Un échantillon de météorite riche en tétrataénite
Les terres rares sont un élément clé des appareils électroniques et mécaniques, mais elles sont rares. Des scientifiques ont trouvé un moyen de recréer une alternative prometteuse : un « aimant cosmique » qui met normalement des millions d’années à se former dans les météorites peut désormais être fabriqué en laboratoire en quelques secondes.
Nombre de nos appareils électroniques et de nos composants mécaniques dépendent des terres rares. C’est particulièrement vrai pour les technologies vertes : les aimants à haute performance, qui sont essentiels pour tout, des éoliennes aux voitures électriques, ont besoin de ces éléments. Malheureusement, bien qu’ils ne soient pas vraiment rares dans la croûte terrestre, ils sont difficiles à extraire et leur production est actuellement concentrée en Chine, ce qui pose des problèmes d’approvisionnement.
« Des gisements de terres rares existent ailleurs, mais les opérations minières sont très perturbatrices : il faut extraire une énorme quantité de matériaux pour obtenir un petit volume de terres rares », a déclaré le professeur Lindsay Greer, chercheur principal de l’étude. « Entre les impacts environnementaux et la forte dépendance à l’égard de la Chine, il y a eu une recherche urgente de matériaux alternatifs qui ne nécessitent pas de terres rares. »
À ce titre, les scientifiques ont étudié les moyens de recycler les terres rares des vieilles batteries et des appareils électroniques, de les extraire de nouvelles sources comme les eaux usées, et de trouver des minéraux plus courants qui pourraient remplir des fonctions similaires.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs de Cambridge ont examiné une alternative prometteuse appelée tétrataénite. Ce minéral est un alliage de fer et de nickel disposé dans une structure cristalline empilée, ce qui lui confère des propriétés magnétiques similaires à celles des aimants à terres rares. L’avantage, bien sûr, est que le fer et le nickel sont beaucoup plus faciles à trouver.
Le problème, c’est que la tétrataénite est difficile à trouver : on la trouve surtout dans des échantillons de météorites, où elle aurait mis des millions d’années à se former. Les tentatives précédentes pour la produire artificiellement en laboratoire ont donné quelques résultats, mais les techniques ne sont pas extensibles.
En examinant de plus près les échantillons de tétrataénite prélevés dans les météorites, l’équipe a découvert que le phosphore était présent dans le mélange et qu’il contribuait à accélérer la disposition des atomes de fer et de nickel dans la structure en pile. Ils ont donc mélangé du fer, du nickel et du phosphore dans des quantités spécifiques, et ont constaté que la tétrataénite se formait jusqu’à 15 ordres de grandeur plus rapidement – essentiellement en quelques secondes.
« Ce qui était si étonnant, c’est qu’aucun traitement spécial n’était nécessaire : il suffisait de faire fondre l’alliage, de le verser dans un moule, et nous avions de la tétrataénite », a déclaré Lindsay Greer. « L’opinion précédente dans le domaine était qu’il était impossible d’obtenir de la tétrataénite à moins de faire quelque chose d’extrême, car sinon, il fallait attendre des millions d’années pour qu’elle se forme. Ce résultat représente un changement total dans la façon dont nous envisageons ce matériau ».
Selon l’équipe, cette découverte pourrait déboucher sur une alternative viable aux aimants à base de terres rares – même si d’autres travaux seront nécessaires pour vérifier si la tétrataénite créée de cette manière fonctionnera dans ces aimants.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202204315
