis de valeur au monde entier plutôt que des matières premières de moindre qualité".

Dans son rapport 2010 sur la stratégie des matériaux critiques, le ministère américain de l'énergie a identifié le dysprosium comme l'élément le plus critique en termes de dépendance aux importations.

Un rapport publié en 2011 par l'U.S. Geological Survey et le ministère américain de l'Intérieur, "China's Rare-Earth Industry", traite des tendances de l'industrie en Chine. Il examine les politiques nationales qui pourraient orienter l'avenir de la production du pays. Le rapport indique que la Chine a pris de l'avance dans la production de minéraux de terres rares au cours des deux dernières décennies. En 1990, la Chine ne représentait que 27% de ces minéraux. En 2009, la production mondiale était de 132 000 tonnes. La Chine a produit 129 000 de ces tonnes. Selon le rapport, les tendances récentes suggèrent que la Chine va ralentir l'exportation de ces matériaux vers le monde : "En raison de l'augmentation de la demande intérieure, le gouvernement a progressivement réduit le quota d'exportation au cours des dernières années". En 2006, la Chine a autorisé 47 producteurs et négociants nationaux de terres rares et 12 producteurs sino-étrangers de terres rares à exporter. En 2011, il n'y avait plus que 22 producteurs et négociants nationaux de terres rares et 9 producteurs sino-étrangers de terres rares. Les futures politiques du gouvernement devraient permettre de maintenir des contrôles stricts : "Selon le projet de plan de développement des terres rares de la Chine, la production annuelle de terres rares pourrait être limitée à 130 000 à 140 000 [tonnes métriques] pendant la période 2009-2015. Le quota d'exportation des produits à base de terres rares pourrait être d'environ 35 000 [tonnes métriques] et le gouvernement pourrait autoriser 20 producteurs et négociants nationaux de terres rares à exporter des terres rares".

Le Service géologique des États-Unis recherche dans le sud de l'Afghanistan des gisements de terres rares sous la protection des forces militaires américaines. Depuis 2009, l'USGS a effectué des études à distance ainsi que des travaux sur le terrain pour vérifier les affirmations soviétiques selon lesquelles des roches volcaniques contenant des métaux de terres rares existent dans la province de Helmand, près du village de Khanneshin. L'USGS a trouvé une zone de roches au centre d'un volcan éteint contenant des éléments légers des terres rares, notamment du cérium et du néodyme. Elle a cartographié 1,3 million de tonnes de roches utiles. Cela représente environ 10 ans d'approvisionnement aux niveaux actuels de la demande. Le Pentagone a estimé sa valeur à environ 7,4 milliards de dollars.

Prix des terres rares

Les éléments des terres rares ne sont pas négociés en bourse de la même manière que les métaux précieux (par exemple, l'or et l'argent) ou non ferreux (comme le nickel, l'étain, le cuivre et l'aluminium). Ils sont plutôt vendus sur le marché privé. Leurs prix sont donc difficiles à surveiller et à suivre. Toutefois, les prix sont publiés périodiquement sur des sites web tels que mineralprices.com. Les 17 éléments ne sont généralement pas vendus sous leur forme pure. Ils sont généralement distribués sous forme de mélanges de pureté variable, par exemple "Néodyme métal ≥ 99,5 %". De ce fait, le prix peut varier en fonction de la quantité et de la qualité requises par l'utilisateur final.

Production mondiale 1950-2000