Dans son rapport « Net Zero by 2050 », l'Agence internationale de l'énergie (AIE) alertait déjà en 2021 sur l’explosion des besoins en terres rares. Principalement poussée par la fabrication des moteurs de véhicules électriques et les turbines éoliennes, la consommation pourrait être « multipliée par 10 d’ici à 2030 ». Et sur ces 17 éléments chimiques ô combien essentiels, seulement un maigre 1 % proviennent de filières de recyclage. C’est là qu’intervient REEcover, un projet de recherche hébergé par l’École polytechnique fédérale de Zurich (ETH), qui développe un procédé innovant pour récupérer de l’europium.
« Les méthodes de séparation actuelles souffrent d’un manque de sélectivité »
Cette technologie repose sur l’utilisation de tétrathiotungstates, des complexes métalliques soufrés faisant office d’extractants. Facilement synthétisables et bio-inspirés notamment des métalloenzymes naturelles, ces complexes vont venir interagir avec des ampoules LED usagées, préalablement broyées, pour ainsi extraire l’europium présent. Une terre rare lourde – bien connue pour ses propriétés luminescentes – qui entre dans la fabrication des lampes et néons, écrans et dans une moindre mesure les billets de banque. Ce procédé a valu à Marie Perrin, chimiste franco-américaine derrière cette innovation, de figurer parmi les dix lauréats du « Young Inventors Prize ». Réservé aux chercheurs de moins de 30 ans, le prix – décerné par l’Office européen des brevets (EOB) – met en lumière les innovations répondant aux objectifs de développement durable (ODD) des Nations unies. « Les méthodes de séparation actuelles souffrent d’un manque de sélectivité, obligeant à répéter l’opération plus d’une centaine de fois pour obtenir un haut niveau de pureté. Nous avons pu montrer que notre solution bio-inspirée permettait de séparer l’europium en une seule étape avec un niveau de pureté supérieure à 90 % », détaille Marie Perrin qui avait développé le procédé au cours de sa thèse, soutenue en 2024.
Pouvoir traiter 1 kg de déchets d’ici à 2026
Développé sous l’égide de son directeur de thèse Victor Mougel, désormais conseiller scientifique en vue de l’évolution de la technologie vers un procédé à échelle industrielle, le projet REEcover est pour le moment financé par le biais d’une bourse de 150 000 francs suisses (près de 160 000 euros), accordée par la fondation de l'ETH de Zurich. C’est dans un des laboratoires de cette université, celui où elle a réalisé sa thèse, que Marie Perrin et son équipe resteront hébergés pendant encore un an et demi. Grâce à de nouveaux fonds qu'elle espère lever auprès d'instances suisses ou européennes, la chercheuse souhaite engager un ou deux ingénieurs chimistes pour optimiser le procédé dans l’optique d’un pilote et de faire de REEcover une start-up. « Fin 2026, l’objectif serait de pouvoir traiter un kilogramme de déchets d’ampoules », précise la chercheuse. En attendant, elle s’évertue à nouer des partenariats avec des usines de recyclage de lampes. Si le projet se focalise pour l’instant sur l’europium, Marie Perrin n’exclut pas d’étendre son procédé à d’autres terres rares. « On discute avec les industriels pour identifier d’autres types de déchets et d’autres types de terres rares qui seraient intéressants d’aller récupérer », songe-t-elle.
La technologie pourrait aussi être appliquée à l’industrie minière, même si le projet n’a pas vocation à explorer cette voie. « Plus on développe le recyclage, moins on a besoin de puiser de ressources naturelles », rappelle la chercheuse. En sortie de mine, la séparation des matériaux critiques repose principalement sur des procédés liquide-liquide utilisant des extractants organiques tels que l’acide phosphonique ou l’oxyde de phosphine. Même si certains extractants peuvent se recycler, répéter l’opération une centaine de fois conduit à une importante consommation d’eau, d’énergie en produisant au passage une grande quantité de déchets organiques. Le manque de sélectivité du procédé s’explique notamment par le fait que les terres rares se discriminent en fonction de leurs différences de rayon. Entre les 17 terres rares, cette différence est tellement infime – de l’ordre du picomètre – que ces éléments chimiques, présents souvent dans les mêmes types de roches, restent complexes à isoler.
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Multiplier par 25 le recyclage des terres
Surtout que compte tenu de l’estimation des besoins futurs, les sources d’approvisionnements demandent à être diversifiées pour soutenir les différentes industries (énergies, automobile, digitale…) en essayant au passage d’atténuer les monopoles. En 2023, la production mondiale de terres rares s’élevait à environ 350 000 tonnes d'oxydes de terres rares (OTR). La Chine en produisait près de 68 %, soit près de 240 000 tonnes, en sachant que le pays a la mainmise sur près de 90 % des opérations de raffinage mondiale. En 2024, l'Empire du Milieu fournissait 100 % des terres rares lourdes utilisées par les Vingt-Sept, selon les données du Conseil européen.
En raison d’un risque élevé de rupture d’approvisionnement – exacerbé ces derniers mois du fait des tensions sur les marchés mondiaux –, le Parlement a adopté, en mars 2023, le « Critical Raw Materials Act », un règlement censé garantir à l'UE un approvisionnement sûr et durable en matières premières critiques (MRS). « On va dans la bonne direction, mais on s’y est pris clairement trop tard », commente Marie Perrin. En matière de recyclage, les ambitions prônées par le texte atteignent des niveaux stratosphériques, puisque « la capacité de recyclage des MRS de l'UE est portée à 25 % de sa consommation annuelle de MRS d'ici à 2030 ». En clair : la capacité de recyclage de terres rares devra être multipliée par 25 d’ici à 5 ans. Pour tenir la feuille de route, les « projets stratégiques » bénéficieront notamment de procédures d'autorisation simplifiées et d'un accès facilité au financement européen.
En France, des entreprises se sont lancées sur le créneau des procédés de recyclage. Les sociétés Carester, MagREEsource ou encore Orano en partenariat avec le CEA-Liten…, ces acteurs ont démarré, pour la plupart, la construction d’usines recyclage et/ou de séparation de terres rares, dans l’optique notamment de produire des aimants permanents. Mais une problématique demeure, celle du coût des produits recyclés. Les procédés de séparation restent « difficiles d’un point de vue technique et compliqués en termes de compétitivité », souligne Marie Perrin. Une régulation des États s’impose pour la chercheuse, par exemple par l’obligation d’un pourcentage de terres recyclées dans les productions, pour, ainsi, espérer viabiliser la filière.
