Les Terres rares

1. Un peu d'histoire

2. Qu'est-ce qu'une Terre rare ?

3. Les différentes conditions de formation

4. L'extraction des terres rares

5. Conséquences environnementales

6. La production de Terres rares

7. A quoi servent les Terres rares ?

8. Le recyclage des terres rares

Pour localiser les principaux sites ou projets d'exploitation :    

  L'histoire des terres rares (ETR) commence en 1787 quand Carl-Axel Arrhenius, lieutenant suédois, visite une petite carrière à  Ytterby, à une vingtaine de km au ord-est de Stockhlom. Il y trouve, dans un terrain granitique, un minerai noir, à l'éclat métallique, très dense et en envoie un échantillon à son ami Johan Gadolin, chimiste finlandais. Ce dernier y identifie un oxyde (alors appelé "terre") nouveau qu'il nomme ytterbia. Il sera rebaptisé gadolinite en 1800 (Ce,La,Nd,Y)₂FeBe₂Si₂O₁₀.

- Carrière d'Ytterby -

• les minéralisations associées aux complexes de carbonatites;

• les minéralisations associées aux roches ignées hyperalcalines;

• les minéralisations associées aux oxydes de fer-Cu-Au-ETR;

• les minéralisations associées aux pegmatites granitiques, granites et migmatites hyperalumineux à métalumineux;

• les minéralisations associées à des dépôts alluviaux;

• les minéralisations dans des argiles à adsorption ionique.

   Les complexes de carbonatites se mettent en place dans des contextes géodynamiques intracontinentaux en extension (rift, graben, etc).  De nombreuses carbonatites sont enrichies en terres rares, principalement des terres rares légères.

  Les minéralisations en terres rares se trouvent au coeur des carbonatites ou dans des filons extérieurs. Ces élément sont habituellement répartis entre les principaux minéraux constituant les carbonatites (calcite, dolomite, apatite, amphiboles). Ces minéralisations peuvent être d'origine magmatique, hydrothermale.

  Les carbonatites représentent actuellement la principale source de terres rares légères dans le monde. Les principales zones minéralisées sont :

• Bayan Obo en Chine (ressources estimées à 118 Mt à 6% OTR*)
• Moutain Pass, dans le comté de San Bernardino en Californie (ressources estimées à 16,7 Mt à 7,98% OTR)
• Mount Weld en Australie (ressources estimées à 23,9 Mt à 7,9% OTR)    (*) OTR = Oxydes de Terres Rares                   

Carbonatite de la mine de Mine de Phalaborwa (Af. du sud)

Les minéralisations associées aux roches ignées hyperalcalines

  Les roches ignées hyperalcalines (granite hyperalcalin,pegmatite granitique hyperalcaline, syénite) se mettent en place dans des zones d'extension continentale en association avec des structures crustales de type graben, rift.

  Les zones minéralisées en terres rares se trouvent généralement en bordure des complexes intrusifs hyperalcalins. Les terres rares sont concentrées par de sprocessus magmatiques et hydrothermaux.

  Ces zones minéralisées sont caractérisées par de gros volumes mais de faibles teneurs et sont typiquement enrichies en terres rares lourdes par rapport aux terres rares légères.

  Les principaux gisements sont :

• Nechalacho au Canada (réserves de 125,7 Mt à 1,43% OTR)
• Kvanefjeld au Groënland (réserves de 619 Mt à 1,06% OTR)

Pegmatite à eudialyte (Groëland   © BRGM - Nicolas Charles)

Les minéralisations associées aux oxydes de Fe-Cu-Au-ETR

  Les minéralisations en oxydes de fer-cuivre-or sont généralement associées à des structures crustales (grabens, rifts) formées dans des environements continentaux en extension (intracratonique ou arc volcanique) et les environnements tardi-orogéniques ou postorogéniques. Les minéralisations de ce type se mettent en place le long de failles et sont très couramment altérées en raison d'une forte activité hydrothermale.

  Les minéralisations en oxydes de fer-cuivre-or renferment également des éléments des terres rares, de l’yttrium et de l’uranium. Ces minéralisations hydrothermales, riches en magnétite, sont généralement associées au magmatisme felsique. (Les roches felsiques sont des roches magmatiques silicatées enrichies en éléments tels que le silicium, l'oxygène, l'aluminium, le sodium et le potassium. Elles contiennent du quartz, de la muscovite, de l'orthose et du feldspath sodique. Ce sont donc typiquement des roches de type granitique).

