Les terres Rares

1 / Qui sont-elles ?

Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l’yttrium 39Y et les quinze lanthanides. Il y a 17 terres rares Le mot de terres rares vient de leur découverte à la fin du 18ème siècle. Elles étaient mélangées à d’autres minerais et donc difficiles à exploiter. Elles ne sont pas rares du tout. Ces métaux sont, contrairement à ce que suggère leur appellation, assez répandus dans la croûte terrestre, à l’égal de certains métaux usuels. L’abondance du cérium est ainsi d’environ 48 ppm1, alors que celle du thulium et du lutécium n’est que de 0,5 ppm. Sous forme élémentaire, les terres rares ont un aspect métallique et sont assez tendres, malléables et ductiles. Ces éléments sont chimiquement assez réactifs, surtout à des températures élevées ou lorsqu’ils sont finement divisés. Même s’ils sont assez répandus dans la croute terrestre, ils le sont inégalement au niveau géographique et stratégique mais nous verront cela dans un autre chapitre. Il faut attendre le projet Manhattan, dans les années 1940, pour que les terres rares soient purifiées à un niveau industriel, et les années 1970 pour que l’une d’elles, l’yttrium, trouve une application de masse dans la fabrication de luminophores des tubes cathodiques utilisés dans la télévision couleur. Du point de vue de l’économie mondiale, les terres rares font désormais partie des matières premières stratégiques. Source wikipédia

2 / Où les trouve-t-on ?

Les terres rares sont assez inégalement réparties mondialement. Même si on peut envisager d’en extraire à peu près partout, les concentrations nécessaires à la rentabilité de l’extraction sont souvent insuffisantes.

2.1 / géographie

Il y a 7 grandes exploitations de terres rares dans le monde. Selon un état des lieux à fin 2018 elles étaient réparties comme suit : 120 millions de tonnes , détenues à 37 % par la Chine, devant le Brésil (18 %), le Viêt Nam (18 %), la Russie (10 %), l’Inde (6 %), l’Australie (2,8 %)et les États-Unis (1,2 %). Source statistica

2.2/ géopolitique

Même si la chine ne possède « que » 37% des terres rares, la facilité d’extraction en fait le premier producteur de loin avec 90% des parts de marché. De plus, les conditions de pollution de l’extraction font qu’il n’existe aucune raffinerie de terres rares en dehors de Chine. Même la mine californienne de Mountain Pass qui vient de rouvrir exporte vers la Chine jusqu’à une possible prochaine autonomie. La puissance donnée à la Chine sur toute la chaine de production est sans précédent. Les terres rares couvrent certes nos usages numériques mais sont aussi présentes dans nos ampoules, pneus, retardateurs de feu, etc… Elles sont aussi la clé de la « transition énergétique » mais celle-ci dépend donc de matériaux très polluants venus de l’étranger. Si Donald Trump s’accroche au modèle du tout-pétrole au point d’en faire la condition idéale de la prospérité américaine, c’est moins par « climato-scepticisme » qu’en vertu d’un classique réflexe protectionniste : même si les Etats-Unis souhaitaient souscrire aux principes de la transition écologique actés par la Cop 21, ils ne pourraient y parvenir qu’en accroissant de manière significative leur dépendance à l’étranger. C’est une épée de Damoclès qui pend au-dessus de l’occident. Mais d’autre pays jouent aussi la carte de la spécialisation minière : le Brésil pour le niobium (90% de la production mondiale) ou encore le Congo pour le cobalt (64%), extrait par des enfants dans des conditions que dénonce Amnesty International. Serait-ce que ces pays possèdent en grandes quantités des trésors que nous n’aurions pas ? Les solutions, dont celle que choisit le Japon, sont la recherche dans le recyclage pour réexploiter ce que nous avons laissé pourrir dans les décharges. L’autre voie est celle de l’utilisation d’autres matériaux dans nos technologies. Géopolitique des terres rares

De son côté, l’Australie fait des réserves face à la guerre Chine USA Les Echos

3/ Qu’en est-il des réserves ?

