«Le plus grand challenge avec les terres rares, ce n’est pas leur rareté, mais leur séparation, puisqu’elles ont des propriétés très similaires», selon Marie Perrin, docteure en chimie et récemment distinguée parmi les dix meilleurs innovateurs récompensés par le Young Inventors Prize, décerné par l’Office européen des brevets (EOB). La jeune chercheuse a justement développé et breveté une méthode permettant d’extraire de l’europium – une terre rare notamment utilisée dans les écrans LED et les billets de banques – à partir de la poudre présente dans les ampoules à faible consommation d’énergie.
À l’échelle industrielle, la séparation des matériaux critiques repose principalement sur des procédés liquide-liquide utilisant des extractants organiques (à base d’oxygène), peu sélectifs. Résultat : les étapes de séparation doivent être répétées à de très nombreuses reprises pour obtenir un élément pur. Le procédé qu’elle a mis au point dans le cadre de son doctorat à l’ETH Zurich adopte une approche radicalement différente. Il repose sur des complexes métalliques soufrés, les tetrathiotungstates, structurés autour d’un atome de tungstène. Ces molécules, facilement synthétisables et bio-inspirées, interagissent de manière différenciée avec les terres rares en solution, permettant une séparation fine. Elles forment sélectivement un dépôt avec l’europium, qui peut ensuite être filtré. «C’est une chimie très contre-intuitive. Les terres rares sont oxophiles, elles interagissent très bien avec l’oxygène. Là, on extrait du métal avec… du métal», détaille la chercheuse.
Du modèle à la validation sur déchets réels
Autre originalité : le procédé repose sur une séparation liquide-solide. Il ne nécessite pas d’installations spécifiques en laboratoire, contrairement aux circuits multiétapes des procédés conventionnels. Dans les tests sur un système modèle, le procédé atteint un facteur de séparation supérieur à 3000 entre l’europium et l’yttrium. La phase obtenue est donc 3000 fois plus riche en europium qu’avant traitement. «Dans les procédés conventionnels, on est souvent bien en dessous de 100», souligne Marie Perrin.
Et le procédé s’est avéré robuste au passage sur un système réel, à la composition plus complexe. «Après les bons résultats sur les modèles, on est passés à des poudres de phosphore issues d’ampoules usagées. Le facteur de séparation restait supérieur à 1000, avec un taux de récupération de 98%», précise Marie Perrin. Le procédé est conçu dès l’origine dans une logique circulaire, chère à la chercheuse, qui s’est d’ailleurs lancée dans l’analyse de cycle de vie de son procédé. Les solvants, les acides et l’extractant sont régénérés à chaque cycle. Les matières premières sont des résidus déjà collectés par des filières de recyclage efficaces. Ces poudres, très concentrées en europium, étaient auparavant mises en décharge.
Vers l’industrialisation, et une reconnaissance européenne ?
La technologie est aujourd’hui portée par la start-up REEcover, cofondée avec son ancien directeur de thèse, le professeur Victor Mougel, et sa meilleure amie de classe préparatoire, Marie Pujos, pour l’aspect finance. L’enjeu est désormais de passer du laboratoire au pilote industriel. «Aujourd’hui, on travaille à l’échelle du gramme. L’objectif est de valider le procédé au kilogramme, puis au-delà», s’enthousiasme Marie Perrin. REEcover travaille actuellement avec des partenaires industriels pour déployer sa technologie et élargir ses applications, notamment au recyclage des aimants aux terres rares présents dans les véhicules électriques et les éoliennes.
Mais avant cela, Marie Perrin a rendez-vous à Copenhague le 18 juin 2025 pour la cérémonie du Young Inventors Prize, où elle fait partie des dix finalistes pour l’un des trois prix spéciaux décernés par l’Office européen des brevets, ainsi que pour le prix du public. Elle salue «les projets impressionnants» des autres finalistes et espère, avec modestie, «que cela motivera aussi des gens à se lancer dans les sciences».