  L’origine de la minéralisation est incertaine. Certains considèrent une origine hydrothermale, tandis que d’autres préconisent une origine magmatique

Granite à muscovite et biotite

Les minéralisations associées aux pegmatites granitiques, aux granites et aux migmatites hyperalumineux à métalumineux.

  Ces roches sont syntectoniques à tarditectoniques. Elles se mettent en place dans les environnements orogéniques continentaux lors d'épisodes de fusion partielle de la croûte.

  Les zones minéralisées en terres rares contenues dans ces roches sont essentiellement d'origine magmatique même si elles sont souvent remobilisées et concentrées au cours du mtamorphisme et de l'altération hydrothermale. Elle  sont caractérisées par de faibles volumes et par des teneurs relativement faibles en minéraux contenant des terres rares.

Migmatite

Les minéralisations associées à dépôts alluviaux

Des concentrations de terres rares peuvent se trouver dans des dépôts alluviaux (placers et paléoplacers) d'âge Paléozoïque à Cénozoïque. Ces minéralisations se sont mises en place à l'intérieur ou en marge de cratons stables et sont généralement constituées de sable ou de grès. Ils sont issus de l'érosion de roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires anciennes qui a été suivie d'une concentration des minéraux lourds comprenant notamment les minéraux de terres rares.

  Des terres rares sont actuellement produites à partir de monazite dans des sables côtiers en Inde.

Cristaux de monazite dans un gneiss (Madagascar)

Les minéralisations dans des argiles à adsorption ionique

  Des minéralisations en éléments de terres rares se trouvent dans des argiles associées à une grande variété d'environnements géologiques. Les sédiments (ou les roches sédimentaires) hôtes incluent principalement des argiles ou  des mudstones riches en kaolinite et en halloysite.

  Ces minéralisations en terres rares dans des argiles à adsorption ionique représentent la principale source de terres rares lourdes dans le monde.

  Les plus importantes zones minéralisées sont largement répandus dans le sud de la Chine, en particulier dans la région de Nanling. Les éléments de terres rares sont présents dans les granites de cette zone. Le climat tropical chaud et humide de cette région favorise la désagrégation chimique et biologique de ces granites en argiles latéritiques dans lesquelles les éléments de terres rares ont été adsorbés. Les teneurs en oxydes d’éléments de terres rares de ces gisements sont très faibles (entre 0.05 et 0.2%), par contre l’extraction et le traitement sont faciles.

  Elles représentent des réserves totales de 9,4 Mt à des teneurs de 140 à 6500 ppm. On trouve également des exploitations de ce type de gisement à Madagascar et au Myanmar.

Bilan :

La teneur de l’écorce terrestre en terres rares est d’environ 0,08 %, (voir tableau en lien pour plus de détails). 

Les principaux minerais à partir desquels on extrait ces terres rares sont :

• la bastnaésite : c’est un fluorocarbonate (FCO₃), à forte teneur en terres rares légères. Exploitée en Chine, co-produit d’une mine de fer, à Bayan Obo, en Mongolie Intérieure et aux États-Unis, à Mountain Pass, aux Etats-Unis
•  la monazite : c’est un orthophosphate de terres rares et de thorium, (TR,Th)PO₄. C’est également le principal minerai de thorium. C’est souvent un sous-produit du traitement de l’ilménite (minerai de titane), exploitée dans les sables de plages, en Australie, Inde, Brésil, Malaisie…  Avant l’exploitation du gisement de Mountain Pass, aux États-Unis, c’était la principale source de terres rares et pendant longtemps, jusqu’au développement de la production chinoise, l’Australie a été un important producteur à partir de monazite.

On peut citer également :

- le xénotime (YPO₄) : phosphate d'yttrium, renfermant des teneurs d’environ 55 % d’oxydes de terres rares. C’est, en Malaisie, un sous-produit du traitement de la cassitérite (minerai d’étain).

