Terres rares et granulats marins : les vérités de La Pallice

Lire l'article en .pdf
mines & carrières 231 - décembre 2015

 

Le district Sud-ouest de la Sim a proposé, le 6 novembre 2015, une journée technique près du port de La Rochelle, à La Pallice, avec deux thèmes : la séparation des terres rares à l’usine Solvay, le matin, et les granulats marins de DTM et Sablimaris, l’après-midi. Ces deux thèmes sont examinés essentiellement en présentant les installations visitées.

 

Le grand public a souvent “découvert” les terres rares en 2011 lorsque les médias occidentaux diffusèrent des articles sur ces substances, car la Chine venait de décréter une réduction drastique de ses exportations de terres rares, substances indispensables à l’industrie, principalement dans le domaine des technologies innovantes.

Il faut signaler que la Sim a alors diffusé, dans le n° 180 d’avril 2011 de mines & carrières, l’article de Raymond Perrier intitulé « Ruée sur les terres rares ». La dizaine de pages de ce texte, après avoir rappelé ce que sont les terres rares et leurs utilisations, présente les gisements de terres rares au point de vue géologique et répartition géographique.

Et tout récemment le n° 229 d’octobre 2015 de cette même revue a publié « Terres rares : du minerai aux applications », un article d’Alain Rollat, responsable des partenariats stratégiques pour les matières premières terres rares du groupe Solvay.

C’est justement Alain Rollat qui a accueilli les membres de la Sim le 6 novembre à l’usine Solvay de la Rochelle. Il a fait une présentation en salle des propriétés et des utilisations des terres rares, puis du groupe Solvay et de l’usine de la Rochelle. Il a ensuite guidé le groupe lors de la visite de l’usine.

Quelques rappels sommaires sur les terres rares

La famille des terres rares comprend les lanthanides, soit 15 éléments de numéro atomique 57 à 71, plus le scandium et l’yttrium.

Les lanthanides dits légers sont les suivants : lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium. Et les lanthanides “lourds” : europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium et lutécium.

Les terres rares sont utilisées dans les aimants permanents, les alliages métalliques, les catalyseurs, les poudres de polissage, les luminophores et dans beaucoup d’autres applications et dans pratiquement toutes les industries.

La consommation mondiale des terres rares est actuellement de l’ordre de 120 000 tonnes/an. Les réserves mondiales en ces éléments sont d’au moins 110 millions de tonnes (exprimées en oxydes de terres rares), ce qui est considérable par rapport à la consommation envisagée dans les prochaines années.

De plus, ces immenses réserves semblent relativement bien réparties dans le monde, même si les réserves chinoises sont importantes.

La production actuelle des concentrés de terres rares, obtenus à partir des minéraux contenant des terres rares, comme la monazite ou la bastnaésite, se concentre en Chine (pour environ 93 %) pour des raisons économiques. Et la Chine est progressivement devenue leader pour les utilisations avales des terres rares en assurant actuellement environ les deux tiers des applications.

Or, depuis 2005, la Chine a limité ses exportations par une politique de quotas. En 2010, cette action a eu pour conséquence une augmentation phénoménale du prix des terres rares.

Signalons que les différentes terres rares nécessitent d’être isolées l’une de l’autre et obtenues avec des puretés élevées de 99 % à 99,999 % selon l’application. Les mélanges de terres rares n’ont pratiquement pas de marché.

L’extraction par solvants est le seul procédé industriel utilisé actuellement pour la séparation des terres rares. L’usine Solvay de la Rochelle est la seule installation, en dehors de la Chine, capable de séparer toutes les terres rares entre elles, y compris les lanthanides lourds.

Qui est le groupe Solvay ?

Le groupe Solvay est un acteur majeur de l’industrie chimique mondiale, et il est clairement focalisé sur l’innovation et l’excellence opérationnelle.

Son chiffre d’affaires est de plus de 12 milliards d’euros dont 40 % proviennent des marchés à forte croissance.

Ce groupe, dont le siège est à Bruxelles, emploie environ 30 000 personnes dans 55 pays. Il compte 111 sites industriels et 13 centres de recherches.

Les marchés finaux sont, en particulier, les biens de grande consommation (28 % du chiffre d’affaires 2012), l’automobile (15 %), la construction (14 %), l’électricité et l’électronique (7 %). Environ 42 % du chiffre d’affaires sont réalisés en Europe, 20 % en Amérique du Nord, 10 % en Amérique Latine et 28 % pour l’Asie, le Pacifique et le reste du monde.

L’activité “terres rares” emploie 1 000 personnes sur 6 sites de production dans le monde, particulièrement celui de La Rochelle. Ce sont 70 % du chiffre d’affaires de la branche terres rares qui sont réalisés à partir de produits finis de la Rochelle.

L’usine de La Rochelle, là où l’on sépare les terres rares

L’usine Solvay occupe une superficie de 40 hectares et emploie 365 personnes. Sa production, exportée à plus de 90 %, a été de 5 140 tonnes en 2013.

La journée a donné l’occasion de visiter en particulier un atelier d’extraction liquide-liquide et la partie filtration et calcination.

L’usine reçoit des concentrés de terres rares provenant de différentes régions du monde. Elle les transforme en produits utilisés dans des domaines aussi variés que la catalyse de dépollution automobile ou le polissage des puces électroniques.

Cette transformation s’effectue en trois étapes : l’attaque chimique du concentré, la séparation des terres rares par extraction liquide-liquide et la transformation de la solution de terre rare purifiée en solide de type oxyde ou sel de terres rares.

La séparation est particulièrement délicate en raison de la similitude chimique des différentes terres rares. Elle est réalisée par extraction liquide-liquide dans des ensembles de mélangeurs décanteurs appelés batteries.

