Usages

Les éléments des terres rares possèdent des propriétés uniques (oxydo-réductrices, optiques, magnétiques, luminescentes, catalytiques) qui les rendent essentiels dans de nombreuses applications, dont les hautes technologies et les énergies propres.

Les éléments des terres rares sont de plus en plus recherchés pour des usages liés :

• à la métallurgie (affinage des métaux, alliages, supraconducteurs, aimants permanents);
• au domaine médical (radiographie, imagerie par résonance magnétique);
• au transport (véhicules électriques, véhicules hybrides, convertisseurs catalytiques);
• à l’énergie (batteries rechargeables, éoliennes);
• à la défense (systèmes de radar et de sonar, systèmes de guidage, missiles);
• aux télécommunications (cellulaires, fibre optique);
• à la fabrication de verre (lentilles de lunettes, de microscope, de télescope ou de caméra);
• à la fabrication d’émaux de céramique;
• à l’affichage (écrans de cellulaire, de téléviseur et d’ordinateurs);
• à l’éclairage (lampes fluorescentes);
• au raffinage de produits pétroliers;
• à la fabrication des plastiques, des pierres à briquet, du papier monnaie et bien d’autres.

L’utilisation dans les aimants permanents, entrant notamment dans la fabrication des moteurs électriques ou des alternateurs, dépasse maintenant largement tous les autres usages des éléments des terres rares (37 % en 2019) et devrait continuer de grimper dans les années à venir. La production mondiale de terres rares, qui totalisait 240 000 t ETR en 2020, devrait également continuer d’augmenter dans les prochaines années. Toutes ces données évoluent rapidement. Les diagrammes annexés présentent l’évolution de la production mondiale et de la répartition de l’usage des éléments des terres rares. La demande de plus en plus forte pour ces substances à l’échelle mondiale, alimentée en grande partie par l’utilisation des terres rares comme composants essentiels des technologies modernes, commence à susciter des inquiétudes en ce qui a trait à leur approvisionnement.

Source et contexte géologique des minéralisations

Les zones minéralisées en éléments des terres rares sont encaissées dans des roches ignées, sédimentaires ou métamorphiques. Elles sont issues de différents contextes géologiques. On distingue plusieurs types de minéralisation en élements des terres rares :

• les minéralisations associées aux complexes de carbonatites;
• les minéralisations associées aux roches ignées hyperalcalines;
• les minéralisations associées aux oxydes de fer-Cu-Au-ETR;
• les minéralisations associées aux pegmatites granitiques, granites et migmatites hyperalumineux à métalumineux;
• les minéralisations associées à des dépôts alluviaux;
• les minéralisations dans des argiles à adsorption ionique.

Les quatre premiers types sont plus abondants. Ils se sont formés de l’Archéen au Cénozoïque à partir de processus magmatiques et hydrothermaux dans des contextes intracontinentaux, communément en extension, à proximité de structures crustales majeures. 

Les deux derniers types sont plus rares. Ils se sont formés du Paléozoïque au Cénozoïque dans des dépôts fluviatiles, glaciaires et fluvioglaciaires ou dans des sédiments argileux à la suite de processus sédimentaires et de lessivage (Sappin et Beaudoin, 2015).

Minéralisations associées aux complexes de carbonatites

De nombreuses carbonatites sont enrichies en minéraux de terres rares (Orris et Grauch, 2002). Les complexes de carbonatite se mettent en place dans les environnements géodynamiques intracontinentaux en extension. Ils sont communément associés à des structures continentales majeures (rift, graben, linéament crustal). 

Les carbonatites peuvent former des masses intrusives de petite dimension (3 à 5 km) à l’intérieur des complexes alcalins, des filons-couches, des dykes ou des masses isolées de formes variées (circulaire, elliptique, irrégulière) (Sappin et Beaudoin, 2015). Les carbonatites sont enrichies principalement en terres rares légères (Castor, 2008; Linnen et al., 2014; Verplanck et Hitzman, 2016). Elles peuvent également être riches en niobium, tantale et apatite. 

Les minéralisations en terres rares se trouvent au cœur des carbonatites ou dans des filons, des réseaux de veines ou d’amas à l’extérieur de la carbonatite. Ces éléments sont habituellement répartis entre les principaux minéraux constituant les carbonatites, tels que la calcite, la dolomite, l’apatite, les amphiboles (Chakhmouradian et Zaitsev, 2012; Verplanck et Hitzman, 2016). Les minéralisations peuvent être d’origine magmatique, hydrothermale ou hydrothermale et métasomatique.