- la loparite (Ce,Na,Ca)(Ti,Nb)O₃ : niobiotitanate de terres rares présent en Russie, dans la péninsule de Kola, où le minerai exploité renferme de 28 à 30 % d’oxydes de terres rares.

- l'eudialyte  [Na₄(Ca,Ce,Fe,Mn)₂ZrSi₆O₁₇(OHCl)₂] : cyclosilicate typique des syénites néphéliniques et des pegmatites associées

Bastnaésite - © USGS

1^ère étape : extraction (le plus souvent à ciel ouvert)

Mine de Mountain Pass (Californie - USA)

Wall Street Journal - Photo: david becker/Reuters

2^ème étape : broyage du minerai en une fine poudre

La roche brute est passée dans un concasseur à mâchoires (jaw crusher). Le minerai est réduit en gravillons de moins de 1 centimètre de diamètre. Cette étape a généralement lieu sur le site de la mine.

Ensuite, les gravillons sont passés dans un moulin à billes (ball mill). Un tambour rempli de billes métalliques  moud la pierre en poussières de 40 à 100 micromètres. On obtient une sorte de boue faite de poussières humides.

                                                         Flickr - © Ron Frisard

3^ème étape : séparation des métaux rares du reste du minerai et enrichissement

♦ La méthode la plus courante est la flottation qui utilise beaucoup d’eau et de produits chimiques ainsi qu’une importante quantité d’énergie.

Parmi les produits utilisés, quand on traite de la bastnaésite, on trouve des acides phosphorique et dicarboxyliques, du silicate de sodium et hexafluorosilicate de sodium.

Il existe des procédés alternatifs, notamment pour le traitement de la monazite et la xénotime, où l'on utilise une séparation magnétique.

Exemple : Pour le gisement de terres rares de Bayan Obo (Chine), après broyage du minerai, celui-ci subit une première flottation qui permet de récupérer d’une part des oxydes de fer et d’autre part des minéraux silicatés renfermant du fer et du niobium. Le fer contenu est destiné à la production d’acier avec, en 2020, 15,61 millions de t. Le produit résidu de cette première flottation est traité par une deuxième flottation suivie d’une séparation magnétique et gravimétrique à l’aide de tables à secousse pour donner deux types de concentrés l’un de bastnaésite renfermant 68 % d’oxydes de terres rares, l’autre de monazite renfermant 36 % d’oxydes de terres rares. Ces concentrés de terres rares sont ensuite séparés  sous forme d’oxydes et de métaux, avec, en 2017, une production autorisée de 59 500 t d’oxydes de terres rares.

♦ A la fin de cette étape d'enrichissement, le produit obtenu est déshydraté : la boue minérale est passée dans un concentrateur pour que les poussières décantent. Puis ces dernières font l’objet d’un séchage thermique.

4^ème étape : La purification

♦ La lixiviation : dans le secteur minier, la lixiviation est une opération qui consiste en une mise en solution sélective des minéraux valorisables contenus dans un minerai à l’aide d’un solvant bien approprié. Elle est utilisée pour récupérer des éléments de valeur.

Les poussières résultantes sont traitées chimiquement, ce qui permet de faire passer leur pureté en terres rares à 90 %. Les produits chimiques utilisés sont agressifs mais assez ordinaires [acide sulfurique (H₂SO₄), acide chlorhydrique (HCl), acide nitrique (HNO₃), soude caustique (NaOH) ou cristaux de soude (Na₂CO₃).

Exemple : pour Le gisement de Mountain Pass (Californie) : Le minerai de 7 à 10 % de teneur initiale en oxydes de terres rares est enrichi à environ 60 %, par flottation. Une purification, réalisée sur place, par lixiviation à l’acide chlorhydrique permet d’éliminer les éléments alcalino-terreux présents (calcium, baryum, strontium) sous forme de chlorures solubles et d’obtenir un concentré à 70 % d’oxydes de terres rares qui est expédié en Chine pour être traité. Une calcination éventuelle donne un concentré renfermant 90 % d’oxydes de TR. En 2021, la production a été de 42 413 t d’oxydes de terres rares.

♦ Dans le cas des gisements associés à des minéralisations dans des argiles à adsorption ionique, les oxydes de terres rares sont récupérés par lixiviation in situ (voir ci-contre) à l’aide de solutions de sulfate d’ammonium. Après purification de la solution, les terres rares sont précipitées à l’aide d’acide oxalique sous forme d’oxalates.

