Les éléments des terres rares (ÉTR) sont à la base de la technologie moderne – alimentant tout, des éoliennes aux smartphones en passant par les véhicules électriques. Bien qu’ils ne soient pas vraiment rares dans la croûte terrestre, ils sont notoirement difficiles et coûteux à extraire efficacement. Aujourd’hui, une équipe de la Northeastern University a dévoilé une méthode révolutionnaire qui pourrait radicalement changer l’économie de la récupération des ETR, en exploitant les quantités massives de déchets des mines de charbon déjà stockées dans le monde.
Le problème avec l’extraction de courant
L’extraction traditionnelle des ETR repose sur l’exploitation de gisements dédiés, un processus à la fois perturbateur pour l’environnement et géographiquement concentré (souvent dans des régions politiquement sensibles). Les tentatives existantes visant à extraire les ETR des résidus de charbon – la boue de roche et d’eau laissée par l’extraction du charbon – ont été entravées par une faible efficacité. Les ETR sont enfermés dans des minéraux argileux tenaces, ce qui rend la séparation extrêmement difficile. Cette inefficacité constitue un goulot d’étranglement critique : la demande d’ÉTR explose en raison de la transition énergétique et de la fabrication de haute technologie, mais les chaînes d’approvisionnement restent fragiles.
Comment fonctionne le nouveau processus
L’équipe de la Northeastern University a développé un processus en deux étapes qui améliore considérablement les rendements d’extraction. Premièrement, les résidus de charbon sont « cuits » dans une solution alcaline tout en étant chauffés aux micro-ondes. Cela modifie la structure des minéraux entourant les ETR, les rendant plus poreux. Deuxièmement, un traitement à l’acide nitrique sépare ensuite les ETR de la roche restante.
Selon les chercheurs, le prétraitement alcalin avant la digestion acide est la clé. “Les résultats montrent que le prétraitement alcalin des résidus de charbon avant la digestion acide influence de manière significative l’efficacité de l’extraction des ETR, avec une extraction minimale dans la solution alcaline”, écrivent-ils. Cette combinaison débloque une efficacité 3 fois supérieure à celle des méthodes existantes.
Pourquoi c’est important : échelle et durabilité
L’impact potentiel est énorme. Les estimations suggèrent que plus de 600 kilotonnes d’ETR pourraient être extraites de chaque 1,5 milliard de tonnes de résidus de charbon – et les États-Unis à eux seuls détiennent environ 2 milliards de tonnes de ces déchets en Pennsylvanie. Il ne s’agit pas seulement d’efficacité ; il s’agit de convertir un passif (tas de déchets toxiques) en un actif (matériaux critiques).
Le procédé cible spécifiquement le néodyme, un élément clé des aimants à haute résistance utilisés dans les voitures électriques, les éoliennes et les disques durs. Augmenter cette tendance réduirait la dépendance à l’égard de l’exploitation minière traditionnelle, améliorerait la résilience de la chaîne d’approvisionnement et réduirait potentiellement le coût des technologies vertes.
Défis restants
Bien que prometteuse, sa mise en œuvre à grande échelle se heurte à des obstacles. Le processus d’extraction reste coûteux et nécessite un raffinage basé sur la composition minérale de gisements de résidus de charbon spécifiques. De plus, les résidus de charbon contiennent d’autres éléments précieux, comme le magnésium, qui devraient idéalement être extraits simultanément pour maximiser la viabilité économique. Ces complexités signifient que le déploiement à l’échelle industrielle prendra du temps et des recherches supplémentaires.
Néanmoins, cette avancée représente un pas en avant significatif dans la libération d’une ressource vaste et sous-utilisée. La demande en ETR ne fera qu’augmenter, et cette nouvelle approche fournit « de nouvelles informations sur les mécanismes de libération des ETR et le potentiel d’optimisation du prétraitement alcalin des déchets de charbon pour une extraction efficace des ETR ».
