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REE 101

Les éléments de terres rares (ETR) sont un groupe de 15 éléments appelés «lanthanides», dont 14 sont des éléments naturels et stables.

Deux autres éléments, Scandium (Sc) et Yttrium (Y), sont souvent regroupés avec REE en raison de leurs propriétés similaires.

Au total, ce groupe de 17 éléments possède des propriétés chimiques et physiques uniques en raison de la variation de la configuration électronique entre les terres rares individuelles.

Les terres rares ne sont pas rares, comme leur nom l’implique, et la surface de la croûte terrestre est aussi riche que celle du cuivre, du cobalt et du lithium et aussi faible que celle de l’étain.

Ils sont beaucoup plus abondants que l’or, l’argent et le platine. Le problème que posent les terres rares et ce qui les rend «rares» est la difficulté de les séparer en éléments simples d’une grande pureté en raison de leurs similitudes chimiques.

Les terres rares se trouvent dans plusieurs minéraux, les sources les plus courantes étant bastnäsite, monazite et xénotime. Les 16 terres rares naturelles ont tendance à se former ensemble dans ces minéraux, généralement à des concentrations de plusieurs pourcent en poids, avec une distribution variable des éléments individuels.

Éléments de terres rares légers (LREE)

57La

Le lanthane est un composant clé des batteries pour véhicules hybrides, ordinateurs et appareils électroniques. Ses propriétés physiques et chimiques lui permettent d’être utilisé dans une variété d’autres produits. Le lanthane est utilisé dans les piles à combustible à hydrogène, les verres optiques spéciaux, les aspirateurs électroniques, les applications d’éclairage au carbone, en tant qu’agents dopants dans les lentilles de caméras et de télescopes, ainsi que dans le polissage du verre et des pierres précieuses. Il a également des applications majeures dans le craquage du pétrole et comme alliage pour de nombreux métaux.

58Ce

L’oxyde de cérium est largement utilisé pour polir les surfaces en verre. D’autres composés de cérium sont utilisés pour fabriquer du verre et des émaux, à la fois comme ingrédients et comme agents d’élimination de la couleur. Le cérium est un composant des panneaux solaires, des LED, des convertisseurs catalytiques, des alliages à résistance thermique, des éclairages à arc au carbone, des fours autonettoyants, du raffinage du pétrole, des agents de durcissement et des céramiques dentaires.

59Pr

Le praséodyme est le plus largement utilisé comme agent d’alliage avec le magnésium pour les applications métalliques à haute résistance dans les moteurs d’avion. Il est également utilisé dans les super aimants, les convertisseurs catalytiques, les verres de protection UV, les lampes à arc au carbone et les scintillateurs CAT. L’élément est également utilisé comme agent de dopage dans les câbles à fibres optiques et dans plusieurs alliages métalliques.

60Nd

Le néodyme est essentiel à la production des super-aimants les plus puissants au monde, qui sont présents dans les voitures hybrides, les éoliennes ultramodernes et les marées, les moteurs industriels, les climatiseurs, les ascenseurs, les microphones, les haut-parleurs, les disques durs d’ordinateur, etc. des écouteurs auriculaires et des micros pour guitare. Lorsqu’il est associé à Terbium ou Dysprosium, un aimant au néodyme peut résister aux températures les plus élevées de tout aimant, ce qui permet à l’élément d’être utilisé dans les voitures électriques. Le néodyme a de nombreuses utilisations supplémentaires. Il est utilisé dans les ampoules à incandescence, les tubes cathodiques, comme filtre de verre et colorant, comme agent de dopage dans les lasers Yttrium-Aluminium-Grenat et pour réduire l’éblouissement dans les rétroviseurs.

61Pm

Prométhium était le dernier des éléments de la famille des terres rares à être découvert. En 1902, le chimiste tchèque Bohuslav Brauner (1855-1935) améliora la carte de la période de Mendeleïev en la prolongeant à la baisse après Lanthanum. Il a prédit l’existence d’un élément entre Néodyme et Samarium. Le prométhium naturel est très rare et tous ses isotopes sont radioactifs. Prométhium a un nombre limité d’applications pour lesquelles il est généralement synthétisé à partir d’uranium.

62Sm

La principale application commerciale du samarium concerne les aimants samarium-cobalt qui possèdent une aimantation permanente après les aimants au néodyme; cependant, les composés de samarium peuvent résister à des températures nettement supérieures, supérieures à 700 ° C, sans perdre leurs propriétés magnétiques. L’isotope radioactif samarium-153 est le composant principal du médicament samarium (153Sm) lexidronam (Quadramet) qui tue les cellules cancéreuses dans le traitement du cancer du poumon, du cancer de la prostate, du cancer du sein et de l’ostéosarcome. Les mesures des rapports isotopiques du samarium et du néodyme sont utilisées pour la datation géologique des roches et des météorites.

Éléments de terres rares lourds (HREE)

63Eu

L’europium est le plus réactif des éléments des terres rares. Il s’oxyde rapidement dans l’air: l’oxydation en vrac d’un échantillon de la taille d’un centimètre se produit en quelques jours. Il ressemble au calcium dans sa réaction avec l’eau.

64Gd

Lorsqu’il est ajouté au fer, au chrome ou à des alliages apparentés, le gadolinium améliore considérablement l’ouvrabilité et augmente la résistance à l’oxydation à haute température. Il est également utilisé dans les applications hyperfréquences, les CD, les dispositifs de mémoire d’ordinateur, l’amélioration d’images IRM, la radiographie neutronique et la fabrication de luminophores dans des tubes de télévision. Une dernière utilisation de Gadolinium est utilisée dans les réacteurs nucléaires en tant que mécanisme d’arrêt d’urgence.