5^ème étape : La séparation

A la fin de l'étape d'enrichissement, on obtient un mélange de TR : les différents éléments n'ont pas été séparés. Différentes techniques peuvent alors être mises en oeuvre :

♦ Le principe de solubilité différentielle : chaque TR possède un solvant avec lequel elle aura plus d'affinité.

La séparation des terres rares se fait soit par des opérations chimiques classiques, par oxydation sélective, par réduction sélective ou par les techniques d’échanges d’ions. La séparation des lanthanides à l’échelle industrielle a validé le développement d’un procédé d’extraction par solvants

Lixiviation en tas avec arrosage par le dessus et récupération des solutions par le bas sur les liners.

• Déforestation - Destruction de terres agricoles : l’activité minière, pour extraire des terres rares engendre la plupart du temps la destruction du couvert végétal du site ainsi que le décapage de la couche de terre végétale pour atteindre le minerai et extraire les oxydes de terres rares. Une fois le site d’extraction abandonné, aucune végétation naturelle ne subsiste (ce qui favorise le lessivage des sols), seulement des excavations et des déchets.

• La concentration en terres rares laisse d'énormes quantités de résidus : il s’agit d’une mixture composée d’eau, de produits chimiques et de minéraux terreux. L’extraction de chaque tonne d’oxydes de terres rares produit de 1 300 à 1 600 m³ de déchets d’excavation. 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 présentes elles aussi dans le minérai (uranium, thorium et autres déchets), des fluorures, des sulfures, des acides et des métaux lourds. Ce type de stockage peut avoir des conséquences environnementales désastreuses (pollution des sols et de l’eau) à cause de la toxicité des résidus s’il s’écroule ou fuit. Ceci peut être causé par des pluies torentielles (débordements) ou un manque d'étanchéité.

• Dégradation des sols : Si des mesures de protection de ces quantités importantes de déchets d'excavation ne sont pas mises en œuvre, des pluies torrentielles sont susceptibles de faire raviner des mélanges de boue et de pierres sur les terres agricoles, envaser les rivières, les bassins, les réservoirs et polluer les ressources en eau. L'étude mentionnée ci-dessus montre que l’érosion des sols dans les zones de stockage des déchets est très importante, atteignant 41 800 T/m², ce qui est 50 fois supérieur à ce qu’elle était sous le couvert végétal initial.

• Effets sur la qualité de l'eau : l’activité minière permettant d’extraire des terres rares à partir de minéralisations dans des argiles,nécessite l’utilisation de grandes quantités de sulfate d’ammonium et d’acide oxalique. Ainsi, 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. Les boues générées par les déchets de cette activité minière absorbant une part importante de ces solutions d’extraction, des eaux acides suintent constamment des sites de stockage des déchets, ce qui modifie le pH, augmente l’oxygène consommée chimiquement et envase des eaux de la rivière voisine, qu’il pleuve ou non.

La purification rejette des métaux lourds comme le plomb, le mercure ou le cadmium. Ainsi la rivière Xiang, dans la province du Hunan, présente à certains endroits une concentration en métaux lourds près de 100 fois supérieure aux standards nationaux.

https://www.20minutes.fr

- Lagune de Baotou -

(Image credit: Liam Young/Unknown Fields)

• Production de déchets radioactifs : l'extraction de terres rares à partir de la Bastnaésite et de la Monazite a pour effet de libérer aussi d’importantes quantités d’éléments radioactifs. Un cas emblématique fut celui de la raffinerie de terres rares de Bukit Merah en Malaisie exploitée pour le compte de Mitsubishi entre 1982 et sa fermeture en 1992 suite à l’apparition de nombreux cas de leucémies et de naissances avec malformations. La mise en décharge illégale des déchets radioactifs de la raffinerie est la cause de ces impacts sur la santé des populations locales. La décontamination ne commencera qu’en 2003. Mais début 2012, des taux anormalement élevés de radioactivité étaient toujours relevés sur le site et ses alentours.

NB : Ce n’est pas le cas des argiles contenant des terres rares à « ion-absorption » (comme dans le sud de la Chine) qui ne contiennent pas d’éléments radioactifs.

