Un mystérieux métal cosmique pourrait résoudre la crise des terres rares

Les métaux des terres rares devraient occuper une place centrale dans la « révolution verte » car ils fournissent des aimants haute performance utilisés dans les infrastructures renouvelables comme les éoliennes, les appareils de haute technologie et les voitures électriques. Cependant, mettre la main sur ces matériaux tant recherchés n’est pas toujours chose aisée. Heureusement, il pourrait y avoir une solution sous la forme d’un métal mystérieux habituellement concocté dans l’espace.

Malgré leur nom, les métaux des terres rares ne sont pas vraiment rares, mais ils sont dispersés dans la croûte terrestre en concentrations relativement faibles. L’exploitation minière peut donc s’avérer délicate et comporter ses propres risques environnementaux.

À l’heure actuelle, la Chine domine le marché, représentant environ 81 % des terres rares achetées dans le monde en 2017. Elle a déjà envisagé une éventuelle interdiction d’exportation de métaux des terres rares en réponse aux tensions géopolitiques avec les États-Unis, ce qui signifierait l’avenir de leur approvisionnement. dans certaines régions est incertain.

Les États-Unis et d’autres régions du monde cherchent à rivaliser. Par exemple, la Californie possède la mine Mountain Pass, la seule installation d’extraction et de traitement de terres rares aux États-Unis. Néanmoins, les options alternatives suscitent un intérêt croissant.

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« Des gisements de terres rares existent ailleurs, mais les opérations minières sont très perturbatrices : il faut extraire une énorme quantité de matière pour obtenir un petit volume de terres rares. Entre les impacts environnementaux et la forte dépendance à l'égard de la Chine, il y a eu une recherche urgente de matériaux alternatifs qui ne nécessitent pas de terres rares », a déclaré le professeur Lindsay Greer, du département de science des matériaux et de métallurgie de l'université de Cambridge, dans un communiqué en octobre 2022.

En 2022, le professeur Greer et son équipe sont tombés sur une réponse possible : la tétrataénite, un alliage fer-nickel qui contient de nombreuses propriétés magnétiques trouvées dans les métaux des terres rares.

Jusqu’à récemment, l’utilisation de ce minéral cosmique se heurtait à un obstacle majeur. La tétrataénite se trouve dans les météorites tombées de l’espace. Ses propriétés sont dues à une structure atomique qui se forme sur des millions d’années lorsqu’une météorite se refroidit lentement – ​​ce n’est pas exactement le minéral rapide et facile qui pourrait sauver la situation.

Dans les années 1960, les scientifiques ont réussi à créer de la tétrataénite artificielle en faisant exploser des alliages fer-nickel avec des neutrons, mais cette technique est complexe et coûteuse et ne convient pas à une production de masse.

Puis, en 2022, une avancée décisive s’est produite. Des scientifiques de l'Université de Cambridge, dirigés par le professeur Greer, ont découvert un moyen remarquablement simple de produire en masse de la tétrataénite.

Ils travaillaient avec des alliages fer-nickel et ont découvert que le phosphore, un élément également présent dans les météorites, aide les atomes de fer et de nickel à se déplacer plus rapidement. Cela permet aux atomes de former cet empilement ordonné complexe sans attendre des millions d’années. Selon leur étude, la bonne combinaison de fer, de nickel et de phosphore accélère la formation de tétrataénite de 11 à 15 ordres de grandeur.

"Ce qui était le plus étonnant, c'est qu'aucun traitement spécial n'était nécessaire : nous avons simplement fondu l'alliage, l'avons coulé dans un moule et nous avons obtenu la tétrataénite", a déclaré Greer. « L'opinion précédente dans ce domaine était qu'on ne pouvait pas obtenir de tétrataénite à moins de faire quelque chose d'extrême, car sinon, il faudrait attendre des millions d'années pour qu'elle se forme. Ce résultat représente un changement total dans notre façon de penser ce matériau.

Des questions subsistent quant à savoir si ce procédé pourrait être utilisé pour fabriquer de la tétrataénite présentant les mêmes qualités magnétiques nécessaires au développement des infrastructures renouvelables. Cependant, cette découverte fortuite suggère que les solutions peuvent souvent surgir de nulle part.

[H/T : Mécaniques populaires]