Métaux rares ou de haute technologie

Une cinquantaine de métaux ou métalloïde entrent dans la fabrication de ce type d’objets. L’utilisation et l’extraction de certains d’entre eux sont listées pour illustrer leur diversité.

Les saumures des lacs salés de Bolivie et du Chili sont particulièrement riches en lithium. Ce dernier est également contenu dans des roches magmatiques à gros cristaux, dites pegmatiques, obtenues à partir d’un magma riche en eau. Trois minéraux lithinifères en sont extraits : le spodumène (LiAlSi₂O₆), la pétalite (LiAlSi₄O₁₀) et la lépidolite (KLi₂AlSi₃O₁₀(OH,F).

Avec le développement du véhicule électrique, l’utilisation du lithium dans les batteries est mise en avant. Il se retrouve également dans les piles alcalines. Dans les verres et céramiques le lithium peut permettre, selon son utilisation, d’augmenter la résistance au choc thermique ou aux rayures. Enfin, il peut être utilisé dans certains lubrifiants.

Le béryllium est un composant du béryl Be₃Al₂(SiO₃)₆ et de la bertrandite (Be₄Si₂O₇(OH)₂) dont il est principalement extrait. Ces minéraux, tout comme le spodumène pour le lithium, sont contenus dans les roches pegmatiques.

Le beryllium est utilisé dans certains alliages pour ses propriétés durcissantes. Il a beaucoup été utilisé en Formule 1 ou dans l’aéronautique. Il permet d’améliorer l’adhérence de la céramique, et est donc utilisé en dentisterie. Mais il ne peut constituer plus de 0,02 % de la masse des prothèses dentaires, du fait de sa toxicité.

Le zirconium se retrouve en très petite quantité dans la plupart des roches, c’est ce qu’on appelle un minéral accessoire. Il s’y trouve sous forme de silicate –zircon (ZrSiO₄) – ou d’oxyde – baddeleyite ou zircone (ZrO₂).

L’utilisation majoritaire du zirconium se fait dans l’industrie du carrelage, où le zircon et la zircone servent comme opacifiant ou comme pigment. En bijouterie, la zircone permet d’imiter le diamant. Elle est également utilisée dans les prothèses dentaires, car biocompatible.

Le métal est utilisé dans l’industrie nucléaire pour la fabrication des gaines de combustible en raison de ses propriétés neutroniques. Il est alors utilisé sous forme d’alliage (à plus de 98% de zirconium) afin d’améliorer ses propriétés mécaniques et sa résistance à la corrosion. Le zirconium entre également dans la composition des « verres nucléaires » destinés au stockage des déchets radioactifs à vie longue.

Le gallium est principalement obtenu à partir de la bauxite, un minerai d’aluminium. Le germanium, qui est un métalloïde, provient essentiellement d’un minerai de zinc, la sphalérite ((Fe,Zn)S), mais il peut aussi être associé à l’argent, au plomb ou au cuivre. Tous deux se retrouvent également dans d’autres minerais de zinc, ainsi que dans des charbons.

Le germanium était utilisé dans la fabrication de transistors comme semi-conducteur, avant d’être remplacé par le silicium. Mais il reste utilisé dans certaines pédales pour guitare électrique. Il est également utilisé dans les cellules photovoltaïques. Il présente des propriétés optiques intéressantes, et entre dans la composition de la fibre optique.

Le gallium est principalement utilisé pour la fabrication de semi-conducteur. Il entre dans la composition d’un alliage utilisé pour remplacer le mercure dans les thermomètres.

De nombreuses roches magmatiques constituent des sources de niobium et de tantale. Les phénomènes à l’origine de cet enrichissement sont principalement la latéritisation et la formation de placers. La latéritisation accompagne une très forte altération des sols, comme en Afrique. La formation de placers correspond à une concentration de grains détritiques sous l’action de l’eau.

La columbite (Fe,Mn)(Nb>Ta)₂O₆ renferme des proportions variables des deux métaux. Le pyrochlore (Na,Ca)₂Nb₂O₆(OH,F), le microlite (Na,Ca)₂Ta₂O₆(O,OH,F) ou encore de la wognite sont des minéraux très présents dans les gisements de niobium et de tantale.

C’est particulièrement dans l’industrie des alliages que le niobium trouve ses applications. Ainsi, certains aciers ou certains composés supraconducteurs (comme pour les scanners) renferment ce métal.

Le tantale, quant à lui, est principalement utilisé dans le domaine de l’électronique et dans l’industrie chimique. Toutefois, on le retrouve aussi dans certains alliages, notamment ceux soumis à de fortes contraintes thermiques ou chimiques. Enfin, notons que la biocompatibilité de ce métal autorise son utilisation pour des implants ou la fabrication d’instruments chirurgicaux.

Les carbonatites, des roches magmatiques particulièrement riches en carbonate peuvent renfermer d’importantes quantités de lanthanides ou terres rares. Le gisement le plus important en tonnage est celui de Bayan Obo en Chine. Il produit la grande majorité des terres rares. Certains gisements sont liés à des altérations de surface de roches magmatiques tandis que d’autres appartiennent à des contextes géologiques différents comme des granites, des placers ou encore des zones hydrothermalisées. Les principaux minéraux de Terres Rares exploitables sont la bastnaesite Ce(CO₃)F, la monazite (La,Ce,Nd)PO₄, le xénotime Y(PO₄) et la parisite Ca(Ce,La)₂(CO₃)₃F₂. Il existe aussi des silicates de terres rares comme l’allanite (Ca,Ce,La, Nd, Y, Th)₂(Al, Fe, Mn, Mg)Al₂O(SiO₄)(Si₂O₇)(OH) mais qui sont non exploités industriellement.

Les terres rares sont très présentes dans de nombreux domaines liés aux technologies numériques (smartphones, tablettes, ordinateurs, téléviseurs…). C’est pour cela que leur utilisation s’est considérablement accrue au cours des cinquante dernières années. On les retrouve également dans les pots catalytiques des véhicules automobiles, l’aviation, l’armement ou encore le secteur des énergies renouvelables (moteurs électriques, hybrides, batteries d’éoliennes off-shore). Les terres rares sont également utilisées dans des applications plus classiques. Par exemple, le cérium est employé pour le polissage du verre, dans le secteur de l’optique et des roches ornementales.