LANTHANE ET LANTHANIDES

Applications liées aux propriétés chimiques

Les terres rares en métallurgie

L'utilisation des terres rares en métallurgie représente le quart de leur consommation. En général, les éléments employés ne sont pas d'une grande pureté chimique, ce qui limite la valeur économique ajoutée. Les terres rares jouent le rôle d'agent de stabilité et de renforcement des propriétés des aciers ; elles peuvent aussi modifier la structure.

Les terres rares, agents de renfort

Cette activité, développée dès les années 1930, n'utilise que le mischmétal. Le caractère oxydant du cérium permet de piéger l'oxygène et le soufre excédentaires. Toutefois, sa teneur doit être faible (de l'ordre de 0,02 p. 100). L'acier doux ou la fonte deviennent plus ductiles et plus résistants à la rupture et à la formation de fêlures. Le mischmétal a un effet bénéfique sur la stabilisation du carbure de fer et sur la transformation des inclusions de graphite en particules sphéroïdales, améliorant les propriétés mécaniques. L'acier ainsi traité est utilisé pour les forets dans l'industrie pétrolière ainsi que dans les pipelines et les canalisations de cracking en raison de sa résistance aux agents corrosifs à température élevée.

Dans des cas particuliers, comme des aciers inoxydables, on préfère des éléments plus purs : cérium, praséodyme, néodyme ou yttrium, en raison de résistances particulières à l'oxydation superficielle. On utilise également le cérium dans certaines applications de chromage et de galvanisation.

Les alliages contenant des terres rares

La plus ancienne utilisation du mischmétal, également la plus commune, est son mélange avec 30 p. 100 de fer, pour constituer la pierre pyrophorique des briquets. Plus récemment, deux alliages sont à la base des aimants les plus utilisés actuellement : les alliages samarium-cobalt et les alliages néodyme-fer-bore, qui sont apparus respectivement dans les années 1970 et à la fin des années 1980. On utilise dans ce cas des terres rares pures, même si l'adjonction discrète d'autres métaux (cuivre, fer, cobalt, dysprosium ou erbium) conduit à des performances supérieures. Le poids économique de cette application est important. Les propriétés de ces aimants seront décrites plus loin.

Batteries électrochimiques

Le développement impressionnant du marché des appareils portables n'a été possible que grâce à l'existence de batteries à forte capacité massique. Dans ce domaine, des alliages de type LaNi₅ ou MmNi_4—_x(Al,Co,Mn)_x permettent de stocker l'hydrogène de manière électrochimique. Les performances de telles batteries sont intéressantes en capacité (320 mAh par gramme) et en nombre de cycles (de 400 à 600). Toutefois, la corrosion due à l'électrolyte en limite la durée. L'absence de métaux lourds (cadmium, plomb, mercure) fait que les applications sont nombreuses : téléphone, lecteur CD et/ou DVD, caméra vidéo, outillage, ordinateur portable, etc. Elles sont également utilisées sur les véhicules électriques.

Catalyse

Un catalyseur est une substance chimique qui augmente le rendement et/ou la vitesse d'une réaction chimique sans être altérée de manière permanente par la réaction. Le catalyseur contenant du cérium ou de l'europium peut avoir un comportement oxydo-réducteur. D'autres, avec principalement les terres rares de la fin de la série, peuvent favoriser la création de structures chimiques intermédiaires en jouant sur l'existence de composés à haut degré de coordination.

Cracking du pétrole

Au cours du cracking du pétrole brut, la terre rare intervient dans la partie « active » du catalyseur, la zéolithe à l'yttrium. Ce composé contient 20 p. 100 en poids de terres rares. Les terres rares s'introduisent dans les cavités présentes dans la structure de la zéolithe. Le meilleur catalyseur est[...]

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Écrit par

Concepcion CASCALES : cientifico titular
Patrick MAESTRO : auteur
Pierre-Charles PORCHER : directeur de recherche au C.N.R.S.
Regino SAEZ PUCHE : professeur de chimie inorganique

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