À Baotou, l’horizon ne s’étire pas sur des steppes tranquilles, mais sur un lac noirâtre, saturé de boues toxiques. Là-bas, le cœur industriel de la Mongolie intérieure bat au rythme sourd de l’extraction des terres rares, ces métaux peu connus qui alimentent nos écrans, nos batteries comme nos moteurs électriques. Mais sous l’efficacité affichée, une réalité plus sombre se glisse dans le paysage : maladies qui s’installent, nouvelles générations marquées, paysages définitivement bouleversés. Baotou, 2,5 millions d’habitants, vit sur le seuil des mines, tout près de Bayan Obo, le plus vaste gisement mondial de terres rares. Ici, la modernité prend racine dans des vapeurs d’acide et la poussière des métaux lourds.
Ce lac artificiel, que l’on aperçoit sans peine sur des images satellites, n’est qu’un immense réservoir de résidus issus du traitement des terres rares. Sa composition exacte reste dans l’ombre, mais tous ceux qui s’en sont approchés, chercheurs, artistes ou médias, tirent la sonnette d’alarme : radioactivité élevée, métaux dangereux omniprésents. Les habitants tout autour paient cher : maladies incomprises, hausse des naissances avec malformations.
Le nom même de “terres rares” porte à confusion : ces métaux sont loin d’être rares sur la planète, mais difficilement exploitables car dispersés dans différents minéraux. C’est leur extraction qui concentre les risques, plus que leur disponibilité. Aujourd’hui, la Chine concentre la majorité de leur production, à raison : elle a accepté d’en supporter le coût humain et écologique. En pratique, la bastnaésite, la monazite et le xénotime regroupent l’essentiel de ces métaux précieux.
Les trois minéraux sur lesquels tout repose
La bastnaésite emprunte son nom à une mine de Suède. Cette roche mêle carbone et fluor avec du cérium, du lanthane, de l’yttrium, mais aussi du néodyme et du praséodyme. On retrouve ses principaux gisements en Californie, à Mountain Pass, près de Bayan Obo en Mongolie intérieure ou encore dans le Sichuan. Lorsque la bastnaésite passe entre les mains de l’industrie, le fluor qu’elle comporte donne naissance à des acides dévastateurs pour l’environnement.
La monazite tire ses origines du grec pour “solitaire”. Ce phosphate est bien plus radioactif et rassemble du cérium, du lanthane, du néodyme, du samarium, mais aussi du thorium et de l’uranium. Le Brésil, l’Afrique du Sud et l’Inde ont longtemps exploité cette ressource, mais le choix s’est peu à peu porté vers la bastnaésite, qui présente moins de radiations. Néanmoins, la monazite refait surface dans les discussions, notamment autour des réacteurs au thorium.
Quant au xénotime, ce phosphate se distingue par une abondance en yttrium et en terres rares lourdes, comme le dysprosium, le terbium, l’erbium ou l’ytterbium. Souvent issu de mines d’étain de Malaisie, il présente des similitudes avec la monazite, dont une radioactivité due à la présence de thorium et d’uranium.
Un cristal de bastnaésite-cérium. Source : Robert M. Lavinsky, Wikimedia Commons
Un cristal de xénotime associé au rutile (titane). Source : Robert M. Lavinsky, Wikimedia Commons
Un cristal de monazite-cérium orange sur fond de quartz blanc. Crédit : Robert M. Lavinsky, Wikimedia Commons
L’extraction des terres rares implique une série d’opérations précises et agressives. Le processus, du concassage à la chimie, n’a rien de mystérieux : il est direct, souvent violent.
Enrichir la roche pour isoler le précieux
Dès qu’on sort la roche du sous-sol, elle regorge d’impuretés. Pour concentrer les terres rares, on entame une série de traitements physiques d’enrichissement. L’amorce, c’est le concassage à mâchoires qui réduit le minerai en gravier de moins d’un centimètre. Souvent, cela se fait sur place, au pied de la mine. Le gravier finit sa course dans un broyeur à boulets qui le transforme en poudre très fine, jusqu’à quelques dizaines de microns, plus fin qu’un cheveu.
Un concasseur à mâchoires, modèle LokoTrack LT105. Crédit : Bob Adams/Flickr
On obtient alors une boue minérale qu’il faut encore trier. Vient la flottation : la boue est agitée dans de grands réservoirs avec de l’air. Deux groupes de produits entrent en scène : des dépresseurs, qui se collent aux minéraux à éliminer et les entraînent au fond, puis des collecteurs qui s’attachent aux terres rares pour les faire monter à la surface, transportées par de fines bulles d’air.