Les réserves pourraient être drastiquement mises à mal en fonction du réchauffement climatique. En effet, les terres rares étants primordiales dans la transition énergétique, la demande pour un scénario à 2° pourrait dépasser l’offre. Sur le néodyme par exemple, la demande chinoise pourrait dépasser les 9000 tonnes d’ici 2025 et donc sa production propre. Cela ferait de la chine le premier producteur mondial et un importateur de la même matière. Pour un scénario à 2° il faut 44% d’énergies renouvelable contre 14% aujourd’hui. L’extraction doit donc s’intensifier. Mais dans le même temps, nous n’aurons pas besoin que de terres rares, l’aluminium, le cuivre et d’autres matériaux sont en hausse constante de la demande. Les prévisions de besoins pour 2050 sont astronomiques et les réserves connues font face à un danger redoutable : la rentabilité. En dehors des projections, la rentabilité des terres rares est très compliquée à atteindre par son mode d’extraction et de raffinage. Il augmente encore avec les normes environnementales. Du coup des projets sont en pause et l’exploration piétine à certains endroits du monde. Nous ne manquons pas encore de terres rares, nous manquons de moyens pour les chercher et les exploiter. Une réserve potentielle existe au fond du pacifique : En avril 2018, dans la revue Nature, ils estiment que ces gisements représentent sur 2 500 km2 environ 16 millions de tonnes de terres rares, à plus de 5 000 mètres de profondeur, soit 780 ans d’approvisionnement mondial en yttrium, 620 ans pour l’europium, 420 ans pour le terbium, et 730 ans pour le dysprosium selon une publication d’avril 2018 dans la revue. Une manne incroyable pour le japon

Le Groenland pourrait devenir le second producteur mondial après la chine. Le Kvanefjeld (ou Kuannersuit), est un important site géologique groenlandais connu pour être l’une des plus importantes réserves diversifiées de minéraux au monde et la sixième réserve d’uranium. On y trouve aussi une importante réserve de fluorure de sodium. C’est la raison de l’offre de D. Trump de racheter le Groenland en aout 2019.Science et avenir,
Ademe,
La transition énergétique face aux défis des métaux critiques

Mais globalement aujourd’hui les réserves sont encore bonnes. La notion de pic comme pour le pétrole n’interviendrait pas avant 2050 sans prendre en compte des découvertes possibles. Il est impossible de connaître les réserves qui peuvent être exploitables dans l’avenir. La seule certitude est le caractère non renouvelable de cette matière. Ce qui déterminera le plus la rareté est le coût d’extraction et donc le retard à l’exploration. Le coût écologique de l’extraction sera aussi un problème dans notre capacité à produire. Il y a un risque d’épuisement qui tient donc plus du cap à passer. L’investissement est trop bas en ce moment par rapport à ce qui nous attend en besoin avec la transition énergétique. Certains minerais seront en tension comme le cobalt ne sont pas assez exploré pour des questions de coût et il sera probablement trop tard quand la demande sera là. On attend pour faire les investissements sur tel ou tel marché de voir vers quelle techno tend l’avenir. Batiactu

4/ quelles sont leurs utilisations ?

Aujourd’hui on trouve les terres rares de partout. Globalement il y a déjà toute notre électronique mais pas que. Le graphique suivant recouvre les grands groupes de produits issus d’un mélange avec les terres rares.