À l’usine de la Rochelle, il y a 18 batteries de ce type. Actuellement, 11 sont en opération.

Le paragraphe qui suit donne quelques précisions sur le principe de séparation. Il provient de l’article d’Alain Rollat publié dans le numéro d’octobre 2015 de mines & carrières (pp. 23-30). « Le principe fondamental de la séparation des terres rares consiste à utiliser des molécules organiques qui vont former des complexes dont la stabilité va être très légèrement différente d’un élément à l’autre. La mise en contact d’une solution aqueuse contenant des terres rares avec un solvant organique contenant une molécule de ce type va permettre d’enrichir très faiblement le solvant organique en la terre rare formant le complexe le plus stable. La répétition de cette opération unitaire plusieurs dizaines de fois va conduire à la séparation totale de deux terres rares adjacentes. Il faudra ensuite répéter ce type de séparation pour toutes les paires de terres rares adjacentes. »

Les granulats marins de DTM - Sablimaris

L’après-midi, la journée technique s’est poursuivie sur le thème des granulats marins avec la visite commentée du Stellamaris, le nouveau navire sablier de DTM, puis celle des installations terrestres de Sablimaris.

DTM - Sablimaris est aujourd’hui une filiale détenue à parts égales par Libaud et GSM. DTM extrait les granulats des gisements situés au large de Saint-Nazaire, des Sables-d’Olonne et de La Rochelle, avec sa flotte de navires sabliers de grande capacité.

Sablimaris, qui dispose de terminaux sabliers, traite et commercialise ces granulats marins. Avec une production annuelle de 1,5 million de tonnes, soit 30 % du marché national, et 4 sites portuaires répartis sur la côte Atlantique, entre Quimper et La Rochelle, Sablimaris est la première société de traitement et de commercialisation des granulats marins en France.

Le navire sablier Stellamaris

Ce navire est entré en service début 2013. C’est la plus grande drague sablière de la flotte française.

La propulsion est assurée par une hélice à 4 pales orientables de 3,4 m de diamètre entraînée par un moteur Diesel à 8 cylindres en ligne développant 4 000 kW à 750 tr/mn à pleine charge. À 85 % de la puissance maximale du moteur, le navire peut atteindre la vitesse de 14 noeuds. L’électricité est produite par un alternateur de 2 400 kW attelé sur le bout d’arbre du moteur principal. Cet alternateur est dimensionné pour alimenter simultanément les besoins du bord et l’équipement de dragage.

L’équipement de dragage du Stellamaris

Le sable est aspiré par une élinde longue de 60 m, de 700mm de diamètre, équipée d’une pompe électrique immergée permettant de remplir le puits en moins de deux heures.

Le puits comprend quatre trémies en partie basse, qui permettent de faire converger le sable vers les aspirations du système de déchargement.

Le Stellamaris peut extraire et transporter jusqu’à 2millions de tonnes de granulats par an. Son équipage est composé de sept personnes.

Le déchargement s’effectue au moyen d’une pompe centrifuge entraînée par un moteur électrique de 1 900 kW, qui aspire en partie basse des trémies au fond du puits.

Au port, le sable est dirigé vers la conduite centrale du puits (celle qui sert à son remplissage), jusqu’à un bras de déchargement orientable. Il est également possible de vider le navire au moyen de quatre portes de fond (3 x 4m).

Le traitement du granulat à terre

Pour débarquer les 4 000 tonnes extraites en moyenne par rotation, le navire se branche à une pipe de déchargement. Les produits sont ainsi déversés dans des bassins par un circuit de tuyauterie.

L’alimentation des trémies en produit brut est opérée par des chargeuses.

Les produits venant des trémies sont criblés sur les appareils à haute énergie pour séparer sables et graviers, à un débit de 200 à 400 t/h. Sables et graviers alimentent des stocks à partir desquels sont chargés des camions dont la capacité peut aller jusqu’à 44 tonnes.
On remarquera que le sable marin n’a pas besoin d’être rincé à l’eau douce.

Sur le site, un laboratoire assure au quotidien le contrôle de la production.

Le granulat marin : exploitation et qualité

Il s’agit de sables siliceux, de graviers siliceux et de sables coquilliers (utilisés comme amendement calcaire).

Les périmètres d’exploitation des gisements de granulats marins se situent sous des profondeurs d’eau comprises entre 15 et 50 mètres.

Il existe actuellement une quinzaine de concessions en exploitation en France pour une surface totale de moins de 50 km².

Pour l’extraction, le navire sablier traîne sur le fond un bec d’élinde qui aspire au moyen d’une pompe un mélange eau-granulats déversé ensuite dans la ou les cales du navire.

L’exploitation du gisement s’effectue par passages successifs à faible vitesse (2 noeuds) en créant des sillons de faible profondeur, 30 centimètres, pour une largeur moyenne de 2 mètres. Le temps de chargement du navire est en moyenne de 2 à 3 heures.

L’exploitation des granulats marins est soumise à de nombreux contrôles et à des bilans réguliers. À cet effet, les navires sabliers sont équipés de plusieurs systèmes de détermination et de communication de la position avec un système d’enregistrement continu des tracés d’extraction.

Les granulats marins offrent les mêmes garanties de performance que les granulats “terrestres” quel que soit l’usage considéré. Ils sont couramment employés pour la production de béton préfabriqué et de béton prêt à l’emploi.

Les sables et graviers marins commercialisés contiennent des quantités infimes de coquilles et de chlorures qui sont toujours largement en dessous des seuils exigés par les normes européennes.

Gilbert Pouthier, Sim