Extraire des terres rares - à partir de déchets électroniques

Les terres rares ne sont pas aussi rares que leur nom le suggère. Mais elles sont indispensables à l'économie moderne. Ces 17 métaux sont en effet des matières premières essentielles pour la digitalisation et la transition énergétique : Ils sont présents dans les smartphones, les ordinateurs, les écrans et les batteries - sans eux, aucun moteur électrique ne fonctionne et aucune éolienne ne tourne. L'Europe étant presque entièrement dépendante des importations chinoises, ces matières premières sont considérées comme "critiques".

Les terres rares sont également critiques en raison de leur extraction. Dans les minerais naturels, elles sont toujours mélangées - mais comme ces éléments sont chimiquement très semblables, il est difficile de les séparer. Les méthodes de séparation traditionnelles sont donc très gourmandes en produits chimiques et en énergie et nécessitent de nombreuses étapes d'extraction. Cela rend l'extraction et la purification des métaux co?teuses, compliquées et extrêmement nocives pour l'environnement.

"Malgré cela, les terres rares sont encore peu recyclées en Europe", explique Victor Mougel, professeur au Laboratoire de chimie inorganique de l'ETH Zurich. Une équipe de chercheurs dirigée par Mougel veut changer cela. "Il est urgent de trouver des méthodes durables et simples pour séparer et récupérer ces matières premières stratégiques à partir de différentes sources", demande le chimiste.

Dans une récente étude publiée dans la revue page externeNature Communications Dans une étude publiée aujourd'hui, l'équipe présente une méthode étonnamment simple qui permet de séparer efficacement l'europium, un métal des terres rares, de mélanges complexes d'autres terres rares et de les recycler.

Inspiré par la nature

Marie Perrin, doctorante dans le groupe de Mougel et première auteure de l'étude, explique : "Les méthodes de séparation existantes reposent sur des centaines d'étapes d'extraction dites liquide-liquide et sont inefficaces, et le recyclage de l'europium était jusqu'à présent peu pratique". Dans leur étude, ils ont maintenant montré qu'un simple réactif inorganique peut améliorer considérablement cette séparation. "Nous obtenons ainsi de l'europium en quelques étapes simples - et dans des quantités au moins 50 fois supérieures à celles obtenues avec les méthodes de séparation actuelles", explique Perrin.

La clé de cette technique réside dans de petites molécules inorganiques comportant quatre atomes de soufre disposés autour d'un atome de tungstène ou de molybdène : Les tétrathiométallates. Les chercheurs se sont inspirés du monde des protéines. Les tétrathiométallates sont souvent présents comme site de liaison pour les métaux dans les enzymes naturelles et servent de substance active contre le cancer et les troubles du métabolisme du cuivre.

Pour la première fois, les tétrathiométallates sont désormais utilisés comme ligands pour la séparation des métaux des terres rares. Ses propriétés d'oxydoréduction uniques, qui réduisent l'europium à son état divalent inhabituel et facilitent ainsi la séparation d'avec les autres métaux de terres rares trivalents, entrent en jeu.

"Le principe est tellement efficace et robuste que nous pouvons l'appliquer directement aux lampes fluorescentes usagées, sans devoir passer par les étapes de prétraitement habituelles", constate Mougel.

Faire circuler l'europium

Les déchets électroniques représentent une source importante, mais jusqu'à présent peu exploitée, de métaux de terres rares. "Si cette source était exploitée, les déchets de lampes que la Suisse envoie actuellement à l'étranger pour être mis en décharge pourraient au contraire être recyclés ici en Suisse", estime Mougel. Les déchets de lampes pourraient ainsi servir de mines urbaines d'europium et rendre la Suisse moins dépendante des importations.

Dans le passé, l'europium était principalement utilisé comme substance fluorescente dans les lampes fluorescentes et les écrans plats, ce qui a entra?né des prix élevés sur le marché. Comme les lampes fluorescentes sont maintenant progressivement retirées de la circulation, la demande a baissé, de sorte que les méthodes de recyclage utilisées jusqu'à présent pour l'europium ne sont plus économiquement rentables. Des stratégies de séparation plus efficaces sont néanmoins souhaitables et pourraient aider à valoriser les énormes quantités de déchets de lampes fluorescentes bon marché, dont la teneur en métaux de terres rares est environ 17 fois supérieure à celle des minerais naturels.

Réduire la demande

Il semble d'autant plus urgent de récupérer les métaux rares en fin de vie des produits et de les faire circuler - mais le taux de récupération des éléments de terres rares reste inférieur à un pour cent dans l'UE.

En principe, tout procédé de séparation des terres rares peut être utilisé aussi bien pour l'extraction à partir de minerais que pour la récupération à partir de déchets. Avec leur méthode, les chercheurs se concentrent toutefois délibérément sur le recyclage des matières premières, car cela serait beaucoup plus judicieux d'un point de vue écologique et économique. "Notre approche du recyclage est nettement plus respectueuse de l'environnement que toutes les méthodes traditionnelles d'extraction des métaux de terres rares à partir de minerais", explique Mougel.

Les chercheurs ont breveté leur technologie et sont en train de fonder une start-up appelée Reecover afin de la commercialiser à l'avenir. Ils travaillent actuellement à l'adaptation du procédé de séparation à d'autres métaux de terres rares, comme le néodyme et le dysprosium, présents dans les aimants. Si elle y parvient, Marie Perrin souhaite, après son doctorat, mettre sur pied la start-up et établir le recyclage des terres rares dans la pratique.