Dans le traitement de la bastnaésite, les dépresseurs sont souvent des acides dicarboxyliques ou de l’acide phosphorique, fréquemment utilisé dans l’industrie alimentaire. Les collecteurs peuvent être du silicate de sodium (irritant), de l’hexafluorosilicate de sodium (un produit utilisé pour traiter l’eau potable) ou du sulfonate de lignine (un agent courant pour diminuer la poussière sur les routes).
Pour la monazite et le xénotime, on fait parfois appel à d’autres procédés. Avant d’y venir, il faut en saisir le principe :
- La séparation magnétique, pour capturer les minéraux sensibles aux champs magnétiques.
- La séparation par gravité, une étape qui s’apparente à une centrifugation mais qui se montre moins efficace sur les particules très fines.
Lorsque cette phase est terminée, la boue concentrée repose dans un décanteur puis file au séchage, sous haute température. Ce traitement prépare le terrain à la véritable chimie industrielle.
Crédit : Mickey/Flickr
L’alchimie acide et basique des minerais bruts
La poudre sèche est alors soumise à des réactions chimiques puissantes, destinées à approcher les 90 % de pureté en terres rares. Deux méthodes s’affrontent : l’une acide, l’autre basique. Les réactifs sont connus mais leur utilisation est brutale : acide sulfurique, acide chlorhydrique, acide nitrique, soude… Leur problème, ce n’est pas seulement leur nature chimique, c’est l’effet des éléments toxiques qu’ils libèrent tout au long du procédé.
Pour que tout soit clair, zoom sur les cas de la monazite et de la bastnaésite.
Cas de la monazite
Le minerai plonge d’abord dans de l’acide sulfurique concentré puis est chauffé à des températures pouvant aller jusqu’à 300°C. On obtient alors une pâte épaisse, laissée à refroidir à 70°C avec de l’eau chaude. La réaction dure une journée pour permettre la séparation des composants. Au bout du processus, trois types de résidus s’accumulent :
- Un “gâteau” radioactif de thorium et de phosphate, destiné à l’entreposage sécurisé ;
- Un concentré contenant les terres rares recherchées ;
- Un lot d’uranium radioactif à manipuler avec précaution.
Une méthode basique, plus récente et souvent plus efficace, consiste à cuire la monazite à la soude à 140 °C, avant de refroidir puis d’utiliser de l’acide chlorhydrique pour extraire les terres rares. On obtient en sortie une boue composée de thorium, titane et zirconium, tous trois à traiter avec beaucoup de vigilance.
Cas de la bastnaésite
Traitement à l’acide sulfurique, cette fois au-dessus de 100°C. Objectif : éliminer le silicium et surtout le fluor. C’est ce fluor, évacué sous forme d’acide fluorhydrique, qui fait frémir : très toxique, il attaque les tissus humains, provoque œdèmes pulmonaires, troubles neurologiques, déformations osseuses, parfois l’arrêt du cœur.
La séparation, l’étape ultime
Après toutes ces opérations, il reste à différencier chaque terre rare, dont les propriétés chimiques se rejoignent de près. Pour y parvenir, l’industrie utilise divers solvants, choisis pour leur affinité avec chaque type de métal. L’yttrium, par exemple, est isolé grâce à l’acide naphténique, que l’on retrouve par ailleurs dans certains usages industriels sensibles. En général, ces solvants ne posent pas de problème majeur, sauf quand du fluor entre en jeu, réveillant la menace de l’acide fluorhydrique.
Chacune de ces terres rares répond à un “solvant sur mesure”. Comme une vinaigrette : dès qu’on agite et qu’on laisse poser, eau et huile reprennent leur liberté. L’industrie répète l’expérience avec différents solvants, jusqu’à obtenir une fraction spécifique pour chaque métal exploité.
Un peu d’huile d’olive suffit pour comprendre la séparation liquide/liquide qui sous-tend toute la chimie des terres rares.
Du concassage à la séparation chimique, chaque étape laisse derrière elle des montagnes de déchets acides et parfois radioactifs. Pourtant, grâce à ce traitement minutieux, le cérium et l’yttrium font briller les écrans OLED, le néodyme et le praséodyme vibrent dans les haut-parleurs des smartphones. On aurait presque du mal à penser que ces objets de poche pourraient porter une trace aussi concrète de Baotou.
Indium, Yttrium… quels métaux rares sont utilisés dans nos smartphones ?
Il y a, dans chaque appareil électronique, une collection de ressources dont peu de gens soupçonnent l’origine. L’industrie numérique dépend de toute une palette de métaux oubliés, bien loin des classiques cuivre ou aluminium. Le détail de cette histoire se poursuit ailleurs, bien loin des circuits polis…
Le parcours des terres rares, du minerai brut jusqu’à la puce électronique, laisse derrière lui des paysages transformés, parfois à jamais. Le vrai bilan se dessine dans l’invisible, une longue traînée derrière la lumière de nos écrans.