• L'extraction de TR à partir de minéralisations dans des argiles à adsorption ionique : la technique employée, la lixiviation in situ (voir ci-dessus), consiste à forer des trous dans la couche de minerai et y injecter une solution acide. On pompe ensuite la solution contenant le minerai dissous puis on effectue le traitement.

Cette technique est jugée moins nocive pour l’environnement par les autorités et les éléments radioactifs sont très peu présents. Cependant, elle n’est pas contrôlable hydro-géologiquement et cette “facilité” d’exploitation et de traitement a son revers : un impact environnemental global important dans cette vaste région du fait de la multiplication des sites d’extraction.

On estime qu'environ 20 000 tonnes de minerai d'ETR ont été illégalement extraits en Chine, notamment à partir de ces argiles. La plupart de ces mines illégales n'ont aucune technologie de protection de l'environnement (et des ouvriers) : de graves dommages environnementaux et des risques pour la santé ont été rapportés.

- Ouvriers dans une mine de terres rares dans la province de Jiangxi (Chine - Oct.2010)  -

(Jie Zhao / Corbis via Getty Images  -  Los Angeles Times)

• L'explotation des terres rares a été très modeste jusqu'au début des années 80. Elle connaît ensuite un véritable essor suite à la production massive de téléviseurs couleur (fabrication des luminophores pour les pixels rouges, verts et bleus) et le développement des technologies lasers. Ces deux innovations nécessitent des terres rares.

Les Etats-Unis sont alors les principaux producteurs grâce à l'activité d'une unique mine, celle de Mountain Pass. Cette dernière fermera au début des années 90 pour cause de pollution sévère conjuguée à un désintérêt pour ce type de production et ses enjeux encore mal cernés.

• C'est alors que la Chine prend le relais de la production de façon spectaculaire, pour plusieurs raisons : les gisements sont très importants (taille, qualité), les règles environnementales, même si elles existent, sont peu respectées et la main-d'oeuvre est assez bon marché.

On passe alors assez vite d'un marché de niche mais lié à de hautes technologies et à forts enjeux mondiaux.

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Geosciences News and Information - Geology.com

Et en Europe ? .....

Parmi les gisements primaires, des potentiels non négligeables ont été repérés à Norra Kärr en Suède et dans d’autres lieux de Scandinavie, tandis que la province magmatique de Gardar au Groënland (affilié au Danemark) présente plusieurs intrusions plutoniques jugées exceptionnelles. Le Groënland contiendrait pas moins
de 12% des réserves mondiales exploitables de terres rares. L’étude géologique a aussi permis de trouver des gîtes secondaires, en Bohême, en Grèce et même en France (Bretagne, zone méditerranéenne).

Un groupe minier suédois a annoncé avoir identifié un important gisement de terres rares, dans le nord de la Suède. Il pourrait même s'agir du plus grand gisement connu à ce jour en Europe. Toutefois, la mine de Kiruna ne représenterait que moins de 1% des réserves mondiales. Si l'ampleur exacte du gisement reste à déterminer, il pourrait tout de même représenter plus de 1 million de tonnes de terres rares.

La mise en exploitation de la mine de Kiruna n'est cependant pas pour demain. LKAB, le groupe minier à l'origine de la découverte, estime qu'il faudra entre 10 et 15 ans pour étudier le gisement, obtenir les autorisations d'exploitation et mettre en route la mine. Mais pour le gérant du groupe, la mine de Kiruna pourrait, d'ici 2035, permettre de produire une grande part des aimants nécessaires à la fabrication des moteurs des voitures électriques européennes.

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Distribution des différentes occurrences de REE affiliées aux processus endogènes et exogènes en Europe (d’après Charles et al., 2013 ; Goodenough et al., 2016 ; EURARE, 2017 ; Tuduri et al., 2020).

Pour localiser les principaux sites ou projets d'exploitation : 

7.1 - De belles pages pour l'histoire de la chimie française...

  Dans la deuxième moitié du 19ème siècle, trois chimistes français identifie 3 nouveaux éléments, des terres rares, le samarium, le dysprosium puis le lutétium. 

