Les éléments des terres rares sont essentielles pour de nombreuses industries – utilisées dans les moteurs électriques, l'imagerie médicale et le diagnostic, le raffinage du pétrole et du gaz, des écrans informatiques et téléphoniques. Les 17 éléments des terres rares ont toutes des utilisations importantes et sont maintenant dans les nouvelles, la Chine interrompant les exportations vers les États-Unis en représailles pour les tarifs et un accord récemment signé pour l'accès américain à ces minéraux et à d'autres en Ukraine.
Les éléments de terres rares ne sont pas en fait rares, mais ils se trouvent rarement dans des formes minérales concentrées et économiquement viables. Et lorsqu'ils sont concentrés en minéraux, ces minéraux se trouvent dans des dépôts qui sont très dispersés dans des endroits isolés du monde entier, avec une disponibilité clairsemée près de la surface. Cela affecte les pays qui peuvent les produire et contrôler le marché.
À la fin des années 1990 et au début des années 2000, par exemple, la Chine a augmenté la production sur son dépôt d'éléments rares de terres rares Bayan OBO et a inondé le marché mondial, sous-évaluant les prix des autres mines du monde entier, y compris les États-Unis, les mettant finalement hors des affaires.
« Cela a laissé les pays à la merci de la Chine comme principale source d'éléments de terres rares », explique Jill VanTongeren, professeur et président du Département de la Terre et des sciences du climat.
Les minéraux des terres rares ont une longue histoire géologique, ce qui explique leurs emplacements dispersés et leur relation avec la géopolitique, note-t-elle.
La surface de la Terre est remarquablement fluide, dit VanTongeren, avec des masses terrestres se déplaçant dans le monde entier pendant des millions et des milliards d'années.
« La plupart d'entre nous connaissent Pangea – le supercontinent qui a formé il y a environ 300 millions d'années et dont les sept continents actuels se sont séparés pour former leur arrangement actuel », a déclaré Vantongeren.
« Mais Pangea n'est que le supercontinent le plus récent. Tout au long de l'histoire de la Terre, il y a eu au moins cinq cycles de supercontinent majeurs – des périodes lorsque les continents se réunissent et se répandaient ensuite dans différentes pièces. Nous pensons que ce processus se produit environ tous les 500 millions d'années. »
Au fur et à mesure que les continents se déplaçaient, les ruptures appelées Rifts se sont formées où les plaques tectoniques se séparaient. Les magmas générés au cours des premiers stades du rifting continental peuvent contenir des concentrations inhabituellement importantes d'éléments de terres rares, qui se solidifient et se cristallisent ensuite en dépôts.
« Alors que les rochers sont séparés, ils se décompressent, provoquant la fusion. C'est un peu comme retirer le couvercle d'une bouteille de soda, et les bulles relèvent à la surface », a déclaré Vantongeren.
« Ces premiers magmas contiennent l'abondance la plus élevée de terres rares et d'autres éléments incompatibles qui entrent ensuite dans la croûte, soit en éclatant dans des centres volcaniques, soit en se solidifiant en profondeur. »
Certains de ces dépôts magmatiques remontent à la surface, tandis que beaucoup d'autres se recyclent dans le manteau pendant le temps géologique. D'autres dépôts peuvent se retrouver encore trop profonds pour atteindre la technologie minière actuelle.
Ce qui reste est un nombre relativement petit de dépôts connus accessibles à l'exploitation minière. Près de 70% des minéraux activement extraits des terres rares se trouvent dans la mine Bayan Obo dans le centre de la Chine, avec de plus petits dépôts dans la mine US Mountain Pass dans le sud-est de la Californie, et quelques autres pays, dit-elle.
Reconnaissant la domination du marché chinois comme un risque de sécurité nationale, la loi sur l'infrastructure et les emplois de 2021 et le ministère américain de la Défense ont investi dans la remise des montagnes en ligne pour rétablir une chaîne d'approvisionnement nationale, bien que le processus puisse prendre jusqu'à 10 ans. Les dépôts de terres rares en Ukraine pourraient représenter un ajout substantiel au marché, bien que leur concentration, leur qualité et leur viabilité économique restent incertaines.
« Les frontières politiques et le désir d'obtenir l'accès aux ressources minérales ont été la source de conflits économiques et militaires tout au long de l'histoire humaine », explique Vantongère. « Cela est susceptible de se poursuivre alors que le monde se déplace vers l'énergie verte et une plus grande dépendance à l'égard des éléments de terres rares à l'avenir. »
Trouver des sources de minéraux non immergés dans les conflits est implicite dans ses recherches, ce qui l'a emmenée partout dans le monde, d'un navire au large des côtes de l'Antarctique, aux mines de platine en Afrique du Sud, aux montagnes hautes atlas du Maroc et même à un dépôt de lithium nouvellement découvert dans le Maine.
« C'est un domaine d'étude fascinant en partie parce qu'il réside à l'intersection de la science, de l'économie et de la politique », dit-elle.
L'Université Tufts a son propre trésor de minéraux dans la collection de minéraux PT Barnum, actuellement tenue au sous-sol de Lane Hall sur le campus de Medford / Somerville. Des milliers de spécimens remarquablement beaux – et rares – peuvent être trouvés exposés et stockés dans des armoires, dont beaucoup ont été collectés par Pt Barnum lui-même de ses voyages à travers le monde.
« À la fin des années 1800, il a été considéré comme à la mode pour de nombreuses personnes éminentes d'accumuler leurs propres collections d'histoire naturelle », explique Jill VanTongeren.
« Pt Barnum était l'un des plus grands collectionneurs de l'époque. Sa collection d'animaux, de plantes et de minéraux a été parmi les premiers cadeaux à l'Université Tufts et une partie d'une dotation pour établir Tufts comme l'un des principaux musées d'histoire naturelle du pays. »
Bien qu'il ait été transféré à Lane Hall après l'incendie du Barnum Museum of Natural History en 1975, la collection de minéraux a augmenté au fil des ans, y compris des échantillons de l'œuvre sur le terrain de VanTongeren. La collection se déplacera à nouveau cet été, au Bacon Hall récemment rénové, qui abritera le Département de la Terre et des sciences du climat.
« Ma vision à tarte dans le ciel est de mettre en place une galerie minérale avec une exposition permanente ainsi que des expositions pop-up chaque semestre mettant en évidence des minéraux importants pour la technologie, liés à d'autres recherches à l'université ou à des événements mondiaux », explique VanTongeren.
« J'aimerais aider à ramener la vision de Barnum d'apporter la beauté et l'appréciation du monde naturel sur le campus. »