Les carbonatites représentent actuellement la principale source de terres rares légères dans le monde. Les principales zones minéralisées sont Bayan Obo (ressources estimées à 118 Mt à 6 % OTR) en Chine, Mountain Pass (ressources estimées à 16,7 Mt à 7,98 % OTR) aux États-Unis et Mount Weld (ressources estimées à 23,9 Mt à 7,9 % OTR) en Australie (Verplanck et Hitzman, 2016).

Minéralisations associées aux roches ignées hyperalcalines
Les roches ignées hyperalcalines (granite hyperalcalin, pegmatite granitique hyperalcaline, syénite) se mettent en place dans les zones d’extension continentale en association avec des structures crustales majeures (graben, rift). Elles forment des complexes intrusifs annulaires, des pegmatites ou des corps massifs subvolcaniques.

Les zones minéralisées en ETR se présentent sous forme de niveaux riches en minéraux de terres rares dans les syénites à néphéline des grandes intrusions alcalines litées, disséminées dans les roches granitiques hyperalcalines (pegmatites, dykes felsiques, intrusions granitiques mineures) et très finement disséminées dans les roches volcaniques felsiques hyperalcalines (trachyte, phonolite). Ces roches intrusives sont couramment altérées par l’activité hydrothermale (Verplanck et Hitzman, 2016). Les minéralisations en terres rares se trouvent généralement en bordure des complexes intrusifs hyperalcalins, soit au contact avec les roches encaissantes, au contact entre deux masses intrusives ou disséminées au sommet des intrusions. Les ETR sont concentrés par des processus magmatiques et hydrothermaux (Sappin et Beaudoin, 2015; Verplanck et Hitzman, 2016).

Ces zones minéralisées sont caractérisées par de gros volumes et de faibles teneurs (Orris et Gauch, 2002; Sappin et Beaudoin, 2015). Elles sont typiquement enrichies en terres rares lourdes par rapport aux terres rares légères (Richardson et Birkett, 1996; Verplanck et Hitzman, 2016) et certaines zones minéralisées peuvent contenir du zirconium, du béryllium, du niobium et du tantale. 

Des exemples de zones minéralisées en terres rares dans les roches ignées hyperalcalines sont Nechalacho (réserves de 125,7 Mt à 1,43 % OTR) au Canada et Kvanefjeld (réserves de 619 Mt à 1,06 % OTR) au Groenland (Verplanck et Hitzman, 2016).

Minéralisations associées aux oxydes de fer-Cu-Au-ETR 
Les minéralisations en oxydes de fer-cuivre-or (type IOCG) sont associées à des structures crustales (graben, rift) formées dans les environnements continentaux en extension (intracratonique, arc volcanique) et les environnements tardi-orogéniques ou postorogéniques. Les minéralisations de ce type se mettent en place le long de failles ou des contacts géologiques et sont très couramment altérées en raison d’une forte activité hydrothermale (Corriveau, 2007).

Les minéralisations forment des masses discordantes, des veines, des dykes, des corps tabulaires et des stockwerks. Les veines et les zones tabulaires peuvent s’étendre latéralement sur plusieurs kilomètres et verticalement sur plusieurs centaines de mètres.

Les minéralisations en oxydes de fer-cuivre-or renferment également des éléments des terres rares, de l’yttrium et de l’uranium (Orris et Grauch, 2002; Jébrak, 2008). Ces minéralisations hydrothermales, riches en magnétite, sont généralement associées au magmatisme felsique. 

L’origine de la minéralisation est incertaine. Certains considèrent une origine hydrothermale, tandis que d’autres préconisent une origine magmatique (Sappin et Beaudoin, 2015).

Minéralisations associées aux pegmatites granitiques, aux granites et aux migmatites hyperalumineux à métalumineux 
Les pegmatites granitiques, les granites et les migmatites hyperalumineux à métalumineux sont syntectoniques à tarditectoniques. Ces roches se mettent en place dans les environnements orogéniques continentaux lors d’épisode de fusion partielle de la croûte (Sappin et Beaudoin, 2015). 

Les pegmatites granitiques forment des essaims de dykes d’épaisseur métrique à décamétrique qui se mettent en place en périphérie de leur source magmatique ou s’étendent sur plusieurs kilomètres à partir de celle-ci (Sappin et Beaudoin, 2015). Ces dykes forment communément un système annulaire autour de la source ou s’injectent dans des failles régionales ou des fractures coupant les intrusions felsiques et les roches encaissantes (Verplanck et Hitzman, 2016). 

