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Encore des questions récurrentes, à propos des "Terres Rares". Qu'est-ce que c'est ? Pourquoi sont elles rares etc., etc...

Mine de Terres rares.jpg

LES TERRES RARES

Terres rares raffinées - BRGM.jpg

Note liminaire :

vous trouverez souvent le sigle, REE (Rare Earth Element),  dans la littérature pour désigner les Terres rares.

Pourquoi "Terres" et pourquoi "Rares" ?

Leur nom Terres rares s’explique par l’époque de leurs découvertes successives au 18 et 19ème siècles dans des minerais d’oxydes réfractaires au feu, que l’on appelait « terres » en ce temps-là.
Ces minerais étaient peu courants, très dispersés et difficiles à séparer, on les considérait donc comme « rares ». Leurs propriétés géochimiques sont la cause de leur répartition très inégale dans la croûte terrestre avec des concentrations très faibles et donc économiquement peu rentables.

Qu'est-ce donc que les "Terres rares" ?

Les terres rares sont un groupe de dix-sept éléments chimiques regroupés ensemble dans le tableau périodique. Le groupe se compose de l’yttrium et des 15 éléments lanthanides, lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium et lutétium. Le scandium se trouve dans la plupart des gisements de terres rares et est classé comme un élément de terres rares par l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée qui l’inclut dans sa définition des terres rares.

 

Les terres rares sont toutes des métaux, et le groupe est souvent appelé « métaux de Terres rares » ou encore « éléments de Terre rares » . Ces métaux ont de nombreuses propriétés similaires, ce qui les amène souvent à être trouvés ensemble dans les gisements. Ils sont également appelés « oxydes de terres rares » parce que beaucoup d’entre eux sont généralement vendus comme composés oxydes.

Terres rares tableau 2.png
Tableau des éléments de Terres Rares.jpg

Sous leur 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.

 

Ce sont les structures internes de ces dix-sept atomes qui sont très originales. À la différence des autres éléments du tableau périodique, les terres rares ont des électrons internes, “cachés” à l’intérieur de l’atome. Ces électrons sont appelés 4f. Ils donnent à chaque terre rare des propriétés physiques exceptionnelles, très différentes d’ailleurs les unes des autres.
Leurs propriétés électromagnétiques proviennent de leur configuration électronique avec remplissage progressif de la sous-couche 4f, à l'origine du phénomène appelé contraction des lanthanides.

sept niveaux d électrons.png

Les Terres rares sont-elles réellement "rares" ?

Les terres rares ne sont pas aussi « rares » que leur nom l’indique. Le thulium et le lutétium sont les deux éléments de terres rares les moins abondants - mais leur abondance moyenne dans la croûte terrestre est près de 200 fois supérieure à l’abondance de l’or  [1]. Cependant, ces métaux sont très difficiles à extraire car il est inhabituel de les trouver à des concentrations suffisamment élevées pour une extraction économique.

C'est le projet Manhattan, la mise au point de la première bombe atomique, qui provoque la production en grandes quantités, le chimiste canadien Frank Spedding [2] mettant au point des techniques de séparation par échange d'ions [3] sur résines qui permettent d’obtenir des terres rares à l’état pur.

Les éléments de terres rares les plus abondants sont le cérium, l’yttrium, le lanthane et le néodyme [4]. Ils ont des abondances moyennes dans la croûte terrestre qui sont similaires aux métaux industriels couramment utilisés tels que le chrome, le nickel, le zinc, le molybdène, l’étain, le tungstène et le plomb [1]. Encore une fois, on les trouve rarement à des concentrations extractibles de façon économique.

Répartition en % des Terres rares.jpg
  1. Concepcion Cascales, Pactrick Maestro, Pierre-Charles Porcher, Regino Saez Puche, « Lanthane et lanthanides : 2. État naturel», sur Encyclopædia Universalis (consulté le 16 mars 2015).

  2. Frank Harold Spedding (22 octobre 1902 - 15 décembre 1984) était un chimiste canado-américain. Il était un expert renommé des éléments des terres rares et de l’extraction des métaux à partir de minéraux. Le processus d’extraction de l’uranium a permis au projet Manhattan de construire les premières bombes atomiques.

  3. Échange d’ions : https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_exchange

  4.  Alain Lévêque et Patrick Maestro, Techniques de l'ingénieur, Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique, Terres rares, réf. J6630, 1993.

Classement par n° atomique et étymologie.

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Marchés et Production 

Juillet 2021...

Documents BRGM

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Terres raes, un marché en forte extension.jpg
Evolution des prix du Néodym et du dysprosium, 2005-2021.jpg
Prix EER légères et yttrium, gadolinium - 2017-2022.jpg
Utilisation des EER - 2021.jpg
Augmentation des capacités chinoises de production en aimants permanents.jpg
Le marché des EER en 2021.jpg

Nouveaux acteurs et structurations de "chaînons manquants" dans le reste du monde.

Face à ce constat, un certain nombre de pays tente de valoriser la montée en puissance de filières de production de TR pour réduire les risques de dépendance aux importations chinoises. 

La figure suivante résume la chaine de valeur de la mine à la production des aimants permanents Nd-Fe-B.

Exemples de quantités de Terres rares utilisées.jpg
De la minee à l'aimant permanent.jpg

L'Australie, un nouveau leader mondial sur le secteur des terres rares ?

Avec l’essor des marchés liés à la transition énergétique, les terres rares sont devenues stratégiques. Aujourd’hui, la Chine représente près de 80% de la production mondiale de terres rares et concentre la majorité des usines de traitement et de séparation. Mais, en 10 ans, et alors que de nombreux sites restent encore inexploités ou inexplorés, l’Australie s’est élevée au rang de 2e producteur mondial.

Utilisations des Terres rares.

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Dates de découverte et filiation des Terres rares.

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Yttrium

En 1787, un minéralogiste amateur suédois, Carl Axel Arrhenius, découvre dans les carrières de feldspath d'Ytterby, un nouveau minéral qu'il appelle « ytterbite » : c’est un nouvel oxyde que l’on nomme yttria et ce nouvel élément chimique est appelé yttrium .

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Cérium

C’est en 1803, que le cérium est identifié par Martin Heinrich Klaproth en Allemagne et en Suède par Jöns Jacob Berzelius et Wilhelm Hisinger

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Prométhium

C’est une longue histoire qui commence en 1902, lorsque Bohuslav Brauner, qui fait des recherches sur les propriétés chimiques des Terres rares, a prédit l'existence d'un élément entre le néodyme et le samarium. En 1914, Henry Moseley découvre que le numéro atomique est une propriété mesurable des éléments, et constate qu'aucun élément connu n'avait le numéro atomique 61. Les chercheurs se mettent à la recherche de l’élément manquant dans le tableau des lanthanides. Plusieurs découvertes d’un nouvel élément 61 seront des découvertes erronées, le florentium en 1924, l’illinium en 1926, le cyclonium en 1941.
C’est en 1945 qu’une équipe de l'Oak Ridge National Laboratory, du Tennessee, Charles D. Coryell, Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin et Harold G. Richter, le découvrent en séparant et analysant les produits de fission de l'uranium irradié dans un réacteur nucléaire au graphite. Très occupés par les recherches nucléaires militaires de la guerre, l’annonce de la découverte n'est faite qu'en 1947.

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Minéralogie des Terres rares.

Minéraux produisant des Terres rares.

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