  En 1919, c'est l'un d'entre eux, Georges Urbain, qui crée la "Société des produits chimiques des Terres rares" dont l'usine de Serquigny (Eure) produit du thorium et des dérivés d'ETR pour la fabrication de pierres à briquet (en mischmetall) et de manchons à gaz.  Cette production sera ensuite transférée à La Rochelle en 1947 où naîtra ensuite le procédé Rhône-Poulenc de séparation des ETR. Il s'agit donc de la première entreprise au monde à utiliser et valoriser des ETR :  Rhodia, aujourd'hui intégrée dans le groupe Solvay, leader mondial dans la chimie séparative des ETR dont l'usine existe toujours à La Rochelle. Dans les années 80, elle purifiat 50% du marché mondial de terres rares Désormais, il a été décidé de sous-traiter aux Chinois la première partie du raffinage en raison des craintes de la population et à la pression médiatique face aux risques de radioactivité.

Le manchon est imprégné d'oxyde de cérium (et d'oxyde de thorium) ce qui donne la luminescence blanche.

7.2 - Enjeux actuels

En raison de leurs propriétés, les applications des terres rares sont multiples. Voici les principales :

    ♦ Les aimants permanents sont une composante essentielle des technologies électroniques modernes utilisées dans les téléphones cellulaires, les téléviseurs, les ordinateurs, les automobiles, les éoliennes, les avions à réaction et bien d’autres produits. La fabrication d’aimants permanents représente la plus grande et la plus importante utilisation finale des ETR, soit 29 % de la demande en 2021 selon cette infographie du BRGM (ci-contre) ; d'autres sources (site gouvernemental canadia sur les ressources minérales) donne le chiffre de 43%. Ils ont l'avantage de pouvoir miniaturiser les générateurs, les moteurs.

Une infographie simplifiée pour résumer le tout : "De la mine à la production des aimants permanets Nd-Fe-B" - Infographie © BRGM 

    ♦  Procédés de catalyse : dans l’industrie du raffinage pétrolier, les catalyseurs "classiques" sont dopés de l’ordre de 8 % en masse de cérium et de lanthane afin de stabiliser la zéolite lors des procédés de craquage. Dans le même principe, les pots catalytiques des voitures contiennent environ 30 % d’oxyde de cérium (CeO₂) afin de convertir le monoxyde d’azote et le monoxyde de carbone en composés moins nocifs.

    ♦ Polissage du verre, des écrans plats.

   ♦ Certaines batteries : Les terres rares sont aussi largement répandues dans les batteries et les systèmes électrolytiques. Les batteries de type Nickel-Hydrure-Métal (NiMH) utilisent du Lanthane, du Cérium, du Néodyme et du Praséodyme dans leurs procédés d’élaboration afin d’absorber l’hydrogène des cellules et d’améliorer la réversibilité des procédés électrochimiques.

    ♦ Certains alliages métallurgiques,

    ♦ Industries du verre et des céramiques (coloration, décoloration…)

    ♦ L’Yttrium, le Terbium ou encore l’Europium sont également employés dans les poudres luminophores. Ces poudres permettent la conversion d’énergie électrique en énergie lumineuse de manière plus efficace. Ces poudres luminophores ont ainsi permis le développement d’ampoules basse consommation. On les retrouve égalment dans les écrans (ordinateurs, téléviseurs, smartphone).

    ♦ Le domaine médical : le cérium est utilisé sous forme de nitrate de cérium dans certaines crèmes ou dans des pansements pour soigner les brûlures graves. Des ETR sont également présentes dans les dispositifs de radiographie, d'IRM.

    ♦ et bien d'autres domaines : militaire (lasers de guidage), l'énergie nucléaire, ...

  Voir aussi l'activité : "Smartphone et Ressources minérales"

Cliquer sur l'image pour l'agrandir (© BRGM)

Quelques chiffres...

7.3 - Et les prix ?

