Publication : Commodesk 08 mars 2012

Les Terres rares

Comment ces métaux sont passés du statut de sous-produit d’exploitation minière à celui de matières premières hautement stratégiques.

Jacques Farine

Les « terres rares » I : de l’ombre à la lumière

Ce qui nous intéresse ici dans un premier temps est le corps simple, la matière « pure », c’est-à-dire une matière qui ne peut être davantage décomposée. Parmi les 118 éléments répertoriés aujourd’hui sur la tableau périodique des éléments (la table de Mendeleïev), se côtoient aussi bien l’hydrogène que le carbone, l’or, le cuivre, l’oxygène ou le rhodium. Dans sa grande sagesse, l’Homme a classé ces éléments en fonction de leurs particularismes chimiques et atomiques pour les organiser et leurs attribuer en fonction l’une des 10 séries chimiques. Les actinides (uranium, plutonium par exemple), les gaz rares (l’hélium…), les halogènes (le fluor…), les métaux alcalins (le sodium…), les métaux alcalino-terreux (le calcium…), les métaux de transition (l’or, le cuivre, le zinc par exemple, ce sont de loin les plus nombreux), les métaux pauvres (l’aluminium…), les métalloïdes (l’arsenic…) et les non-métaux (le carbone, l’azote, l’hydrogène, l’oxygène…), les lanthanides (les fameuses « terres rares », soit 15 éléments) et pour finir, une boîte à mystère contenant aujourd’hui 6 éléments non identifiés avec certitude.

Tous les éléments se trouvent sur terre en quantité plus ou moins importante, la plupart d’entre eux à l’état solide. Certains ont été découverts et utilisés par l’homme depuis fort longtemps, en général à l’état natif, c’est le cas de l’or ou du cuivre par exemple, d’autres ont été isolés et identifiés plus récemment. Ces découvertes tardives ne sont pas le fruit du hasard. Elles n’ont été possibles que par une recherche scientifique, elle-même rendue nécessaire parce que la plupart de ces éléments ne se trouvent pas sous forme de corps simple dans la nature mais uniquement sous la forme d’amalgame, de minerais.
Le minerai. Il ne s’agit pas d’une définition scientifique à proprement parler, mais plutôt d’un terme générique, d’une terminologie directement issue de l’ère thermo-industrielle définissant le minerai comme une masse exploitable constituée de plusieurs éléments d’origine minérale dont on peut extraire une ou plusieurs matières premières. Ces minerais, issus d’un processus géologique naturel, généralement solides, inorganiques et cristallisés, sont nommés en fonction de leur composition respective de noms parfois très poétiques tels que Célestine ou Psilomelane…

Les normalisations de l’industrie et du monde marchand
L’industrie et le monde marchand ont longtemps classé sommairement les matières premières d’origine minérale en deux catégories, les métaux précieux comme l’or et l’argent d’un côté, et les métaux de base, le fer, le cuivre, le plomb… de l’autre. Progressivement, l’industrie a intégré d’autres métaux, ferreux ou non ferreux afin de pourvoir à des besoins spécifiques et grandissants. Le platine et l’aluminium en sont de bons exemples. Pourtant cette nomenclature simpliste a trouvé ses limites depuis quelques années avec l’introduction progressive sur les marchés de nouvelles matières premières d’origine minérale ne répondant ni à la classification des métaux précieux, ni à celle des métaux de base, mais dont l’importance géostratégique et la valeur marchande sont devenues incontestables.

De nombreuses et très répandues « Terres rares »
Au nombre de 17, les terres rares sont un groupe constitué des 15 métaux (rassemblés dans la série chimique des Lanthanides). Il s’agit du lanthane, du cérium, du praséodyme, du néodyme, du prométhéum, du samarium, de l’europium, du gadolinium, du terbium, du dysprosium, du holmium, de l’erbium, du thulium, de l’ytterbium et du lutétium, auxquels il convient d’ajouter le scandium et l’yttrium (qui eux, dépendent de la série chimique des Métaux de transition).
Un principe de convergence de plus en plus étroit s’établit entre le monde scientifique et le monde industriel, entre la capacité des premiers à identifier les particularismes physiques des éléments et la volonté des seconds d’y puiser de nouvelles applications industrielles puis commerciales après en avoir maîtrisé la production.
Ce principe ira en s’accélérant, porté au lendemain de la Seconde Guerre mondiale par le duel Est-Ouest et par une course aux armements effrénée et vecteur d’importants développements technologiques. À l’effondrement du bloc soviétique et au lendemain de la guerre froide, succédera l’avènement des TIC (Technologies de l’information et de la communication, à partir des années 90) puis, plus récemment encore, celui de l’essor de l’industrie dite du développement durable (rassemblant confusément sous deux majuscules, DD, des notions d’économies, de marchés, de carbone sous toute ses formes, de nouvelles technologies et de cultures biologiques…). Si l’on ajoute à cela les paramètres liés à la croissance soutenue des pays dits « émergents » que sont encore l’Inde et le Brésil et « convergents » qu’est la Chine pour ne citer qu’eux, non seulement les quantités de matières premières d’origine minérale nécessaire pour satisfaire les besoins en industrie n’ont jamais été aussi importants, mais le panel des éléments utilisés s’est lui aussi considérablement étoffé.
Les (15+2) métaux ont en commun d’avoir des propriétés physiques voisines et néanmoins distinctes, dont les particularismes trouvent aujourd’hui de vastes champs d’applications dans l’industrie.
Durant de très nombreuses années, ces métaux furent de simples sous-produits d’exploitation et de raffinage d’autres métaux. Peu utilisés pour leurs facultés propres, ils furent longtemps récupérés sous forme de mélange appelé « mischmetal » pour être notamment incorporés dans des alliages pour… pierre à briquet. Aujourd’hui, les métaux issus des « terres rares » sont devenus indispensables dans la fabrication de nombreux produits de technologies avancées et, que ce soit sous forme de métal pur ou sous forme d’alliage, nous les côtoyons pour ainsi dire quotidiennement.
La liste des applications serait trop fastidieuse à faire ici, mais les secteurs des TIC, de l’industrie automobile, électrique ou aérospatiale, de l’aéronautique et de l’industrie militaire sont directement concernés… Globalement, ces métaux sont utilisés pour leurs propriétés physico-chimiques dans pratiquement tous les secteurs industriels, soit comme éléments constituants, soit comme éléments entrant dans les processus de fabrication.
Contrairement à ce que suggère l’intitulé générique de « terres rares », issues de minerais telles que la bastnäsite, la monazite ou les argiles latéritiques par exemple, elles sont pour partie assez répandues, de l’ordre de 0,016 %. Le cérium est plus répandu que le cuivre, le néodyme et le lanthane que le plomb, les praséodymes, samarium, gadolinium, dysprosium et erbium plus répandus que l’étain. En fait, il s’agit moins d’un problème de rareté que d’un problème de répartition et de concentration. Bien que les réserves soient estimées à 100 millions de tonnes au niveau mondial, seule une partie de ce volume est économiquement exploitable à l’heure actuelle. Pour cette raison, l’essentiel de la production de ces métaux provient aujourd’hui de Chine qui détiendrait à elle seule 57 % des réserves mondiales et qui de fait, en assure aujourd’hui 95 % de la production (selon une étude du l’US Geological Survey), le reste se répartissant pour l’essentiel entre la Russie, l’Amérique du Nord, l’Australie et l’Afrique du Sud.