Les terres rares sont des matériaux qui constituent un ensemble de 15 à 17 éléments métalliques du tableau périodique aux propriétés chimiques très voisines.
Classification et types des terres rares
Quels éléments retrouve-t-on dans les terres rares ?
Les terres rares comprennent :
- les lanthanides, 15 éléments de numéros atomiques allant de 57 à 71 (du lanthane au lutécium)
- l’yttrium (Y, numéro atomique 39). Leurs propriétés chimiques sont similaires aux lanthanides et qui se retrouve toujours associé à ces dernières dans les gisements.
- Certains ajoutent le scandium (SC, numéro atomique 21), mais il convient de préciser que le scandium ne se concentre pas dans les mêmes gisements que les autres terres rares.
Ces éléments sont appelés « rares » non pas en raison de leur rareté absolue dans la terre, mais plutôt à cause de leur concentration à certains endroits, plaçant certains pays pays dans une situation de quasi-monopole sur l’extraction de ces matières. La rareté est donc d’ordre industrielle que naturelle et n’est nullement similaire à la rareté de matériaux précieux comme l’or ou le platine.
Les terres rares sont une sous catégorie spécifique des matériaux dits critiques, qui sont une famille plus large de matériaux qui ont un intérêt stratégique à moyen terme du fait de leur rôle central dans l’industrie et pour répondre aux besoins de la transition énergétique. Parmi eux, on trouve le lithium, le cobalt, le cuivre, l’aluminium etc… (et les terres rares). Ces matériaux utilisés en particulier dans les batteries de stockage (pour véhicule électrique principalement) posent de réels défis qui ne sont pas abordés dans cet article consacré aux terres rares.
Type de terres rares
On peut distinguer deux catégories principales de terres rares : les terres rares légères et les terres rares lourdes. Cette distinction repose principalement sur la différence de leurs propriétés atomiques et de leur abondance relative.
- Les terres rares légères, comme le lanthane, le cérium, le praséodyme et le néodyme, sont plus abondantes et largement utilisées dans la fabrication d’aimants permanents et de batteries.
- Les terres rares lourdes, telles que le gadolinium, le terbium, le dysprosium, sont moins courantes, mais cruciales pour des applications nécessitant des matériaux avec des propriétés magnétiques, optiques ou de superconductivité spécifiques.
Extraction et production des terres rares
L’extraction et la production des terres rares se concentrent principalement dans des zones minéralisées spécifiques, où ces éléments sont économiquement exploitables. La mine de la région de Bayan Obo en Chine, la mine de Mountain Pass aux États-Unis et la mine de Mount Weld en Australie sont parmi les plus grandes sources d’approvisionnement de terres rares. Le processus d’extraction implique souvent l’utilisation de techniques avancées, comme l’hydrométallurgie et la pyrométallurgie, pour séparer les terres rares des autres minéraux en raison de leur similarité chimique. Ce paramètre rend la séparation des terres rares, complexe et coûteuse. Leur extraction est particulièrement polluante.
Pourquoi les terres rares sont-elles importantes ?
L’importance des terres rares réside dans leurs propriétés uniques qui les rendent essentielles dans de nombreux domaines de haute technologie. Ils sont critiques pour la fabrication d’aimants permanents. De plus, les terres rares sont utilisées dans une multitude d’applications : catalyseurs dans l’industrie automobile, appareils d’imagerie médicale, équipements militaires, dispositifs de stockage d’énergie, piles rechargeables, lecteur DVD, ordinateur portable...
Applications des terres rares dans la transition énergétique
Il existe une idée reçue selon laquelle les terres rares sont indispensables aux technologies liées aux énergies renouvelables. En réalité, bien que des éléments comme le néodyme et le dysprosium soient utilisés dans les aimants permanents de certains modèles d'éoliennes (lien), notamment les éoliennes en mer, cette utilisation est minoritaire, surtout en France où plus de 90 % des éoliennes au global n'en contiennent pas et seulement 6 % des éoliennes terrestres en contiennent (Source : Ademe). Même à un horizon moyen terme, l’Ademe estime qu’une capacité éolienne en mer de 120 GW dans le monde, le besoin pour les éoliennes en mer représenterait environ 6 % de la production annuelle en néodyme et plus de 30 m de la production de dysprosium. De plus, des modèles d’éolienne en mer proposent de ne pas utiliser d’aimants permanents.
Les technologies photovoltaïques (lien) courantes n'emploient pas de terres rares, excepté pour une petite proportion (10 %) de technologies de couches minces. Les énergies renouvelables, comme les autres industries, consomment effectivement des matériaux, et certains matériaux critiques, mais pas ou très peu de terres rares. Parmi les batteries de stockage de l’électricité utilisée, seules les batteries nickel-hydrure métallique (NiMH) présentent une présence de terres rares, mais leur utilisation restera très marginale selon l’Ademe.
Quelques terres rares sont utilisées dans les véhicules électriques.
Défis environnementaux et géopolitiques de l’extraction des terres rares
L’extraction des terres rares soulève des défis environnementaux significatifs, notamment en raison des effets de la dispersion des polluants et des résidus de traitement des minerais qui incluent des substances toxiques et radioactives. Géopolitiquement, la concentration de la production de terres rares en Chine, qui contrôle environ 90 % de la production mondiale, pose un risque d’approvisionnement. Cela influence aussi les dynamiques économiques et politiques mondiales. Pour pallier cette dépendance, l’Union européenne cherche à diversifier ses sources et à développer des capacités de recyclage des terres rares. Cette stratégie vise à atténuer les risques associés à la crise des terres rares qui pourrait survenir en cas de perturbations politiques ou commerciales. C’est aussi un enjeu en matière de droits humains considérant les conditions de travail dégradées et les risques en matière de santé qu’engendre leur extraction.
C’est aussi un enjeu en matière de droits humains considérant les conditions de travail dégradées et les risques en matière de santé qu’engendre leur extraction.
Alternatives pour limiter l’extraction de terres rares
Face aux risques liés à leur approvisionnement et aux impacts environnementaux, des efforts sont également déployés pour améliorer les processus de recyclage des terres rares, bien que cela reste limité en raison des défis technologiques et économiques. Actuellement, moins de 1 % des déchets de terres rares sont recyclés, soulignant la nécessité d’investir dans des technologies de recyclage plus efficaces. Des recherches sont aussi en cours pour développer des technologies alternatives qui n’utilisent pas de terres rares.
Finalement, la question globale que soulève ce sujet des terres rares, c’est la question de nos besoins. Plus nos besoins se limiteront à l’essentiel, notamment pour réaliser la transition énergétique, moins nous aurons besoin de recourir à ces terres rares.