Lanthanides et enjeux du recyclage
Les lanthanides et les enjeux du recyclage émergent dans notre monde de la transition énergétique.
Les lanthanides appartiennent ainsi à un groupe comprenant quinze éléments dans la classification périodique.
Ce sont des éléments chimiques de Mendeleïev (du lanthane (Z = 57) au lutécium (Z = 71)).
On classe ces métaux rares en deux sous-groupes :
- le sous-groupe du cérium : il rassemble le lanthane, le cérium, le praséodyme, le néodyme, le prométhéum et le samarium (éléments de numéros atomiques Z = 57 à 63 ou terres cériques de type du cérium)
- le sous-groupe de l’yttrium : il comprend l’europium, le gadolinium, le terbium, le dysprosium, l’holmium, l’erbium, le thulium, l’ytterbium et le lutécium (éléments de numéros atomiques allant de Z = 64 à 71, ou terres yttriques).
Par contre, le scandium et l’yttrium qui sont comparables aux lanthanides forment un autre sous-ensemble de terres rares.
Les terres rares et les lanthanides deviennent précieux en raison de leurs propriétés chimiques ou physiques.
Gisements
En fait, les terres rares sont des métaux que l’on nomme aussi Éléments de Terres Rares (ETR)
De même, ils ne sont pas si rares sur la planète car ils font partie des éléments les plus présents.
C’est le cas ainsi du lithium, 33° élément le plus abondant sur terre, qui ne se trouve pas sous une forme métallique à l’état natif.
Il est d’ailleurs extrait par lixiviation de roches magmatiques dites pegmatites comme le silicate de type spodumène, la lépidolite, la pétalite et les argiles.
Les ETR se présentent commercialement sous forme d’oxydes, de sels ou de métaux.
Par contre on ne recycle actuellement que 1 % des terres rares.
La difficulté réside avant tout dans l’absence d’une filière structurée.
Il faudrait en effet établir trois opérations pour pouvoir organiser le recyclage des terres rares et des lanthanides mis en déchets :
- collecte séparative pour les distinguer des autres flux de déchets
- prise en charge par des filières spécifiques pour traiter les déchets
- réinsertion des matériaux recyclés dans le circuit de la production
Mais une telle filière ne serait pas immédiatement rentable.
Par contre, une telle filière permettrait indéniablement de réduire la consommation de nos ressources primaires.
Mines et Commerce
La Chine, qui détient le monopole, a instauré des quotas à l’exportation des terres rares depuis notamment 2004.
Les industries occidentales de haute technologie sont ainsi confrontées aujourd’hui à un problème d’approvisionnement.
La sécurisation de l’approvisionnement est donc devenue stratégique.
De surcroît avec le développement des nouvelles technologies écologiques.
Cela pousse même les États-Unis à reprendre aussi leur activité minière pour extraire des terres rares.
La mine de Mountain Pass, fermée auparavant pour des raisons environnementales, a donc repris son activité.
Par contre, les métaux et terres rares sont exploités avec des techniques complexes.
Ces techniques engendrent notamment des productions très polluantes avec des produits chimiques.
En plus, en raison des coûts de production prohibitifs, ces matières critiques sont peu rentables.
Les lanthanides et les enjeux du recyclage émergent ainsi de plus en plus.
Enjeux du recyclage
Le recyclage figure donc parmi les solutions pour abaisser la nouvelle tension sur le marché des métaux rares.
Cette tension peut d’ailleurs elle même freiner la transition écologique.
Un générateur d’éolienne nécessite par exemple plusieurs centaines de kilos de néodyme.
Un moteur de véhicule hybride en nécessite ainsi à lui seul 1kg.
Le recyclage comme alternative à l’exploitation minière peut ainsi inverser les impacts désastreux de ces métaux et terres rares sur l’environnement.
Parmi les initiatives prises, la firme Rhodia possède deux usines pour recycler les terres rares se trouvant dans les lampes fluo compactes en fin de vie par exemple.
Mais la technique reste polluante.
Il faut en effet dissoudre des poudres de produits contenant des terres rares dans des bains d’acide nitrique.
Cela entraine donc une production de polluants qu’il faut en plus retraiter.
D’autres technologies peuvent être concernées aussi par le recyclage :
- additifs verriers (à base de cérium)
- alliages métalliques
- aimants des moteurs de disques durs, des éoliennes, des équipements automobiles, (à base de néodyme, de praséodyme, de dysprosium ou de samarium)
- catalyse fabriquée pour le raffinage pétrolier (lanthane) et les automobiles (cérium)
- piles des objets portables et connectés (à base de lanthane ou de cérium)
- lampes fluorescentes
- panneaux photovoltaïques
- smartphones (voir notre article)
Une autre piste existe aussi avec la recherche et le développement de matériaux de substitution.
La recherche porte notamment sur la synthèse de polymères de coordination à base de lanthanide, l’auto-assemblage de structures polynucléaires et la formation d’assemblages polymétalliques.
Tableau des Terres Rares
| Métaux Rares | Terres Rares (& Lanthanides) | Autres | Stratégiques |
| Antimoine | légères | Argent | Antimoine |
| Baryte | Cérium (Lanth.) | Cuivre | Béryllium |
| Béryllium | Lanthane (Lanth.) | Mercure | Cobalt |
| Bismuth | Néodyme (Lanth.) | Nickel | Gallium |
| Borate | Praséodyme (Lanth.) | Or | Germanium |
| Charbon à coke | Prométhium (Lanth.) | Plomb | Graphite |
| Cobalt | Samarium (Lanth.) | Zinc | Lithium |
| Gallium | Scandium | Molybdène | |
| Germanium | Niobium | ||
| Graphite naturel | lourdes | Rhénium | |
| Indium | Dysprosium (Lanth.) | Bastnäsite | Sélénium |
| Magnésium | Erbium (Lanth.) | Carmeltazite | Tantale |
| Niobium | Europium (Lanth.) | Monazite | Tungstène |
| Palladium | Gadolinium (Lanth.) | Xénotime | |
| Platine | Holmium (Lanth.) | Platinoïdes ou MGP | |
| Rhodium | Lutécium (Lanth.) | Iridium | |
| Silicium métal | Terbium (Lanth.) | Palladium | |
| Spath fluor | Thulium (Lanth.) | Rhodium | |
| Tantale | Ytterbium (Lanth.) | Platine | |
| Tungstène | Yttrium | Ruthénium | |
| Vanadium | Osmium |
Alors que les terres rares et les Lanthanides et enjeux deviennent des enjeux stratégiques et critiques aucune mesure concrète n’organise leur recyclage.
Article : P. du Chélas
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Photo : Québec science & Pixabay.com
