Africa-Press – Burkina Faso. À l’heure où l’Europe cherche à réduire sa dépendance à la Chine pour les matériaux stratégiques, les terres rares sont devenues un enjeu géopolitique majeur. Indispensables aux aimants des éoliennes, aux batteries des véhicules électriques ou aux systèmes de défense, ces métaux concentrent aujourd’hui toutes les attentions. Pourtant, contrairement à ce que leur nom laisse croire, les terres rares ne sont ni des « terres » ni véritablement « rares ».
« La terminologie historique ‘terres rares’ est européenne, explique Nicolas Charles, géologue au Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM). Les chimistes qui ont découvert ces éléments pour la première fois les ont appelés ‘terres’ parce que c’était un peu pulvérulent et assez sombre. » En réalité, ce sont des métaux. Le premier identifié fut l’yttrium, en 1794. Le chimiste finlandais Johan Gadolin l’avait isolé à partir d’un minéral trouvé dans la carrière d’Ytterby, en Suède – un lieu qui a donné leur nom à plusieurs terres rares découvertes par la suite (terbium, erbium, ytterbium).
« L’origine du nom des terres rares illustre leur histoire géologique, souligne Catherine Chauvel, géochimiste à l’Institut de physique du globe. Lanthane, cérium, néodyme, praséodyme ou samarium: ces dénominations, qui peuvent sembler surprenantes, sont en effet souvent liées au lieu de découverte du minéral dans lequel les éléments ont été identifiés. Beaucoup d’entre eux ont été trouvés il y a plus d’un siècle. À cette époque, ils n’avaient pas d’applications technologiques majeures. »
Les terres rares lourdes sont les plus recherchées
Le dernier de ces éléments, le prométhium, a été identifié parmi des produits de fission nucléaire en 1945 ; contrairement aux autres, il n’existe pratiquement pas à l’état naturel sur Terre. « En 150 ans d’avancées des connaissances, les chimistes se sont aperçus que ce qu’ils considéraient initialement comme un seul élément, parce qu’il n’y avait pas encore le savoir et la technologie pour les séparer, correspondait à 15 éléments formant la famille des lanthanides « , note Nicolas Charles. On leur associe le scandium et l’yttrium, que l’on trouve dans les mêmes gisements que les lanthanides et qui présentent des propriétés chimiques similaires.
Dans la croûte terrestre, les terres rares sont aussi abondantes en moyenne que des métaux de la vie quotidienne comme le zinc, le cuivre ou le plomb. Le cérium et le néodyme sont même plus courants que le cuivre pour le premier et l’or pour le second. Cependant, « à l’état naturel, on les trouve généralement à l’état de trace, c’est-à-dire dans des concentrations inférieures à 1 %, remarque Catherine Chauvel. Elles sont présentes un peu partout dans la croûte terrestre, mais toujours en faibles proportions – plus ou moins selon les roches, sans jamais être abondantes. » La principale difficulté consiste donc à localiser des minéraux suffisamment riches en terres rares pour que leur extraction soit techniquement et économiquement viables.
Cet ensemble d’éléments chimiques forme un groupe très cohérent, aux propriétés extrêmement proches les unes des autres. « Les différences entre eux sont subtiles, note Catherine Chauvel: les premiers de la série sont plus gros que les derniers de la série, un phénomène appelé contraction des lanthanides. On distingue ainsi les terres rares légères et les lourdes. » Cette classification repose sur l’augmentation progressive de leur masse atomique d’un élément à l’autre, qui détermine leurs utilisations.
