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À propos des ETR

Les éléments de terres rares (ETR) sont un groupe de 15 éléments appelés «lanthanides», dont 14 sont des éléments naturels et stables.

Deux autres éléments, Scandium (Sc) et Yttrium (Y), sont souvent regroupés avec les ETR en raison de leurs propriétés similaires.

Au total, ce groupe de 17 éléments possède des propriétés chimiques et physiques uniques en raison de la variation de la configuration électronique entre les terres rares individuelles.

Les terres rares ne sont pas rares, malgré ce que leur nom implique, et la surface de la croûte terrestre en est aussi riche que de métaux tel le cuivre, le cobalt et le lithium.

Ils sont beaucoup plus abondants que l’or, l’argent et le platine. Le problème que posent les terres rares et ce qui les rend «rares» est la difficulté de les séparer en éléments simples d’une grande pureté en raison de leurs similitudes chimiques.

Les terres rares se trouvent dans plusieurs minéraux, les sources les plus courantes étant le bastnasite, le monazite et le xénotime. Ces 16 éléments naturels ont tendance à se souder ensemble dans ces minéraux, généralement à des hautes concentrations en poids, avec une distribution variable des éléments individuels.

Éléments de terres rares légers (LREE)

57La

Le lanthane est un composant clé des batteries pour véhicules hybrides, ordinateurs et appareils électroniques. Ses propriétés physiques et chimiques lui permettent d’être utilisé dans une variété d’autres produits. Le lanthane est utilisé dans les piles à combustible à hydrogène, les verres optiques spéciaux, les aspirateurs électroniques, les applications d’éclairage au carbone, en tant qu’agents dopants dans les lentilles de caméras et de télescopes, ainsi que dans le polissage du verre et des pierres précieuses. Il a également des applications majeures dans le craquage catalytique du pétrole et comme alliage pour de nombreux métaux.

58Ce

L’oxyde de cérium est largement utilisé pour polir les surfaces en verre. D’autres composés de cérium sont utilisés pour fabriquer du verre et des émaux, à la fois comme ingrédients et comme agents d’élimination de la couleur. Le cérium est un composant des panneaux solaires, des LED, des convertisseurs catalytiques, des alliages à résistance thermique, des éclairages à arc au carbone, des fours autonettoyants, du raffinage du pétrole, des agents de durcissement et des céramiques dentaires.

59Pr

Le praséodyme est le plus largement utilisé comme agent d’alliage avec le magnésium pour les applications métalliques à haute résistance dans les moteurs d’avion. Il est également utilisé dans les super aimants, les convertisseurs catalytiques, les verres de protection UV, les lampes à arc au carbone et les scintillateurs CAT. L’élément est également utilisé comme agent de dopage dans les câbles à fibres optiques et dans plusieurs alliages métalliques.

60Nd

Le néodyme est essentiel à la production des super-aimants les plus puissants au monde, qui sont présents dans les voitures hybrides, les éoliennes et hydroliennes ultramodernes, les moteurs industriels, les climatiseurs, les ascenseurs, les microphones, les haut-parleurs, les disques durs d’ordinateur, etc. des écouteurs auriculaires et des micros pour guitare. Lorsqu’il est associé au Terbium ou au Dysprosium, un aimant au néodyme peut résister aux températures les plus élevées de tout aimant, ce qui permet à l’élément d’être utilisé dans les voitures électriques. Le néodyme a de nombreuses utilisations supplémentaires. Il est utilisé dans les ampoules à incandescence, les tubes cathodiques, comme filtre de verre et colorant, comme agent augmentant la performance des lasers Yttrium-Aluminium-Grenat et pour réduire l’éblouissement dans les rétroviseurs

61Pm

Prométhium était le dernier des éléments de la famille des terres rares à être découvert. En 1902, le chimiste tchèque Bohuslav Brauner (1855-1935) améliora le tableau périodique de Mendeleïev en le prolongeant à la baisse après Lanthanum. Il a prédit l’existence d’un élément entre le Néodyme et le Samarium. Le prométhium naturel est très rare et tous ses isotopes sont radioactifs. Le Prométhium a un nombre limité d’applications pour lesquelles il est généralement synthétisé à partir d’uranium.

62Sm

L’application majeure du samarium est dans les aimants de samarium-cobalt qui possède un
magnétisme permanent qui se retrouve juste après les aimants de néodyme; par contre, les composés du samarium peuvent résister à des températures significativement plus hautes, au-dessus de 700°C,
sans perdre leurs propriétés magnétiques. L’isotope radioactif samarium-153 est le composé principal
dans le médicament samarium (153Sm) lexidronam (Quadramet) chargé d’éliminer les cellules
cancéreuses dans le cancer des poumons, de la prostate et du sein, ainsi que chez l’ostéosarcome. Les
mesures des ratios isotopiques du samarium et du néodyme sont utilisées dans la datation géologique
des roches et des météorites.

Éléments de terres rares lourds (HREE)

63Eu

L’europium est le plus réactif des ETR. Il s’oxyde rapidement dans l’air: l’oxydation en vrac d’un échantillon de la taille d’un centimètre se produit en quelques jours. Il ressemble au calcium dans sa réaction avec l’eau.

64Gd

Lorsqu’il est ajouté au fer, au chrome ou à des alliages apparentés, le gadolinium améliore considérablement leur maniabilité et augmente leur résistance à l’oxydation à haute température. Il est également utilisé dans les applications hyperfréquences, les CD, les dispositifs de mémoire d’ordinateur, l’amélioration d’images IRM, la radiographie neutronique et la fabrication de luminophores dans des tubes de télévision. Une dernière utilisation de gadolinium est pour les réacteurs nucléaires en tant que mécanisme d’arrêt d’urgence.