On comprend vite qu’on les retrouve aussi dans les BTP, l’agriculture, le transport évidemment et bien d’autres secteurs. La voiture électrique ou la transition énergétique sont des grands sujets de discussion autour des terres rares. Aujourd’hui ces deux secteurs sont indissociables des terres rares et soi-disant indispensables à notre équilibre écologique. Nous verrons qu’il existe des risques de pénuries sur ces matériaux et que malheureusement, plus les dérèglements climatiques seront importants, plus il nous faudra une transition forte donc plus d’objets (éoliennes, etc…) donc plus d’extractions de terres rares. Un téléphone portable embarque environ 0,1g de terres rares mais sans elles, pas d’écran tactile ou de vibreur. Il y en a 4,5g dans un ordinateur, de 500g à 3,5Kg dans une voiture et jusqu’à 1 tonne dans une éolienne. BRGM

5/ Un polluant hors du commun

L’extraction et le raffinage des terres rares entraînent le rejet de nombreux éléments toxiques : métaux lourds, acide sulfurique ainsi que des éléments radioactifs (uranium et thorium). « Il faut injecter sept ou huit tonnes de sulfate d’ammonium dans le sol pour extraire une tonne d’oxyde, ces liquides toxiques vont résider longtemps et les conséquences seraient épouvantables si l’eau souterraine était polluée », a indiqué le vice-ministre de l’Industrie et des Technologies de l’information chinois Su Bo42. À Baotou, plus grand site chinois de production, les effluents toxiques sont stockés dans un lac artificiel de 10 km3 dont les trop-pleins sont rejetés dans le fleuve Jaune

5.1/ types de polluants

Pour avoir ces métaux rares, il faut les extraire de la roche. Tout comme l’extraction du charbon, celle des métaux rares est très polluante. Cette opération « de raffinage » porte très mal son nom, puisqu’elle nécessite de broyer les roches, puis d’utiliser une pléthore de réactifs chimiques, tels que des acides sulfuriques et nitriques…Cette opération doit être répétée environ 10 fois pour obtenir un concentré de terres rares pures (quasi 100 %) ! Les métaux rares ne sont pas radioactifs en eux-mêmes, certes, mais ils sont naturellement associés dans la croûte terrestre à des minerais radioactifs. Le raffinage produit alors des radiations dans des proportions non négligeables. Mesurée dans les villages de Mongolie-Intérieure proches de Baotou, elle y est de 32 fois la normale (à Tchernobyl, elle est de 14 fois la normale). Des travaux menés en 2006 par les autorités locales ont montré que les niveaux de thorium dans le sol à Dalahai étaient 36 fois plus élevés que dans d’autres endroits à Baotou. Conséquemment, le taux de cancer a explosé donnant à Dalahai le triste surnom de « village du cancer » ou la mortalité de cette maladie concerne jusqu’à 70% de la population. Des tas de village dans ces zones subissent le même traitement. Les hommes ne sont pas les seuls touchés. Les plantes ont commencé à pousser de moins en moins bien pour finir par ne plus pousser du tout dans ces zones. La Chine n’est pas la seule. Au Congo on a les mêmes pollutions ajoutées à une force de travail de 100000 personnes dont des enfants travaillants à mains nues. lareleveetlapeste

5.2/ Pollution de l’eau

La purification de chaque tonne de terre rare utilise environ 200m3 d’eau c’est la consommation annuelle de 5 foyers français. En chine elle n’est quasiment jamais traitée et est stockée, rejetée dans les fleuves ou dans les sols. Même dans les zones de décantations, les sols restent imprégnés des années et les pollutions ruissellent avec les pluies comme dans les bassins désertiques de Mountain Pass aux USA malgré la fermeture de la mine depuis 2002. Voir la sale guerre des terres rares (France 2)

Le traitement du minerai nécessite de l’eau mélangée à de nombreux produits chimiques dont l’acide chlorhydrique, sulfurique, nitrique ou par une solution alcaline (soude ou carbonate). Pour produire une tonne d’oxydes de terres rares, il est nécessaire d’employer de 6 à 7 tonnes de sulfate d’ammonium et de 1,2 à 1,5 tonnes d’acide oxalique. Il faut comprendre qu’après le broyage du minerai la concentration en terres rares est faible (entre 1 et 10%); elle est grandement améliorée à l’issue de la 3ème étape (entre 30 et 70 %) en laissant d’énormes quantités de résidus : il s’agit d’une mixture composée d’eau, de produits chimiques et de minéraux terreux. Ces déchets sont généralement abandonnés dans des réservoirs naturels ou artificiels entourés de digues, ce qui constitue un risque de pollution à court et long terme. Dans la plupart de cas, ces déchets contiennent des substances radioactives (uranium, thorium et autres déchets), des fluorures, des sulfures, des acides et des métaux lourds. EcoInfos

