Observez la deuxième ligne en partant du bas de la plupart des tableaux périodiques : vous y trouverez les lanthanides, isolés dans un groupe d'éléments souvent négligés. Ces métaux, aux propriétés et couleurs similaires, sont difficiles à différencier, même pour les scientifiques. Ils semblent vivre dans un monde froid et distant, loin des éléments familiers comme l'hydrogène, le carbone et l'oxygène.
Ces métaux essentiels font pourtant partie des éléments des terres rares, indispensables au monde moderne. Ils équipent les aimants des technologies d'énergie propre, les lentilles de télescopes et les écrans de vos appareils. Leur extraction est cependant complexe et coûteuse pour l'environnement.
Des chimistes et ingénieurs explorent ainsi le recyclage des terres rares à partir de déchets industriels et d'appareils électroniques usagés. Une étude publiée le 9 février dans Science Advances présente une méthode innovante utilisant des éclairs d'électricité intense.
Les terres rares ne sont pas si rares (bien moins que l'iridium, par exemple), mais leur séparation est ardue en raison de leurs similitudes chimiques. Les mines contiennent souvent du lanthane et du cérium, mais le néodyme et le dysprosium, plus recherchés pour les aimants des technologies vertes, sont prioritaires.
Plus de 90 % de la production mondiale provient de Chine, rendant l'approvisionnement vulnérable aux tensions géopolitiques. En 2010, un incident maritime a conduit à un embargo temporaire sur les exportations vers le Japon, incitant ce pays et d'autres à diversifier leurs sources.
L'extraction des terres rares est énergivore et chimiquement intensive, utilisant des acides corrosifs qui polluent l'environnement, note Simon Jowitt, géochimiste à l'Université du Nevada à Las Vegas.
Le recyclage réduit ce fardeau, mais seuls 1 à 5 % des terres rares sont actuellement recyclés, selon Callie Babbitt, professeure de développement durable au Rochester Institute of Technology.
Les chercheurs testent des approches innovantes, comme des bactéries, mais souvent énergivores. Une équipe de l'Université Rice propose le « chauffage flash Joule », une électricité intense déjà utilisée pour extraire des métaux précieux des circuits imprimés.
Ils l'appliquent à des déchets comme les cendres volantes de charbon, la boue rouge de production d'aluminium et les déchets électroniques. Le matériau est placé dans un tube de quartz et chauffé à 5400 °F (environ 3000 °C), séparant les composants dissous dans une solution récupérable.
Des composés toxiques sont libérés mais capturés dans un système industriel, précise James Tour, chimiste à Rice et co-auteur de l'étude. Leur solution utilise un acide chlorhydrique dilué, bien moins agressif que l'acide nitrique traditionnel.
Cette avancée prometteuse nécessite encore des développements pour une application industrielle à grande échelle, notent les experts. La séparation finale des terres rares et la gestion des résidus restent des défis.
Pour les déchets électroniques, les quantités par appareil sont infimes, et le recyclage grand public pose des obstacles logistiques. Une conception plus recyclable des produits pourrait amplifier ces efforts, conclut Jowitt.