Les granites et les migmatites granitiques constituent des masses hétérogènes qui se mettent en place parallèlement à la foliation régionale ou au contact entre les différentes lithologies. La minéralisation peut aussi être disséminée dans les granites ou le long de fractures. 

Les zones minéralisées en terres rares contenues dans les pegmatites, les granites et les migmatites hyperalumineux à métalumineux sont caractérisées par de faibles volumes et par des teneurs relativement faibles en minéraux de terres rares (Chakhmouradian et Zaitsev, 2012).

Les minéralisations sont essentiellement d’origine magmatique. Cependant, les ETR sont communément remobilisés et concentrés au cours du métamorphisme et de l’altération hydrothermale (Sappin et Beaudoin, 2015).

Minéralisations associées à des dépôts alluviaux 
Des concentrations à caractère économique d’éléments des terres rares peuvent se trouver dans des dépôts alluviaux (placers et paléoplacers). Ces placers et paléoplacers sont d’âge paléozoïque à cénozoïque. Plus spécifiquement, les dépôts glaciaires sont d’âge tardipléistocène à holocène, alors que d’autres sont d’âge cambrien. Ces minéralisations se sont mises en place à l’intérieur ou en marge des cratons stables et sont généralement constituées de sable ou de grès à grain fin à grossier. Ils sont issus de l’érosion de roches ignées, métamorphiques et sédimentaires anciennes qui a été suivie d’une concentration des minéraux lourds comprenant notamment les minéraux de terres rares (Sappin et Beaudoin, 2015; Verplanck et Hitzman, 2016).

Des terres rares sont produites à partir de la monazite contenue dans des sables côtiers en Inde (Verplanck et Hitzman, 2016).

Minéralisations dans des argiles à adsorption ionique 
Des minéralisations en éléments des terres rares se trouvent dans des argiles associées à une grande variété d’environnements géologiques. Les sédiments ou les roches sédimentaires hôtes incluent principalement des argiles ou des mudstones riches en kaolinite et en halloysite. Les mudstones contenant des minéralisations en terres rares sont formés sur une marge continentale. Ces roches riches en alumine (Al) contiennent de la kaolinite et probablement de la gibbsite ou de la boehmite (Sappin et Beaudoin, 2015).

Les minéralisations en terres rares associées aux argiles à adsorption ionique, caractérisées par de forts volumes et de faibles teneurs, sont typiquement riches en terres rares lourdes et pauvres en éléments radioactifs. Ces minéralisations sont issues de l’altération et du lessivage de roches contenant une proportion significative de minéraux riches en ETR et sensibles au lessivage chimique, comme les granites (Verplanck et Hitzman, 2016).

Les minéralisations en terres rares dans des argiles à adsorption ioniques représentent la principale source de terres rares lourdes dans le monde. Les plus importantes zones minéralisées sont situées dans la province de Jiangxi, en Chine. Elles présentent des réserves totales de 9,4 Mt à des teneurs de 140 à 6500 ppm OTR+Y (Verplanck et Hitzman, 2016).

Les principaux pays producteurs d’éléments des terres rares sont la Chine, les États-Unis, le Myanmar (Birmanie), l’Australie et le Madagascar. En 2020, la Chine avec une production de 140 000 tonnes représentait ~60 % de la production mondiale, suivie des États-Unis (~15 % avec 38 000 tonnes), du Myanmar (~12 % avec 30 000 tonnes), de l’Australie (~7 % avec 17 000 tonnes) et de Madagascar (~3 % avec 8000 tonnes). Ces cinq pays ont produit près de 97 % de la production mondiale de terres rares. 

Le Canada possède des ressources en terres rares estimées à >14 millions de tonnes d’oxydes de terres rares (OTR) en 2021.

En Chine, aux États-Unis et en Australie, les ETR sont principalement extraits de zones minéralisées associées aux carbonatites, tandis qu’au Myanmar et à Madagascar, ceux-ci sont associés à des argiles ioniques.

Exploitation au Québec

Aucune zone minéralisée en éléments des terres rares n’est en exploitation actuellement au Québec.

Pour le moment, il est bien difficile de prévoir les perspectives d’exploitation des éléments de terres rares à court ou à moyen terme au Québec. Le Québec possède cependant un potentiel important pour ces substances minérales.