5.3/ impacts

La pollution émise par l’utilisation des terres rares reste aujourd’hui leur plus grand frein à leur exploitation. Les cancers, la radioactivité, la pollution de l’eau et l’impossibilité d’avoir des récoltes est un bon résumé de la désolation laissée par les terres rares.

6/ Recyclage et les solutions de remplacement

Le Japon est un précurseur du recyclage et dans la recherche de solutions de remplacement. Dès 2010 avec l’embargo Chinois sur les terres, ils commencent à demander à la population de recycler leurs objets usagés. Mais c’est une chimère qui se met en place et le pays mise plus sur ses réserves de grand fonds. Il y a 1/10 de gramme à récupérer par téléphone, c’est une blague face au besoin d’un pays comme celui-ci. Des entreprises se présentant comme issues du domaine des (éco-)technologies ayant besoin de scandium, d’yttrium et des lanthanides ont incité des industriels à ouvrir des unités de recyclage, dont en France avec Récylum afin de récupérer dans les lampes fluo compactes en fin de vie notamment du lanthane, du cérium, et surtout de l’yttrium, de l’europium, du terbium et du gadolinium aujourd’hui précieux. Pour cela Rhodia a ouvert une unité de récupération de poudre blanche de lampes à Saint-Fons (69), ainsi qu’une unité de récupération/retraitement à La Rochelle. Les deux sites ont été fermés fin 2016 pour manque de rentabilité. Un pôle de compétitivité, TEAM2 basé dans le Pas-de-Calais, se spécialise sur le recyclage de ces terres rares. Aujourd’hui un recyclage semble complexe pour différentes raisons. Il y a les matières dispersées (agriculture, dans d’autre matières, etc…) qui ne peuvent être récupérées. D’un autre côté, il y a les matières recyclables mais qui, même avec un taux de recyclage très correct de 80%, ne représenterons que 33% de matière d’ici 4 à 5 cycles. Point positif c’est que ces mines urbaines ont un taux de terre rares (par matériel usagé) jusqu’à 200 fois plus élevé que le minerai initial. Les systèmes de récupérations testés en France sont assez similaires. D’abord de manière mécanique, par broyage, ce qui donne lieu à un « concentré d’aimants », riche en néodyme (l’une des 17 terres rares), en fer et en bore. Il est ensuite possible, par utilisation de solutions acides, d’obtenir une solution riche en terres rares. Une fois précipitées par voie chimique, ces terres rares pourront être utilisées pour créer d’autres aimants, mais « pas les mêmes » Journal de l’environnement

Du côté des alternatives les terres rares font peur. Les menaces de quotas et les besoins de la Chine ont déjà fait trembler le marché. Les constructeurs se sont tournés vers des alternatives. Aujourd’hui les voitures électriques de type Zoé ou Tesla ne contiennent plus de terres rares, même si le problème des batteries lithium reste entier. Des projets de taille sont en cours en éolien pour des génératrices sans terres rares, qui sont toutefois plus lourdes et un peu moins efficaces. Renouvelle

La chimie des solides étudie également des pistes pour fabriquer des alternatives et un certain nombre de sociétés planchent sérieusement sur la question. Afroculture

7/ Le mensonge de la croissance verte :

Nous savons maintenant que les terres rares sont utilisées dans les LEDs, les panneaux solaires, les éoliennes et les voitures électriques. La croissance verte est-elle si verte ? La croissance verte est basée sur une chine qui pollue. C’est presque un paradigme de greenwashing. La seule solution semble être dans une énorme sobriété et dans des appareils durables. Je vous laisse le soin d’imaginer votre conclusion et votre opinion L’avis de G.Pitron