TPE sur les terres rares

« élément que l'on décide d'appeler cérium , du nom de l'astéroïde Cérès que l'on venait de découvrir .

Puis, en 1826 , Je Suédois Carl Mosander (1797- 1858} commence à se demander s'il n'y aurait pas un troisième élément mêlé aux deux autres : près de douze ans plus tard , il réussit à isoler un nouvel élément qu'il appelle lanthane (du grec /anthanein , «se tenir caché »).

En fait, Je lanthane se révèle être lui-même un mélange .

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Ainsi débute la longue quête de la mise en évidence des lanthanides, quête qui s'achève en 1947, lorsque l'on isole l'élément 61, Je prométhium .

Cette aventure a été pleine de surprises , notamment parce que plus d 'une centaine de fois, les chimistes ont cru avoir affaire à un corps pur, lequel s'est plus tard révélé être un mélange .

LE SCANDIUM ET L'YTTRIUM LE SCAN DIUM (Sc 21) Le nom vient de Scandinavie, cet élément ayant été découvert en 1879 par le Norvégien Lars Nilson (1840- 1899}.

Le scandium fond vers 1 550 oc mais possède une densité à peine supérieure à 3 , soit la résistance thermique du fer avec la densité de J'aluminium ! Comme le poids est l 'ennemi numéro un pour une fusée , le scandium a trouvé des applications en astronautique .

l'iodure de scandium est employée dans certaines lampes pour produi r e une lumière très """-"'"'-'- ----' blanche, proche de celle du Soleil.

L'oigue-morine doit sa couleur bleue au scandium .

L'YTTRIUM (Y 39) l'histoire de l'yttrium est marquée par deux dates importantes relatives à son utilisation dans des applications : 1965 et 1987.

Au cours des années 1960, les électroniciens cherchaient désespérément des conducteurs capables de conduire les courants haute fréquence .

En effet, lorsque la fréquence atteint les milliards de hertz, il devient difficile d'acheminer Je courant.

En 1965, on découvre que le VAG, un grenat d 'aluminium et d'yttrium remplit bien cette fonction .

Il équipe les circuits électroniques haute fréquence comme ceux des radars .

Aujourd 'hui, il est également employé dans certains lasers , les lasers YAG , utilisés pour la gravure, la chirurgie ophtalmique , les lasers très forte puissance ...

La deuxième percée de J'yttrium dans l 'industrie a eu lieu en 1987 avec la mise au point des supraconducteurs « haute température » ou YbaCuO qui conduisent l'électricité sans aucune résistance électrique lorsqu'ils sont refroidis à -180 oc.

Avant les YbaCuO, cette température de transition vers l'état supraconducteur était d'environ -250 oc.

LES LANTHANID .ES (NUMÉROS ATOMIQUES 57 A 71) LE LANT HAN E (la 57} Le lanthane , premier de la série des lanthanides , est un métal blanc brillant qui fond à 920 oc.

On l'emploie comme additif pour améliorer les propriétés mécaniques des fontes et des aciers spéciaux.

l'alliage composé de 30% de fer, 35 % de cérium, 20 % de lanthane , et 15% d 'autres lanthanides constitue ce que l'on appelle le« mischmetal » employé comme « pierre » dans les briquets .

L E CÉRIUM (Ce 58) Le cérium est le plus abondant des terres rares.

Combiné à l'aluminium et au magnésium, il forme des alliages employés en aéronautique et dans le domaine spatial.

l'oxyde de cérium Ce0 2 est employé dans les manchons des lampes de camping-gaz dont il augmente la luminosité .

On l'utilise également comme abrasif pour le polissage du verre .

l'oxalate de cérium Ce2(0COCOO h est un antiémétique .

LE PRASÉODY M E (Pr 59) Le praséodyme est un métal gris argent qui fond à 930 °C.

Il a été découvert en 1885 par Carl Auer von Welsbach (1858-1929 }.

Les verres au praséodyme absorbent le rayonnement infrarouge et constituent d'excellents filtre IR employés dans les verres de soudeur .

LE NÉODYME (Nd 60) Le néodyme a été également découvert par Welsbach , d'ailleurs en même temps que le praséodyme .

En effet, en 1885 , Welsbach annonce avoir découvert deux éléments dans le didyme , un mélange que l'on avait pris à tort pour un élément.

On nomme les deux éléments de ce mélange praséodyme et néodyme .

Aujourd 'hui, ce dernier e st employé dans certains lasers YAG .

Depuis une quinzaine d'années , il entre dans la composition des aimants les plus puissants, les aimants dits au néodyme (qui contiennent également du fer et du bore) que l'on utilise dans certains écouteurs et surtout dans les têtes de lecture des disques durs des ordinateurs (Nd2Fe14B).

LE PROM ÉTHI U M (Pm 61) Le prométhium n'existe pas dans la nature :aucun noyau à 61 protons n'est stable.

Il s'agit d'un noyau radioactif à demi-vie courte.

En 1947 , on décèle le prométhium dans les produits de fission de l'uranium, certains noyaux d'uranium (92} se fissionnant en deux fragments possédant 31 et 61 protons.

On a identifié le prométhium dans la galaxie d'Andromède .

L E SAMARIU M (Sm 62) C'est Paul Émile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912 } qui isole le samarium en 1879.

Jusqu 'aux années 1970 , les aimants Ticonal étaient les meilleurs aimants sur le marché .

À partir de 1972 , on voit apparaître les aimants au samarium cobalt ou SmCo 5 dont les performances sont bien meilleures .

