La plupart des Américains utilisent des éléments de terres rares tous les jours - sans le savoir, ou savoir quoi que ce soit sur ce qu'ils font. Cela pourrait changer, car ces matériaux inhabituels deviennent un point focal dans l'escalade de la guerre commerciale entre les États-Unis et la Chine.

Stanley Mertzman, un géologue dont la spécialité est l'analyse aux rayons X des roches et des minéraux pour déterminer leur composition chimique, et qui enseigne la minéralogie au Franklin and Marshall College, explique plus sur ces éléments peu connus et fascinants - et l'électronique moderne qu'ils rendent possible.

1. Que sont les éléments des terres rares ?

À proprement parler, ce sont des éléments comme d'autres sur le tableau périodique - comme le carbone, hydrogène et oxygène – avec les numéros atomiques 57 à 71. Il y en a deux autres avec des propriétés similaires qui sont parfois regroupés avec eux, mais les principaux éléments de terres rares sont ceux 15. Pour faire le premier, lanthane, commencez par un atome de baryum et ajoutez un proton et un électron. Chaque élément de terre rare successif ajoute un proton et un électron de plus.

Il est significatif qu'il y ait 15 éléments de terres rares :les étudiants en chimie se souviendront peut-être que lorsque des électrons sont ajoutés à un atome, ils se rassemblent en groupes ou en couches, appelés orbitales, qui sont comme des cercles concentriques d'une cible autour de la cible du noyau.

Le cercle cible le plus interne de n'importe quel atome peut contenir deux électrons; ajouter un troisième électron signifie en ajouter un dans le deuxième cercle cible. C'est là que vont les sept prochains électrons, aussi - après quoi les électrons doivent aller au troisième cercle cible, qui peut en contenir 18. Les 18 électrons suivants entrent dans le quatrième cercle cible.

Ensuite, les choses commencent à devenir un peu étranges. Bien qu'il y ait encore de la place pour les électrons dans le quatrième cercle cible, les huit électrons suivants entrent dans le cinquième cercle cible. Et malgré plus de place dans le cinquième, les deux électrons suivants vont ensuite dans le sixième cercle cible.

C'est alors que l'atome devient baryum, numéro atomique 56, et ces espaces vides dans les cercles cibles précédents commencent à se remplir. Ajouter un électron de plus - pour faire du lanthane, le premier de la série des éléments des terres rares – place cet électron dans le cinquième cercle. Ajout d'un autre, faire du cérium, numéro atomique 58, ajoute un électron au quatrième cercle. Faire l'élément suivant, praséodyme, déplace en fait l'électron le plus récent du cinquième cercle vers le quatrième, et en ajoute un de plus. De là, des électrons supplémentaires remplissent le quatrième cercle.

Dans tous les éléments, les électrons du cercle le plus externe influencent largement les propriétés chimiques de l'élément. Parce que les terres rares ont des configurations électroniques identiques les plus externes, leurs propriétés sont assez similaires.

2. Les éléments des terres rares sont-ils vraiment rares ?

Non. Ils sont beaucoup plus abondants dans la croûte terrestre que de nombreux autres éléments précieux. Même la terre rare la plus rare, thulium, avec le numéro atomique 69, est 125 fois plus commun que l'or. Et la terre rare la moins rare, cérium, avec le numéro atomique 58, a 15 ans, 000 fois plus abondant que l'or.

Ils sont rares dans un sens, cependant - les minéralogistes les appelleraient "dispersés, " ce qui signifie qu'ils sont principalement saupoudrés sur la planète à des concentrations relativement faibles. Les terres rares se trouvent souvent dans des roches ignées rares appelées carbonatites - rien de plus commun que le basalte d'Hawaï ou d'Islande, ou andésite du mont St. Helens ou du volcan Fuego du Guatemala.

Il y a quelques régions qui ont beaucoup de terres rares - et elles sont principalement en Chine, qui produit plus de 80 pour cent du total annuel mondial de 130, 000 tonnes métriques. L'Australie a aussi quelques régions, comme le font certains autres pays. Les États-Unis ont une petite superficie avec beaucoup de terres rares, mais la dernière source américaine pour eux, Carrière de Mountain Pass en Californie, fermé en 2015.

3. S'ils ne sont pas rares, sont-ils très chers ?

Oui, assez. En 2018, le coût d'un oxyde de néodyme, numéro atomique 60, est de 107 USD, 000 par tonne métrique. Le prix devrait grimper à 150 $, 000 d'ici 2025.

Europium est encore plus cher – environ 712 $ 000 par tonne métrique.

Une partie de la raison est que les éléments des terres rares peuvent être chimiquement difficiles à séparer les uns des autres pour obtenir une substance pure.

4. A quoi servent les éléments de terres rares ?

Dans la seconde moitié du 20e siècle, europium, de numéro atomique 63, est devenu très demandé pour son rôle de phosphore produisant des couleurs dans les écrans vidéo, y compris les écrans d'ordinateur et les téléviseurs à écran plasma. Il est également utile pour absorber les neutrons dans les barres de contrôle des réacteurs nucléaires.

D'autres terres rares sont également couramment utilisées dans les appareils électroniques aujourd'hui. Néodyme, numéro atomique 60, par exemple, est un puissant aimant, utile dans les smartphones, téléviseurs, laser, batteries rechargeables et disques durs. Une prochaine version du moteur de voiture électrique de Tesla devrait également utiliser du néodyme.

La demande de terres rares n'a cessé d'augmenter depuis le milieu du 20e siècle, et il n'y a pas de véritables matériaux alternatifs pour les remplacer. Aussi importantes que soient les terres rares pour une société moderne basée sur la technologie, et aussi difficiles qu'ils soient à extraire et à utiliser, la bataille tarifaire peut mettre les États-Unis dans une très mauvaise position, transformant à la fois le pays et les éléments de terres rares eux-mêmes en pions dans ce jeu d'échecs économique.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.