Les terres rares légères, plus communes, sont employées pour fabriquer les alliages métalliques et les catalyseurs, tandis que les terres rares lourdes se retrouvent dans les lasers, les écrans LED, les équipements médicaux, etc. « Les terres rares lourdes ont des propriétés physico-chimiques extrêmement recherchées, souligne Nicolas Charles. Par exemple, le dysprosium est utilisé dans les aimants permanents, souvent couplé au néodyme ou autres. Économiquement, les terres rares lourdes sont beaucoup plus intéressantes à exploiter car elles offrent plus de débouchés et de valeurs ajoutées dans le monde industriel. »
Comme tous les éléments chimiques lourds, les terres rares se sont formées avant la naissance de la Terre, lors d’explosions d’étoiles massives ou de collisions d’étoiles à neutrons. Ces processus ont synthétisé les éléments lourds qui ont ensuite été intégrés au nuage de gaz et de poussières ayant formé le Système solaire, il y a environ 4,6 milliards d’années. Mais pourquoi y en a-t-il plus à certains endroits? La réponse tient au mode de formation des roches.
« Pour ce qui est des roches volcaniques, tout dépend du taux de fusion du manteau au moment de leur formation, détaille Catherine Chauvel. Les terres rares n’aiment pas se mettre dans les minéraux et préfèrent passer dans le liquide issu de la fusion. Si celle-ci est faible, le liquide produit sera relativement concentré en terres rares. En revanche, si la fusion est plus importante, ces éléments seront dilués dans un volume de magma plus grand. »
Le premier mécanisme d’enrichissement en terres rares correspond donc aux roches issues de faibles taux de fusion. Celles qui sont particulièrement ciblées pour l’exploration minière sont les roches très alcalines et les carbonatites, issues justement de ces conditions spécifiques. « Une fois le magma formé, il remonte vers la surface et cristallise, poursuit Catherine Chauvel. À ce stade, les terres rares vont aller là où elles peuvent. Comme elles renâclent à s’insérer dans les minéraux, elles se concentrent en général dans ceux qui se forment en fin de cristallisation « , notamment les bastnaésite, monazite et xénotime. « Un inconvénient de l’exploitation des terres rares contenues dans la monazite est la présence fréquente de thorium, un élément radioactif, qui complique leur traitement « , souligne la géochimiste.
Les gisements issus de l’altération des roches
Il existe un second grand type de gisements de terres rares, issus d’un processus d’altération des roches en surface. Dans les régions tropicales, par exemple, les roches exposées à l’air libre subissent une altération intense sous l’effet de l’eau et des pluies abondantes. Ce processus entraîne le lessivage d’une grande partie des éléments solubles. Les minéraux les plus fragiles sont progressivement dissous et emportés, tandis que ceux qui résistent davantage, notamment certains minéraux contenant des terres rares, restent en place.
C’est un mécanisme de concentration par élimination de tout le reste. « Sur les plus de 6000 espèces minérales reconnues dans le monde, environ 250 sont enrichies en terres rares. Mais on ne sait en traiter qu’une dizaine au maximum, ce qui explique pourquoi les gisements sont finalement peu nombreux » conclut Nicolas Charles.
Des fonds marins très convoités
En février, le navire scientifique japonais Chikyu a rapporté une moisson inédite de sédiments riches en terres rares, prélevés dans le Pacifique, au large de l’île de Minami-Torishima. Les résultats de la mission suggèrent la présence de plus de 16 millions de tonnes de terres rares dans la zone, soit l’équivalent de plusieurs siècles de consommation mondiale d’aimants, de téléphones, de voitures électriques, de lasers, etc.
Les fonds marins apparaissent aujourd’hui comme une nouvelle source d’approvisionnement en terres rares, au travers des nodules polymétalliques, ces agglomérations de minéraux, qui pourraient contenir entre 2 et 12 millions de tonnes de ces éléments. Quant aux sédiments profonds, selon une étude coréenne publiée en 2024 dans la revue Marine Georesources & Geotechnology, on pourrait extraire environ 450 millions de tonnes d’oxydes de terres rares en draguant une couche de 1 mètre sur 1,1 million de km2 du Pacifique à plus de 4 km de profondeur ! La France, qui possède le second plus vaste domaine maritime au monde, offre potentiellement un accès à ces ressources offshore.
Mais les méthodes minières envisagées pourraient perturber durablement des écosystèmes encore mal connus, abritant de nombreuses espèces endémiques. À ce jour, il est impossible de prédire si les fonds marins pourraient revenir à l’équilibre après une exploitation humaine.
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