Aimant aux terres rares

Les alliages de cobalt et de terres rares sont à l'origine de la fabrication d'aimants, premiers de ce type, trois à dix fois plus puissants que ceux que l'on savait faire avec d'autres alliages[5].

Les aimants aux terres rares sont :

• les aimants samarium-cobalt (Sm-Co) ;

• les aimants à base de néodyme, de fer et de bore (NdFeB).

La puissance maximale (rémanence × force coercitive)[6] d'un aimant est quantifiée par le (BxH)_max ((BH)_max), ou produit énergétique maximal (en), qui est mesuré en mégagauss-œrsteds (MG Oe). Plus le (BH)_max est élevé, plus l'aimant est puissant. Les aimants en céramique ont un (BH)_max de 3,5, les Sm-Co ont un (BH)_max de 26, les NdFeB sont les plus puissants des aimants de terres rares avec un (BH)_max de 40[7] et jusqu'à plus de 50. Le mégagauss-œrsted du système CGS est relié[8] à l'unité d'énergie volumique maximale kJ/m³ (kilojoules par mètre cube) du Système international de mesures (SI).

En 1966, le docteur Karl Strnat découvre les premiers aimants samarium-cobalt (Sm-Co)[9].

Dans les années 1980, les aimants de terres rare au néodyme (NdFeB) ont été inventés par le Japonais Masato Sagawa chez Sumitomo Special Metals et par l'Américain John Croat de General Motors[10].

En 1972, General Electric, Bell Telephone et Philips commencent à commercialiser des aimants aux terres rares[5].

Jusqu'à la fin des années 1990, les États-Unis, le Japon et l'Europe constituaient 90 % du marché des aimants aux terres rares[11]. La vente de Magnequench par General Motors, en échange de la construction d'une usine automobile à Shanghai, marque le début du basculement vers la Chine du centre de gravité de la valeur ajoutée de la filière[12].

À la fin des années 1980, le groupe japonais Hitachi détient le brevet d'application des aimants de terres rares[11]. Le brevet Hitachi est venu à échéance en 2014 et cette entreprise a demandé une extension de la validité de son brevet jusqu'en 2029[13].

Les aimants permanents au néodyme-fer-bore sont dopés au dysprosium, des quantités qui varient entre 2 et 11 % en fonction de la plage de température que l'on veut pour le fonctionnement de l'aimant[13].

En 2016, les aimants permanents sont l’application principale des terres rares au niveau mondial. Ils représentent 89 % des applications pour le néodyme et 98,5 % pour le dysprosium[4].

Jusque dans les années 1990, la mine de Mountain Pass aux États-Unis couvrait la majeure partie de la consommation mondiale de terres rares[14].

La fabrication des aimants permanents représente 23 % des usages des terres rares. Ces aimants que l’on retrouve dans des moteurs et générateurs électriques dont les éoliennes en mer, et sur les machines terrestres de grande puissance, les téléphones mobiles dont les smartphones et tablettes, l'électroménager, les équipements électriques et électroniques, certaines voitures électriques, les deux-roues électriques, des technologies militaires, etc. Ces aimants sont donc à l'origine d'une grosse part de l'extraction minière des terres rares en 2018[2] - [15]. « Jusqu'en 1990, la Chine n'en produisait pas beaucoup. Elle a profité de son gisement géant de Bayan (Mongolie-Intérieure), de son peu de respect de l'environnement et de ses coûts de production pour pratiquer des prix défiants toute concurrence, qui ont obligé les pays occidentaux à fermer leurs capacités de production. »[16].

En 2013, la production mondiale d'aimants permanents est localisée à 81 % en Chine, complétée par le Japon, avec une toute petite partie aux États-Unis et en Europe[13].

En 2025, la demande chinoise en oxyde de néodyme pour la fabrication d’aimants permanents pourrait dépasser de neuf mille tonnes sa production totale (la Chine serait importatrice nette de certaines terres rares alors qu’elle en produit 85 %). Une accélération tirée par l’émergence des énergies renouvelables, grandes consommatrices de ces aimants. Mais également par la multiplication des appareils électroniques et mobiles[17].

La demande en terres rares ne peut que croître tant que d'autres technologies ne pourront les remplacer. Par exemple de 2004 à 2013, le cours du dysprosium a explosé de 2 694 % et ils peuvent aussi faire l'objet de spéculations[18].

En 2019, la Chine a placé les terres rares au cœur de la guerre commerciale avec les États-Unis. D'après les médias d’État, Pékin étudierait la possibilité de restreindre ses exportations vers l'Amérique. En 2020, la Chine assure 80 % de la production mondiale des aimants au néodyme[19] - [20].

Selon le document Ressources minérales : les terres rares[21] du Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM), les États-Unis et la Birmanie ont (re)lancé la production minière des terres rares. L’Australie, les États-Unis et l’Europe portent maintenant leurs efforts sur des capacités de raffinage, nécessaires en particulier pour la fabrique des aimants, compétitives vis à vis de la Chine, pour en disposer à l’horizon 2030.

La seule mine de terres rares américaine dans le désert des Mojaves, en Californie, est relancée en 2018 avec le soutien du gouvernement américain. Les États-Unis assurent en 2022 près de 16 % de la production mondiale de terres rares. MP Materials opére la mine de Mountain Pass pour un marché mondial demandeur des aimants aux terres rares pour les moteurs électriques et les éoliennes[22] - [23]. Un accord est signé en décembre 2021 entre MP Materials et General Motors pour la fourniture d’aimants au néodyme utilisé dans la production de ses voitures électriques[24]. L'usine d’aimants de terres rares sera située à Fort Worth, au Texas. Le début de la production est prévu pour fin 2023 pour une capacité de production prévue d’environ mille tonnes d’aimants néodyme-fer-bore par an, suffisante pour environ 500 000 moteurs électriques. MP Materials a obtenu 35 millions de dollars du ministère de la Défense pour la mise en place d’une chaîne d’approvisionnement nationale complète pour les aimants permanents, l’entreprise investit 700 millions de dollars dans ce projet[14].

En Suède, pour faire face à la demande croissante de métaux stratégiques, indispensables à la transition écologique, la société LKAB décide de retraiter ses déchets miniers pour en extraire du phosphore ainsi que des terres rares (néodyme, praséodyme, et dysprosium), qui pourraient couvrir jusqu’à 30 % des besoins européens[25].