Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les terres rares sont au cœur de toutes les technologies dites « vertes » et de nos objets communicants. Compte tenu de ces enjeux stratégiques, tous les pays industrialisés sont mobilisés pour ne pas se mettre entre les mains d'un seul pays producteur. L'objet de ce document est de faire une synthèse des besoins en terres rares en fonction des applications et d'attirer l'attention sur la nécessité d'un programme de recyclage pour éviter une pénurie annoncée.
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Rare earth at at the core of all green technologies and our communicating objects. Due to these srategic challenges, all industrialized countries have taken step in order to avoid being dependent upon a single producer country. This article provides a synthesis of the needs for rare earth according to the applications and highlights the need for a recycling programme in order to address an announced shortage.
Auteur(s)
-
Xavier de LOGIVIERE : Consultant, Paris – France
INTRODUCTION
les terres rares sont au cœur de toutes les technologies dites « vertes » et de nos objets communicants. Compte tenu de ces enjeux stratégiques, tous les pays industrialisés sont mobilisés pour ne pas se mettre entre les mains d'un seul pays producteur. L'objet de ce document est de faire une synthèse des besoins en terres rares en fonction des applications et d'attirer l'attention sur la nécessité d'un programme de recyclage pour éviter une pénurie annoncée.
rare earth is considered as a strategic raw material for the emerging green tech as well as communication means (from the optical fiber to the Smartphone), therefore, all the top industrials countries are not willing to tie their hands with a unique manufacturing country. The goal of this paper is to review key technologies and draw the attention on the need of rare earth recycling programs to overcome a potential shortage.
magnétisme, batteries, luminophores, catalyseurs, automobile, énergies renouvelables
magnetism, batteries, phosphors, catalyst, automotive, renewable energies
Domaine : Électronique, automobile, énergie, éclairage
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Métallurgie, magnétisme, dépôt couche mince (PECVD)
Domaines d'application : Batterie, aimant permanent, luminophore, catalyseur
Principaux acteurs français : Rhodia
Pôles de compétitivité : TEAM2-CD2E ( http://www.team2.fr)
Centres de compétence :
Industriels : Rhodia
Autres acteurs dans le monde : Molycorp (États-Unis) – Shin Etsu (Japon) – Less Common Metals (Grande-Bretagne) – LYNAS Corp. – AVALON Rare Metals (Canada) – Indian Rare Earth (Inde)
Contact : [email protected]
L'histoire démarre en Suède en 1788, avec la découverte par Carl Axel Arrhenius, dans la localité d'Ytterby d'un minerai noir ; on lui donnera le nom d'« ytterbite » puis plus tard de « gadolinite », du nom du professeur finlandais Gadolin. Ce dernier nommera ces éléments « terres rares ».
Durant cette période préliminaire, les terres rares sont examinées scientifiquement mais ne sont pas utilisées.
1803 : Klaproth et Berzelius découvrent à Bastnas en Suède, un nouveau type de minerai, ils lui donneront le nom de « bastnasite ».
1827 : Mosander découvre la première terre rare métallique.
1839 : Mosander va travailler sur leur séparation, puis Bunsen et Kirchhoff sur l'analyse des terres par spectroscopie.
1885 : Carl Auer von Welsbach dépose un brevet sur un composé de lanthane zirconium qui a des propriétés d'incandescence avec une émission de lumière dans la gamme du visible.
1891 : Carl Auer von Welsbach dépose un nouveau brevet sur un composé d'oxyde de thorium + 1 % d'oxyde de cérium, alliage qui sera utilisé jusqu'en 1935 : 5 milliards de manchons seront utilisés à travers le monde.
1903 : Carl Auer von Welsbach invente un alliage pyrophorique (70 % mischmetal + 30 % de fer) : la pierre à briquet est née.
Entre 1930 et 1940 : utilisation de l'oxyde de cérium comme agent de polissage et de décolorant du verre ; début de leur utilisation dans les catalyseurs (ThO2) dans le procédé Fischer-Tropsch.
