L’industrie extractive est connue pour être l’une des plus polluantes et dévastatrices pour la planète. Pourtant, plus la demande croît avec l’essor des technologies, plus l’humanité en est dépendante. Et cela malgré le fait que ses ressources ne sont pas durables et connaîtront toutes leurs limites un jour ou l’autre. Pour tenter de pallier ce problème avec une approche plus circulaire, une nouvelle étude a peut-être permis de mettre la main sur un moyen efficace d’extraire des terres rares à partir des déchets de combustion du charbon. Le procédé serait aussi applicable en recyclant divers matériaux issus par exemple des rebuts d’appareils électroniques et les résidus de bauxite.
Publiée dans Science Advances et menée par des chercheurs de la Rice University de Houston, au Texas, l’étude cible particulièrement les éléments de terres rares, très utilisés dans les appareils high tech comme les smartphones. Ils sont présents dans les écrans tactiles, les moteurs de véhicules électriques, les éolienne, en raison de leurs propriétés magnétiques et électroniques particulières. Il s’agit ainsi de l’une des plus grandes plaques tournantes de l’économie mondiale, qui génère des parts considérables du PIB de nombreux pays.
Ces éléments chimiques sont donc utilisés même dans des technologies censées être écologiques. Pourtant, leur extraction coûte une fortune, autant économiquement qu’au niveau environnemental. Des forêts entières, abritant parfois des écosystèmes aussi uniques que fragiles, sont rasées au bénéfice de leur extraction. Présent un peu partout dans le sol, mais en très petite quantité, il faut s’enfoncer loin dans les entrailles de la terre (de nombreux hectares qui plus est) pour en obtenir que quelques petits kilogrammes.
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L’extraction et le raffinage des terres rares engendrent aussi de nombreux rejets toxiques, tels que des métaux lourds et des substances radioactives, ce qui contamine les cours d’eau et les nappes phréatiques. Certains rapports ont même révélé que le bétail et les plantations autour des sites d’extraction ne survivent pas, et que les populations environnantes présentent des taux anormalement élevés de cancers.
« Les États-Unis avaient l’habitude d’extraire des éléments de terres rares, mais remontaient également beaucoup d’éléments radioactifs », explique dans un communiqué James Tour, chimiste à la Rice University et auteur principal de l’étude . « Nous ne sommes pas autorisés à réinjecter l’eau. Il faut donc l’éliminer, ce qui est coûteux et problématique. Le jour où les États-Unis ont supprimé toute exploitation minière de terres rares, les sources étrangères ont décuplé leurs prixs », ajoute-t-il.
Un procédé plus respectueux de l’environnement
Au lieu de creuser de milliers d’hectares de terres, les chercheurs américains proposent dans leur étude un système de recyclage à circuit quasiment fermé. Dans le cadre d’un essai, ils ont extrait les éléments de terres rares à partir de flocons de cendre (cette fine poudre noire qui flotte dans l’air, devenue du charbon après sa combustion, et que l’on appelle communément « suie »). Toutes les centrales électriques qui fonctionnent au charbon, par exemple, en rejettent.
Leur technique consiste à introduire la cendre dans un tube de quartz et y faire passer un intense courant électrique durant une seconde pour amener la matière à 3000 °C. Appelé chauffage flash Joule, le procédé brise les sphères de verre microscopiques qui constituent la cendre et libère les métaux de terres rares qu’elles contiennent. Il convertit également les métaux du phosphate en un type d’oxyde plus facile à dissoudre à l’aide d’acides doux.
Et même si chaque tonne de suie ne contient qu’environ un demi-kilogramme de terres rares, les précédentes générations d’industriels en ont tellement laissé à l’abandon (et ce pendant des décennies) que la marge d’extraction est très grande. « Nous en avons des montagnes ! », assure Tour. De plus, les restes des cendres inexploitées par ce nouveau processus pourraient encore être mélangés à du béton pour être réutilisés.
Les chercheurs ont également démontré que le chauffage flash Joule peut être utilisé pour récupérer les métaux des terres rares à partir des « boues rouges », les déchets de la production d’aluminium. Il peut aussi s’appliquer aux rebuts d’appareils électroniques — des millions de tonnes de déchets par an — broyés en poudre.
Selon le groupe de chercheurs, ce procédé est plus respectueux de l’environnement car il ne consomme pas beaucoup d’énergie, là où habituellement, les grands industriels dépensent énormément en énergie fossile. Les scientifiques ont également fait en sorte de transformer le flux d’acide souvent utilisé pour récupérer les éléments, en un système de filet.
Le procédé du laboratoire de Tour est prometteur en matière de perspectives d’applications, car il a déjà démontré son efficacité sur plusieurs sortes de déchets et peut être adapté à d’autres matériaux, tels que le plastique et le graphène.