On emploie le samarium dans les barres de contrôle dans les cœurs des centrales nucléaires , car le samarium e st un bon absorbeur de neutrons .

Les verres au samarium sont opaques aux IR.

L'EUROPIUM ( Eu 63) ëeuropium a été découvert par le Français Augène Demarçay (1852 -1904 } qui nomme l'élément en hommage à l'Europe.

Il s 'agit d 'un des lanthanides les plus rares de la croûte terrestre : son abondance est de 2 grammes par tonne.

ëeuropium a été pendant longtemps employé dans les téléviseurs couleurs à tube cathodique en remplacement du phosphore dont la qualité était médiocre .

C'est aux États­ Unis , en Californie à Mountain Pass que l'on trouve la mine d 'europium la plus importante de la planète .

La production d'europium est ainsi quasiment un monopole américain.

LE GADOLUN IUM (Cid 64) En 1880 le Suisse Jean Charles Gallissard de Marignac (1817 -1894} soupçonne que ses échantillons de samarium ne sont pas purs et contiennent un autre élément.

En 1886 Lecoq de Boisbaudran isole cette impureté qui sera nommée gadolinium en souvenir du chimiste finlandais Gadolin qui avait consacré sa vie a étudier les terres rares.

Le gadolinium est le meilleur absorbeur de neutron que l'on connaisse .

Il est également employé pour ses propriétés magnétiques dans certaines mémoires magnétique dites « à bulle s».

LE TERBIUM ( Tb 65) Le terbium est découvert en 1843 par le chimiste Mosander en m ême temps que J'ytterbium et l'erbium .

Le nom de cet élément a été forgé à partir de Ytterby , la « capitale » des terres rares .

Comme le gadolinium , le terbium permet de constituer des mémoires à bulles.

On l'emploie dans les écrans à rayons X et comme activateur de la luminescence verte des tubes cathodiques.

LE D YSPROSIUM ( DY 66) C'est encore Lecoq de Boisbaudran qui découvre cet élément en 1886, mais c'est Georges Urbain qui l'isole en 1906.

Et c'est seulemen t au cours des années 1950 que l'on parvient à produire ce métal à l 'état pur.

On J'emploie en aéronautique dans certains alliages , combiné au magnésium .

De même , allié au fer, au cobalt au nickel.

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il entre dans la composition de certains aimants .

LE HOL MIUM (HO 67} Le nom holmium dérive de Holmia , nom latinisé de Stockholm.

Cet élément a été découvert en 1879 par Per Theodor Cleve (1840-1905).

De numéro atomique impair, il est peu abondant comme le terbium et J'europium .

En raison de son moment magnétique particulièrement élevé , il permet de concentrer fortement le champ magnétique et d 'obtenir des valeurs extrêmement importantes .

Il est également employé dans certains lasers et certains supraconducteurs .

L'ERBIUM (Er 68} C'est Mosander qui découvre cet élément en 1843.

De nos jours on emploie cet élément dans les fibres optiques et dans certains lasers utilisés notamment en chirurgie et dentisterie .

L E THULIU M (TM 69) Le thulium est découvert par Cleve en 1879.

Le nom dérive de 111e scandinave Thulé.

Il s'agit de la plus rare des terres rares.

Il est pourtant plus abondant que l'argent.

On l'emploie dans les dispositifs générateurs d'hyperfréquences comme les magnétrons des fours micro-ondes , et aussi comme activateur de luminescence bleue dans les tubes cathodiques .

L'YTTERBIUM (Yb 70) l'ytterbium est découvert par Galissard de Marignac en 1878.

Il s 'agit d'un métal très mou qui a très peu d 'applications .

On J'emploie dans certains lasers et certains supraconducteurs.

L E LUTÉTIUM (Lu 71) Le lutétium a été isolé en 1907 simultanément par Urbain et Welsbach comme impureté dans ce que l'on croyait être de J'ytterbium pur.

Son nom rend hommage à l'ancien Paris , Lutèce des Gaulois.

C'est le plus cher des lanthanides .

On ne lui a trouvé quasiment aucune application mise à part comme catalyseur dans l'industrie pétrolière.

PRODUCTION ET CONSOMMATION MONDIALE Avec 45 % de la consommation mondiale , le Japon est le principal consommateur de terres rares .

Cela se comprend compte tenu des nombreuses applications des terres rare s dans les industries de l'électronique, des écrans luminescents , des mémoires magnétiques , des aimants, des supraconducteurs ...

Avec 25 %, les États-Unis viennent en deuxième position , puis l'Europe et la Chine qui affichent respectivement 20 % et 10 % de la consommation mondiale .

La production annuelle mondiale de lanthanides sous forme d 'oxydes était de 50000 tonnes en 2000, cette production venant prin cipalement des États-Unis et de la Chine .

UNE APPLICATION PEU CONNUE DES TERRES RARES À partir du milieu des années 1930 , les Sovi étiques démarrent des études relatives aux effets des terres rares sur les cultures de blé, de riz, de coton , de thé ...

Les Chinois en font de même au cour s des années 1980 .

Sans que l'on comprenne bien pourquoi , on observe jusqu 'à 20% d'augmentation dans les rendements de ces cultures lorsque l'on pulv érise les plantes avec des nitrates de t erres rares ...

Abondance des terres rares sur Terre abondance dans la croûte terrestre (en ppm) 40 Ce :\0 i'! ' ' i .'' / 1 ..

20 Nd La : 10 0 57 58 59 60 6 1 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 numéro atomique. »