Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l'yttrium39Y et les quinze lanthanides.
Origine
Ils sont, la plupart du temps, présents simultanément dans les minerais tels que la bastnäsite, la monazite, la loparite (niobiotitanate), l'apatite, le xénotime (orthophosphate) et les argiles latéritiques. Leur abondance dans la croûte terrestre varie du cérium, le 25e élément le plus abondant (60 ppm), au thulium et au lutécium, les terres rares les moins abondantes (0,5 ppm). Sous forme élémentaire, les terres rares ont un aspect métallique et sont assez tendres, malléables et ductiles. Ils sont aussi généralement chimiquement assez réactifs, surtout à températures élevées ou lorsqu'ils sont finement divisés.Minerais
- Monazite : orthophosphate de terres rares et de thorium, (TR,Th)PO4. C'est le plus abondant et également le principal minerai de thorium.
- Bastnäsite : fluorocarbonate (TR)FCO3, sous-produit d'un minerai de fer.
Disponibilité
Jusqu'en 1948, la plupart des sources de terres rares provenait de dépôts de sable en Inde et au Brésil. Durant les années 1950, l'Afrique du Sud est devenu le principal producteur après la découverte d'immenses veines de terres rares (sous forme de monazite) à Steenkampskraal.Hégémonie de la production chinoise
Depuis le début des années 2000, ces mines indiennes et brésiliennes produisent toujours quelques concentrés de terres rares, mais sont surpassées par la production chinoise qui couvre en 2010 95 % de l'offre de terres rares[1]. Les États-Unis et l'Australie disposent de réserves importantes (15 et 5 % respectivement), mais ont cessé de les exploiter en raison des prix très concurrentiels de la Chine et des inquiétudes environnementales[2].Cette prépondérance inquiète les pays occidentaux qui cherchent à diversifier leur approvisionnement, d'autant plus que la Chine a annoncé le 1er septembre 2009 vouloir réduire ses quotas d'exportation à 35 000 tonnes par an (sur une production de 110 000 tonnes) dès 2010. L'argumentation justifiant cette décision porte sur la volonté de préserver des ressources rares et l'environnement. En effet, le ministère chinois du Commerce a récemment affirmé que les réserves de terres rares du pays avaient chuté de 37% entre 1996 et 2003[3]. Mais ces mesures visent surtout à satisfaire sa demande interne immédiate, croissante. De 2006 à 2010, la Chine a réduit ses quotas d'exportation de 5 % à 10 % par an, et la production a été limitée de peur que ses réserves s'épuisent d'ici quinze ans[2].
La mine de terres rares de Mountain Pass en Californie devrait ainsi faire l'objet d'importants investissements afin de limiter cette sujétion ; la réouverture de la mine sud-africaine est à l'étude[4]. Certains gisements canadiens (Hoidas Lake), vietnamiens, australiens et russes sont aussi en cours d'évaluation.
Toute la gamme des terres rares est extraite par la Chine principalement en Mongolie Intérieure comme par exemple le dépôt de Bayan Obo, dans le district minier de Baiyun. On trouve aussi des terres rares sur le plateau tibétain[5]. Les mines illégales sont répandues dans la campagne chinoise et souvent liées à des pollutions des eaux environnantes.
Utilisation
Nombre de ces éléments possèdent des propriétés uniques qui les rendent utiles dans de nombreuses applications (voir ci-après) ; ainsi l'utilisation des terres rares s'est accrue depuis la fin du XXe siècle.Composants pour véhicules électriques et hybrides
La probable croissance des véhicules électriques renforce l'intérêt pour certaines terres rares : composant d'accumulateurs de type NiMH (lanthane) et la fabrication d'aimants compacts pour les moteurs électriques synchrones dit "sans balais" (néodyme, dysprosium, samarium).Alliages métalliques
L'oxyde d'yttrium Y2O3 est utilisé dans les alliages métalliques pour renforcer leur résistance à la corrosion à haute température.Colorants
Les oxydes de terre rare sont également utilisés comme pigments, en particulier pour le rouge (pour remplacer l'oxyde de chrome) et pour leurs propriétés fluorescentes, notamment dans les lampes à décharge (néons, ampoules fluocompactes), les « filets » des lampes à gaz de camping, comme photophores des écrans cathodiques ainsi que, récemment, comme dopant dans différents types de laser.Toutefois, une part importante de la production de terres rares est utilisée en mélange.
Le mélange des métaux de terres rares appelé mischmétal est généralement riche en terres cériques. Du fait de cette importante proportion de cérium, il est incorporé dans les alliages pour pierre à briquet. On l'utilise également comme catalyseur, pour le piégeage de l'hydrogène (réservoir).
Configurations électroniques des terres rares
Élément chimique Série chimique Configuration électronique n° 21 Sc Scandium Métal de transition 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 n° 39 Y Yttrium Métal de transition 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1 n° 57 La Lanthane Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1 ( * ) n° 58 Ce Cérium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1 5d1 ( * ) n° 59 Pr Praséodyme Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f3 n° 60 Nd Néodyme Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4 n° 61 Pm Prométhéum Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f5 n° 62 Sm Samarium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f6 n° 63 Eu Europium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 n° 64 Gd Gadolinium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 5d1 ( * ) n° 65 Tb Terbium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9 n° 66 Dy Dysprosium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f10 n° 67 Ho Holmium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f11 n° 68 Er Erbium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f12 n° 69 Tm Thulium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f13 n° 70 Yb Ytterbium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 n° 71 Lu Lutécium Lanthanide 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d1
- ( * ) Exceptions à la règle de Klechkowski : lanthane 57La, cérium 58Ce, gadolinium 64Gd.
