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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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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Conclusion4. Recyclage
Comme nous l'avons évoqué dans les précédents chapitres, la pénurie est également entretenue par la faiblesse de l'offre de recyclage.
Selon les experts, seulement 1 % des terres rares sont recyclées ; en fait, la majorité des terres rares manufacturées pourraient être recyclées, par exemple dans les lampes fluorescentes, les disques durs de nos ordinateurs, ce qui permettrait une moindre dépendance vis-à-vis des pays producteurs tels que la Chine.
Néanmoins, de nombreux projets émergent et notamment en France : la société Récylum SAS a récupéré, en 2010, 3 650 t de lampes fluorescentes en vue du recyclage, par Rhodia, des terres rares contenues. 4 000 t de lampes sont susceptibles de donner 15 t d'yttrium, 1 t de terbium et 1 t d'europium.
Les groupes Umicore et Rhodia se sont associés pour recycler, à compter de fin 2011, les batteries Ni-M-H. Les batteries seront traitées par Umicore à Hoboken afin de séparer le nickel des terres rares et le concentré de terres rares obtenu sera traité par Rhodia à La Rochelle pour séparer les terres rares .
Aux États-Unis, la société Molycorp projette de produire des terres rares de haute pureté à partir de déchets tels que : appareils électroniques, ampoules et tubes fluorescents. En 2009 aux États-Unis, 25 % de l'électronique grand public était recyclé (38 % : ordinateur – 18 % : TV – 8 % : téléphone mobile) et seulement 3 à 5 % des ampoules CFL.
Le principal obstacle est le coût, un mobile contient moins de 1 g de néodyme, dans un ordinateur, on pourra extraire du néodyme, yttrium, europium, terbium. Le recyclage des ampoules est un peu plus aisé (figure 11), les luminophores étant localisés sur la surface interne de l'ampoule.
Dès que les matériaux contenant les terres rares, tels que aimants, luminophores, ont été extraits du produit fini, on obtient un concentré qui suivra ensuite des étapes de séparation par voie chimique, pour isoler chaque terres rares, puis chaque élément est purifié (sublimation dans le cas des métaux).
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Recyclage
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GSCHNEIDNER (K.) - * - Industrial application of Rare Earth.
-
(2) - * - Ernst & Young : Michel Nestour. Technology minerals – The rare earths race in on (2011).
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(3) - * - Ernst & Young : Michel Nestour. Technology minerals – The rare earths race in on (2011).
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(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.
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(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.
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...
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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