65Tb

Terbium est utilisé dans les tubes de télévision couleur et les lampes fluorescentes en tant que phosphore vert. En combinaison avec les luminophores bleu et rouge Europium, les trois créent un éclairage fluorescent trichrome, beaucoup plus lumineux que l’éclairage fluorescent conventionnel. Une autre application écologique de Terbium peut être associée au néodyme pour la production des super-aimants les plus résistants à la chaleur du monde. L’élément est également utilisé dans les alliages, les stabilisants cristallins dans les piles à combustible fonctionnant à haute température, les lasers spéciaux et les matériaux à doper au fluorure de calcium, au borate de sodium et au molybdate de strontium. Terbium est un composant de Terfenol-D, un matériau utilisé dans les transducteurs, les injecteurs de carburant liquide de haute précision et dans une nouvelle forme d’équipement audio susceptible de révolutionner l’industrie du haut-parleur.

66Dy

La section efficace d’absorption des neutrons thermiques et le point de fusion élevé de Dysprosium permettent son utilisation dans des applications de contrôle nucléaire. L’élément peut être ajouté aux aimants néodyme-fer-bore pour augmenter la résistance et la résistance à la corrosion d’applications telles que les moteurs d’entraînement de véhicules électriques hybrides. Comme le terbium, le dysprosium est un composant du terfénol-D; un matériau très prometteur pour les applications technologiques futures. Il est également utilisé dans les CD, les tests de réactions chimiques, les matériaux laser et les dosimètres.

67Ho

Holmium a l’un des moments magnétiques les plus élevés connus. L’élément est impératif dans la création des champs magnétiques les plus puissants et générés artificiellement. L’holmium est également utilisé dans les barres de commande nucléaire, les lasers à semi-conducteurs dans les équipements à micro-ondes médicaux et dentaires sécuritaires pour les yeux, ainsi que comme colorant pour verre jaune et rouge et pour la zircone cubique.

68Er

Erbium est utilisé dans les barres de contrôle absorbant les neutrons, créant des lasers pour le coupage et le soudage et comme agent de dopage pour les fibres optiques. En tant qu’additif d’alliage, Erbium réduit la dureté et améliore l’ouvrabilité de nombreux métaux. Sous forme d’oxyde, l’élément est utilisé comme colorant rose dans les émaux de verre et d’émail de porcelaine, et il est souvent utilisé dans les filtres photographiques.

69Tm

Thulium est la deuxième plus rare des terres rares, juste à côté de Promethium, qui n’apparaît presque pas naturellement dans la croûte terrestre. En raison de sa rareté et de son prix élevé, il existe peu d’applications Thulium largement utilisées. Ses utilisations actuelles sont principalement des expériences scientifiques et des appareils portables à rayons X utilisés dans des zones où l’énergie électrique n’est pas disponible.

70Yb

L’ytterbium est utilisé dans les cellules solaires, les verres optiques, les cristaux et la céramique. Il peut être utilisé comme matériau de dopage pour les lasers à semi-conducteurs à haute puissance et comme alliage permettant de renforcer l’acier inoxydable. Comme le thulium, l’ytterbium est utilisé dans les appareils portables à rayons X où l’électricité n’est pas disponible.

71Lu

Le lutétium est principalement utilisé comme catalyseur dans les procédés de raffinage du pétrole, d’hydrogénation et de polymérisation, ainsi que dans les LED organiques. Lutetium est actuellement à l’étude en tant qu’agent de traitement possible du cancer. Il est également utilisé dans les luminophores à rayons X et les dispositifs de mémoire informatique.

21Sc

Le scandium est principalement utilisé avec l’aluminium pour former des alliages légers à haute résistance au scandium-aluminium. Cet alliage trouve des applications dans l’industrie aérospatiale pour les montures d’avions et dans des sports tels que le vélo, le baseball, le golf, etc. .

39Y

Yttrium a de nombreuses utilisations, l’un des plus importants étant la production de luminophores pour lampes fluorescentes et LED écoénergétiques. Les composés d’yttrium sont utilisés comme réseaux hôtes pour le dopage avec différents cations de lanthanides afin de produire les couleurs rouge et verte avec Eu3 + et Tb3 + respectivement. L’yttrium est utilisé dans la production d’une grande variété de grenats synthétiques utilisés comme filtres à hyperfréquences, pierres précieuses, lasers de haute puissance utilisés pour la découpe, le soudage, la gravure, le perçage et le ciblage de précision. L’yttrium est utilisé pour fournir une résistance à la corrosion à haute température dans les outils de coupe. D’autres utilisations comprennent les électrolytes solides, les électrodes sur les bougies à haute performance, les catalyseurs dans les alliages d’aluminium et de magnésium, le désoxydant des métaux non ferreux, le stabilisateur de la zircone dans les bijoux et le remplacement du thorium dans les enveloppes à gaz des lanternes à propane. Il a un point de fusion élevé, il confère une résistance aux chocs et une faible dilatation thermique, ce qui le rend applicable dans les formules en céramique et en verre, y compris les objectifs pour appareils photo. Dans les applications médicales, il est utilisé pour le traitement du cancer et des articulations enflammées et comme outil chirurgical de haute précision.