Dans les années 1950 : utilisation massive du thorium dans les programmes nucléaires, il a fallu donc trouver des débouchés aux terres rares, sous-produit de la production de thorium et c'est à cette époque que l'on chercha des débouchés industriels pour chaque terre rare.
1953 : méthode de séparation par échange liquide/liquide.
Années 1960 : lanthane – cérium – praséodyme/néodyme seront utilisés à différents niveaux dans l'industrie du verre.
1965 : utilisation de l'europium comme luminophore rouge dans les téléviseurs.
1965 : découverte de l'alliage samarium-cobalt par Karl Strnat.
1970 : découverte des propriétés d'adsorption de l'hydrogène du lanthane nickel.
1971 : découverte des propriétés magnétostrictive du composé terbium fer dysprosium (Terfenol-D).
1976 : réalisation d'une pompe à chaleur utilisant des terres rares.
1983 : Sumitomo annonce la réalisation d'aimants permanents à base de néodyme-fer-bore.
1985 : la Chine démarre la production des terres rares à grande échelle.
1986 : découverte par des ingénieurs d'IBM des propriétés supraconductrices du composé YBa2Cu3O7-x .
1992 : introduction du MiniDisc Sony, média magnéto-optique utilisant la technologie couche mince à base d'un alliage terbium-fer-cobalt.
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Principales applications industrielles2. Principales phases de la fabrication
Il existe aujourd'hui un paradoxe : les terres rares sont très largement utilisées dans les technologies dites « vertes » (éoliennes – batteries – etc.) mais le process d'extraction et de séparation des terres rares génère une très grande pollution : les minerais monazite et xénotime contiennent de l'uranium et du thorium radioactif en quantité non négligeable et leur mise en solution nécessite l'utilisation massive d'acides et de bases générant une pollution de l'air par des dérivés soufrés et fluorés. Chaque tonne de terres rares produite à Baotou (Chine) est accompagnée :
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par la production de 8,5 kg de fluor ;
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de 13 kg de poussières ;
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de la génération de 9 600 à 12 000 mètres cubes d'eau acide ;
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d'une tonne de déchets (faiblement) radioactifs.
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Fabrication
Le minerai primaire est enrichi par des méthodes physico-chimiques : gravimétrie – flottation – séparation magnétique, puis pulvérisé en particules de 1 mm au maximum et ensuite attaqué à l'acide et à la soude caustique. Le minerai extrait (mischmetal) est un mix composé de 17 métaux. Le synoptique (figure 6) donne un aperçu des principales étapes de fabrication.
La séparation et la purification du mischmetal en composés élémentaires est un process très énergivore et surtout catastrophique pour l'environnement : il repose sur une succession d'extraction par solvant ; par exemple, l'obtention de l'ytterbium métal nécessite des centaines de phases de séparation.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GSCHNEIDNER (K.) - * - Industrial application of Rare Earth.
-
(2) - * - Ernst & Young : Michel Nestour. Technology minerals – The rare earths race in on (2011).
-
(3) - * - Ernst & Young : Michel Nestour. Technology minerals – The rare earths race in on (2011).
-
(4) - ZHANHENG (C.) - Global rare earths resources and scenarios of future rare earth industry. - Journal of Rare Earths, vol. 29 (1er jan. 2011), Ernst & Young estimates.
-
(5) - * - Megermarket, Lynas Corporation and Molycorp Inc. 2011 investor presentation and company websites, Ernst & Young : Michel Nestour.
-
(6) - BAYLIS (R.), CHEGWIDDEN (J.) - Industrial minerals for electric vehicle technologies. - ROSKILL.
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Diodes électroluminescentes pour l'éclairage, Panorama et tendances technologiques.
ANNEXES
Recommandations Communauté européenne http://www.ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/critical/index_en.htm
Information sur les luminophores http://www1.eere.energy.gov/buildings/appliance_standards/residential/pdfs/app_3c_lamps_standards_final_tsd.pdf
HAUT DE PAGE2.1 Organismes – Associations – Fédérations
AMES Laboratory http://www.ameslab.gov
BRGM http://www.brgm.fr
US Geological survey http://www.usgs.gov
REITA : Rare Earth Industry and Technology association http://www.tremcenter.org
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