Terres rares : vers un avenir sans ?
Catégorie : Technologie
Par Vladimir Rigolet
Le 23 février 2023
Les terres rares sont présentes partout, écrans plats, smartphones, disques durs, catalyseurs pour automobiles, batteries pour véhicules électriques et hybrides, panneaux solaires. Tous utilisent un ou plusieurs des 17 éléments catalogués parmi les terres rares. Cependant, leur rareté, leur coût ainsi que leur impact sur l’environnement pousse les industriels à innover. Les faits sur les terres rares Les terres rares sont devenus indispensables de nos jours. Elles sont nécéssaires dans la fabrication des composants d’objets de haute technologie. On peut trouver les terres rares dans les batteries de voitures électriques ou hybrides, les puces de smartphone, les LED, les écrans d’ordinateurs portables ou télévisions. Les terres rares sont aussi utilisées dans les technologies qui servent à la production d’énergies renouvelables. C’est le cas éoliennes et les panneaux photovoltaïques. D’autant plus que de nombreux pays se lancent dans une décarbonisation massive, notamment la France avec l’agrivoltaïsme. La chine est le premier producteur mondial de terres rares avec une production estimée à 168 000 tonnes en 2021. La chine à elle seule représente 61% de la production mondiale. Elle est suivie par les Etats-Unis avec une production estimée à 43 000 tonnes en 2021. (Statista) Les aimants représentent la plus grande utilisation mondiale de terres rares avec 43% de la demande totale en 2021. La Chine en est le premier producteur mondial mais le Canada possède certaines des plus importantes réserves et ressources connues de terres rares au monde. Cependant, la production nécessite des processus complexes de séparation et de raffinage. Les problèmes des terres rares Des éléments toxiques sont rejetés dans l’environnement lors de l’extraction et du raffinage des terres rares, : des métaux lourds, de l’acide sulfurique, et même de l’uranium. . Les minerais de terres rares se présentent sous la forme de mélange de ces différents éléments, or les propriétés chimiques des lanthanides sont très proches ce qui rend difficile leur séparation. Les méthodes de séparation utilisées aujourd’hui font appel à des procédés complexes – extraction liquide-liquide, résines échangeuses d’ions, etc. En 1998, les Etats-Unis furent contraints de fermer la mine à ciel ouvert de Mountain Pass, en Californie, après que des milliers de litres d’eau radioactive aient été accidentellement déversés dans la nature. Une réouverture du site a néanmoins été annoncée en 2013. En Mongolie intérieure (région de Chine), la radioactivité mesurée dans les villages près de la mine de Baotou serait 32 fois supérieure à la normale, contre 14 fois à Tchernobyl. Depuis quelques années le prix de ces métaux s’envole sur le marché des matières premières. Certains de ces composants ont vu leur coût grimper de plus de 300%. Cette forte hausse, galvanisée par l’annonce par les autorités chinoises de l’instauration de taxes supplémentaires à l’exportation et par des réserves minières désormais insuffisantes à répondre à la demande mondiale, impacte tout particulièrement un secteur qui, bien que centenaire, se trouve déjà en pleine mutation technologique. La Playstation 5 en est un des parfait exemples. En effet, la dernière console de Sony se retrouvait très souvent à cours de stock. Le problème étant que certains matériaux étaient très souvent manquants, faisant donc patienter les fans pendants de longs mois. Les normes environnementales, les coûts de production élevés et les faibles concentrations en métaux rares de certains gisements pousse les dirigeants et les industriels à repenser les modes d’approvisionnement de ces métaux et à leur chercher des produits de remplacement. Les solutions ou alternatives Alternatives aux terres rares Des pistes sont aujourd’hui explorées pour produire de façon moins polluante et s’affranchir des fluctuations de prix sur les marchés. La première solution consiste à développer les recherches dans le domaine de la chimie du solide. Le but étant de mettre au point de nouveaux matériaux pouvant se substituer à ceux contenant des terres rares. C’est ce que de nombreuses marques sont en train de développer. C’est le cas de Bosch ou Renault mais aussi avec des start-ups telles que Hive Electric. Des travaux ont montré qu’en nano-structurant des particules contenant des éléments simples et largement disponibles comme le fer, le cobalt et le carbone, il est possible d’obtenir des propriétés magnétiques rivalisant avec celles d’aimants permanents élaborés à partir de métaux rares. L’objectif de réduction de l’utilisation des terres rares est également à portée de main pour d’autres fonctions comme la catalyse en développant de nouveaux catalyseurs bimétalliques à base d’éléments de transition ou pour les accumulateurs alcalins avec la conception de nouveaux matériaux d’anodes sans terres rares, plus légers et résistant bien à la corrosion. Le recyclage Recycler plutôt que produire. Voilà ce que proposent de nombreux chercheurs pour faire face à l’accroissement de la demande en terres rares. Une solution serait donc de recycler les déchets électroniques pour en extraire les terres rares et les réutiliser. Extraire et recycler les métaux qui les composent pour pouvoir les réinjecter dans l’économie représente un enjeu considérable sur le plan technologique. C’est une voie prometteuse pour s’affranchir des gisements miniers et de leurs contraintes géographiques et environnementales. Ainsi, des industriels européens et japonais se sont lancés dans des filières de valorisation. Il recyclent les aimants permanents contenus dans nos produits high-tech. (disques durs d’ordinateurs, haut-parleurs, petits moteurs électriques) Mais également pour d’autres filières comme les batteries nickel-métal hydrure, les lampes à fluorescence ou encore les poudres de polissage des verres. Ces procédés devront toutefois rester suffisamment abordables et respectueux de l’environnement pour être viables et compétitifs vis-à-vis de la production minière. C’est le cas déjà d’Apple. Les produits fabriqués par Apple en 2021 contenaient 45 % de terres rares recyclés certifiées. Ce chiffre représente une augmentation importante depuis qu’Apple a introduit des terres rares recyclées dans ses appareils. Apple, en précurseur, a ouvert la voie aux innovations en matière de recyclage et d’approvisionnement en ressources. Le but étant d’aider ses partenaires de recyclage à poursuivre sur cette lancée dans le monde entier. Apple a annoncé aujourd’hui sa toute dernière innovation dans le domaine du recyclage : une machine baptisée Taz qui adopte une approche révolutionnaire pour améliorer la récupération
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