65Tb

Le terbium est utilisé dans les tubes de télévision couleur et les lampes fluorescentes en tant que phosphore vert. En combinaison avec les luminophores bleu et rouge Europium, les trois créent un éclairage fluorescent trichrome, beaucoup plus lumineux que l’éclairage fluorescent conventionnel. Une autre application écologique du terbium est son association au néodyme pour la production des super-aimants les plus résistants à la chaleur du monde. L’élément est également utilisé dans les alliages, les stabilisants cristallins dans les piles à combustible fonctionnant à haute température, les lasers spéciaux et les matériaux à doper au fluorure de calcium, au borate de sodium et au molybdate de strontium. Le terbium est un composant de Terfenol-D, un matériau utilisé dans les transducteurs, les injecteurs de carburant liquide de haute précision et dans une nouvelle forme d’équipement audio susceptible de révolutionner l’industrie du haut-parleur.

66Dy

La courbe d’absorption thermale neutronique du dysprosium et son haut point de fusion lui permet
d’être utilisé dans des applications de contrôle nucléaire. Cet élément peut être ajouter aux aimants de
néodyme-fer-bore pour en augmenter la force et la résistance à la corrosion tel que dans les moteurs
d’entraînement des véhicules électriques. Tout comme le terbium, le dysprosium est
un composant du Terfenol-D; un matériel très prometteur pour les applications des futures
technologies. Il est aussi utilisé dans les CD, les essais de réactions chimiques, les matériaux de laser et
les dosimètres.

67Ho

L’holmium possède un des plus hauts moments magnétiques connu. Cet élément est impératif dans la
création de la plus forte génération artificielle de champs magnétiques. L’holmium est aussi utilisé dans
les tiges de contrôle nucléaire, les lasers à l’état solide dans l’équipement micro-onde de la sécurité
médicale oculaire et dentaire, comme verre jaune et rouge, ainsi que comme colorant à base de zircone.

68Er

L’erbium est utilisé dans les tiges de contrôle de l’absorption neutronique, la création de lasers pour le
coupage et le soudage, ainsi que pour augmenter la performance de la fibre optique. En
tant qu’additif aux alliages, l’erbium diminue la dureté, mais augmente la maniabilité de nombreux
métaux. Dans sa forme oxide, cet élément est utilisé comme un colorant rose dans le verre et dans le
vernis d’émail de la porcelaine, ainsi que souvent utilisé dans les filtres en photographie.

69Tm

Le thulium est le deuxième plus rare éléments des terres rares suivant le prométhium et il ne se présente
pratiquement jamais sous forme naturelle dans la croûte terrestre. En raison de sa rareté et de son prix
élevé, il n’y a seulement que quelques utilisations au thulium. Il est couramment utilisé dans certaines
expérimentations scientifiques et dans des dispositifs portables à rayons-x dans des endroits où
l’électricité n’est pas disponible.

70Yb

Le ytterbium est utilisé dans les cellules photovoltaïques, les verres optiques, les cristaux et les
céramiques. Il peut être utilisé pour augmenter la performance des lasers à l’état solide de haute
performance et comme un alliage qui aide à renforcer l’acier inoxydable. Tout comme le thulium, le
ytterbium est utilisé dans les machines portables à rayons-x où l’électricité n’est pas disponible.

71Lu

Le lutécium est principalement utilisé comme catalyseur dans le raffinement du pétrole, les procédés
d’hydrogénation et de polymérisation, ainsi que dans les LED organiques. Le lutécium est couramment la cible de recherche en tant que possible agent dans le traitement de cancers. Il est également utilisé dans les rayons-x à luminophores et dans les dispositifs de mémoire d’ordinateurs.

21Sc

Le scandium est principalement utilisé avec l’aluminium pour former un alliage léger mais de haute résistance et de scandium-aluminium. Cet alliage se retrouve dans l’industrie aérospatiale pour les châssis d’avion et dans le domaine sportif tel que le cyclisme, le baseball, le golf, etc. Le scandium est également utilisé dans les lampes à décharge à haute intensité pour fournir une couleur semblable à celle du jour pour les télévisons, dans les lasers et en dentisterie.

39Y

L’yttrium a un éventail plutôt large d’utilités, dont son domaine d’activité le plus important étant la
production de luminophores pour les LED et les lampes fluorescentes à faible consommation d’énergie.
Les composés de l’yttrium sont utilisés comme treillis hôtes avec différents cations des
lanthanides pour produire le rouge et le vert avec Eu3+ et Tb3+. L’yttrium est aussi utilisé dans la
production d’une grande variété de grenats synthétiques qui jouent un rôle important en tant que filtres
de micro-ondes, de pierres précieuses, de lasers puissants utilisés pour la coupe de précision, dans le soudage, en gravure, en forage et en ciblage. Il permet également la résistance à la corrosion à hautes
températures des instruments de coupe. D’autres applications possibles tels que dans les électrolytes
solides, les électrodes des bougies de haute performance, les catalyseurs, les alliages d’aluminium et de
magnésium, les désoxydants de métaux non ferreux, les stabilisateurs de zircon en joaillerie et comme remplaçant du thorium dans les manchons de gaz des lanternes au propane. L’yttrium possède un point de fusion élevé qui permet une résistance aux chocs ainsi que de faibles caractéristiques d’expansion thermique ce qui en fait un bon candidat dans les formules de la céramique, du verre de même que les lentilles de caméras. Dans le secteur médical, on le retrouve aussi dans le traitement du cancer et de l’inflammation des articulations, ainsi que dans les outils de haute précision en chirurgie.