  Globalement, c'est le marché intérieur chinois qui guide les prix internationnaux des TR. N’ayant pas de cotation sur les marchés boursiers, les prix des TR sont établis par négociation directe de contrats entre producteurs et transformateurs/utilisateurs. Ces prix sont à considérer de manière individuelle par élément de TR, une grande disparité existant entre les terres rares légères, plutôt abondantes, et les terres rares lourdes réservées à des applications de niche du fait de leur rareté sur le marché.  Les plus onéreuses sont l’europium, le terbium, le dysprosium ou encore le lutécium, qui sont plus chères que l’argent, par exemple. L'europium, qui est très recherché pour les luminophores de tous nos écrans, peut valoir 10 000 €/kg. A l’inverse, le lanthane, qui est assez abondant et qui n’a pas de propriétés industrielles très intéressantes, va valoir moins de 100 €/kg.
  Si les prix des TR sont cotés en dollars américains, l’un des objectifs de Pékin serait à terme d’imposer le Yuan comme monnaie de référence. A cette fin, une bourse d’échange sur les TR a été mise en place à Baotou, en Mongolie Intérieure, en 2018.

A titre indicatif : Prix moyen de quelques métaux en 2022  :

Prix donnés en US $ ou en € / tonne

Source : INSEE

Prix donnés en US $ / kg

Journal "La tribune"

  Comme le montre le document ci-contre, le groupe de métaux appelés terres rares n’est quasiment pas recyclé, contrairement à des éléments plus communs comme le fer ou le cuivre. C'est toujours vrai à l'heure actuelle.
En cause : les quantités récupérées sont souvent très faibles et présentent des impuretés, et la rentabilité des procédés n’est pas encore au rendez-vous par rapport à des extractions très bon marché, notamment dans des pays aux normes environnementales peu sévères. Par exemple Rhodia, qui avait démarré un recyclage industriel, de dimension mondiale, des luminophores (phosphates de terres rares utilisés dans les lampes fluorescentes) en France en 2011, l’a arrêté début 2016.

  Les problèmes environnementaux liés à l'exploitation des ETR, la position dominante de la Chine quant à la production de ces éléments font que l'amélioration des procédés de recyclage des terres rares constitue un enjeu majeur.

Aujourd’hui, on peut considérer comme des mines hors sol les montagnes de déchets technologiques produits par nos sociétés. Extraire et recycler les métaux qui les composent pour pouvoir les réinjecter dans l’économie représente un enjeu considérable sur le plan technologique.

  L'exemple du recyclage des aimants permanents Nd-Fe-B

A l’heure actuelle, le recyclage des aimants permanents Nd-Fe-B n’est effectué qu’en Chine et au Japon. A titre d'exemple, en Chine, 80 % des capacité de recyclage sont installées à Ganzhou, dans la province du Jiangxi. La production est de 15 000 t/an, à 90 % d’oxyde de Nd et Pr et à 10 % d’oxydes de Tb et Dy. Cependant, les recherches et les initiatives se multiplient en Amérique du nord et en Europe. Deux approches sont possibles :

• La boucle courte : les aimants usagés sont broyés pour obtenir une poudre d’alliage magnétique, qui peut être réutilisée pour fabriquer de nouveaux aimants permanents, avec de potentielles pertes de performance. Ce procédé est mis en oeuvre par la Chine.

• La boucle longue : les aimants sont broyés, puis des traitements permettent d’obtenir des oxydes purs de TR. L’avantage est de ne pas dépendre de la qualité et de permettre de s’adapter aux évolutions technologiques, notamment en cas d’évolution des proportions des différents composants des alliages magnétiques. Toutefois, cette voie est dépendante des capacités industrielles à produire des aimants permanents à partir des oxydes.

Et en France ?

En France, la société Ecosystem a récupéré, en 2019, 5 176 t de lampes soit plus de 50 millions d’unités en vue du recyclage des matériaux contenus (88 % de verre, 5 % de métal, 4 % de plastique, 3 % de poudre luminophore, 0,005 % de mercure). 4 000 t de lampes sont susceptibles de donner 15 t d’yttrium, 1 t de terbium et 1 t d’europium.

Entre 2012 et 2016, Solvay, a récupéré à Saint-Fons (69) la poudre luminescente de ces lampes, éliminé les résidus de verre et le mercure, et produit un concentré de terres rares renfermant du lanthane, du cérium, du terbium, de l’yttrium, de l’europium et du gadolinium puis séparé ces différentes terres rares à La Rochelle (17). Cette activité a été abandonnée par Solvay fin 2016

© BRGM