Lanthanides

Un siècle de séparations

L’histoire des lanthanides commence en 1787 avec une roche noire extraite d’une carrière d’Ytterby, près de Stockholm. Johan Gadolin y découvrit une nouvelle terre en 1794, et au cours des 120 années suivantes les chimistes comprirent que cette terre, ainsi qu’une autre appelée cérine, étaient des mélanges de plus d’une douzaine d’éléments presque identiques.

Pour les séparer, il fallait dissoudre et recristalliser la même matière des centaines ou des milliers de fois, chaque étape enrichissant très légèrement un élément. Bien des découvertes annoncées se révélèrent être des mélanges. Ce n’est qu’après les travaux d’Henry Moseley sur les rayons X, en 1913, que les chimistes purent dire exactement combien de lanthanides il devait y avoir.

Pourquoi ils se ressemblent tant

Du lanthane au lutécium, chaque nouvel électron vient se placer dans la sous-couche 4f, enfouie au plus profond de l’atome sous les électrons externes. Ces électrons externes, qui gouvernent le comportement chimique, changent à peine : les lanthanides se comportent donc de manière presque identique, et presque tous forment des ions 3+.

Les électrons 4f ne sont pas pour autant totalement invisibles. Ils donnent à de nombreux ions lanthanides des couleurs franches et un fort magnétisme, et ils rétrécissent légèrement les atomes au fil de la série, un effet appelé contraction des lanthanides qui influence aussi la chimie des éléments situés en dessous.

Les terres rares dans les technologies modernes

Malgré leur nom, la plupart des terres rares ne sont pas rares : le cérium est à peu près aussi courant que le cuivre. Elles sont « rares » au sens où elles sont dispersées et difficiles à concentrer et à purifier. Elles sont aujourd’hui indispensables aux technologies modernes.

• Néodyme, associé au dysprosium : les aimants permanents les plus puissants, dans les moteurs de voitures électriques, les éoliennes et les casques audio
• Europium et terbium : luminophores rouges et verts des écrans et des lampes basse consommation
• Erbium : amplificateurs des câbles à fibre optique qui transportent Internet
• Cérium : polissage du verre et pots catalytiques
• Gadolinium : produits de contraste pour l’IRM

Extraction et approvisionnement

L’essentiel des terres rares du monde est extrait et raffiné en Chine, ce qui en fait un enjeu stratégique pour de nombreux pays. Leur extraction peut laisser des résidus radioactifs de thorium et d’uranium, et de nouvelles sources ainsi que des méthodes de recyclage sont à l’étude pour réduire à la fois les risques environnementaux et les risques d’approvisionnement.