Sciences · Éléments chimiques
Néodyme
Le néodyme (Nd, numéro atomique 60) est un métal de la famille des terres rares. Allié au fer et au bore, il forme les aimants permanents les plus puissants, présents dans les moteurs électriques, les éoliennes et les écouteurs.
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Le néodyme est la plus utilisée des terres rares. Les aimants au néodyme, inventés au début des années 1980, sont si puissants qu’un aimant de quelques grammes peut soulever des centaines de fois son poids. Ils ont permis de miniaturiser les moteurs, les haut-parleurs et les disques durs, et sont devenus indispensables à la transition énergétique.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Nd |
| Numéro atomique | 60 |
| Masse atomique | 144,24 u |
| Famille | Lanthanide, terre rare (période 6) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 1 024 °C |
| Ébullition | environ 3 070 °C |
| Découverte | 1885, Carl Auer von Welsbach |
| Abondance | environ 40 ppm dans la croûte terrestre, plus que le cobalt |
Propriétés
Le néodyme est un métal argenté, assez mou, qui s’oxyde rapidement à l’air humide en se couvrant d’un oxyde qui s’écaille. On le conserve sous huile ou sous atmosphère inerte. Comme les autres lanthanides, il forme surtout l’ion Nd³⁺, de couleur lilas en solution.
Ses électrons de la sous-couche 4f lui confèrent un fort moment magnétique et des raies d’absorption et d’émission très nettes, à la base de ses applications magnétiques et optiques. Les verres contenant du néodyme changent de couleur selon l’éclairage : violets à la lumière du jour, bleutés sous les tubes fluorescents.
Isotopes
Le néodyme naturel compte sept isotopes, dont le plus abondant est le néodyme 142 (environ 27 %). Deux sont radioactifs à très longue période : le néodyme 144 et le néodyme 150. La méthode de datation samarium-néodyme, fondée sur la désintégration du samarium 147 en néodyme 143, sert à dater les roches les plus anciennes et les météorites.
Où le trouve-t-on ?
Le néodyme est extrait avec les autres terres rares de la bastnäsite et de la monazite, où il représente souvent 10 à 20 % des terres rares. Le gisement de Bayan Obo, en Chine, en est la principale source.
Production
La Chine domine toute la chaîne : extraction, séparation du néodyme des autres terres rares par extraction liquide-liquide, production de métal par électrolyse en sels fondus, et fabrication de la grande majorité des aimants NdFeB du monde. Le néodyme est souvent commercialisé en mélange avec le praséodyme, son voisin, sous le nom de « PrNd ».
Les aimants néodyme-fer-bore
Les aimants NdFeB (formule principale Nd₂Fe₁₄B) ont été mis au point en 1982-1984, indépendamment par Masato Sagawa chez Sumitomo au Japon, et par General Motors aux États-Unis. Ils sont environ dix fois plus puissants, à volume égal, que les aimants en ferrite classiques (voir magnétisme).
Leur point faible est la perte d’aimantation à chaud : pour les moteurs qui chauffent, comme ceux des véhicules électriques, on ajoute du dysprosium ou du terbium, terres rares lourdes plus rares et plus chères. Ils sont aussi sensibles à la corrosion et sont généralement revêtus de nickel.
| Application | Rôle des aimants NdFeB |
|---|---|
| Véhicules électriques et hybrides | moteurs synchrones à aimants permanents, compacts et efficaces |
| Éoliennes | génératrices à entraînement direct, surtout en mer, sans multiplicateur |
| Électronique | disques durs, haut-parleurs, écouteurs, vibreurs de téléphones |
| Industrie | moteurs, robots, séparateurs magnétiques |
| Médecine | certains appareils d’IRM à aimants permanents |
| Grand public | fermoirs, jouets magnétiques |
Autres usages
- Lasers Nd:YAG : cristal de grenat d’yttrium-aluminium dopé au néodyme, émettant dans l’infrarouge à 1 064 nm. Ils servent à la découpe et au soudage industriels, en ophtalmologie, en dermatologie (détatouage), en télémétrie. Des lasers au verre dopé au néodyme alimentent aussi les grandes installations de fusion par confinement inertiel.
- Verres : lunettes de protection des souffleurs de verre (verre « didyme »), verres teintés, filtres photographiques.
- Céramiques et émaux colorés.
Rôle biologique et toxicité
Le néodyme n’a pas de rôle biologique et ses composés sont peu toxiques. Les poussières de métal peuvent s’enflammer.
Le danger principal vient des aimants eux-mêmes : deux aimants puissants qui se rapprochent peuvent pincer gravement les doigts ou éclater. Chez l’enfant, l’ingestion de plusieurs petits aimants est une urgence : ils peuvent s’attirer à travers les parois de l’intestin et provoquer des perforations. En cas d’ingestion suspectée, appeler le 15 ou le 112. Les aimants puissants doivent être tenus éloignés des stimulateurs cardiaques.
Histoire du nom
En 1841, le chimiste suédois Carl Gustaf Mosander isole une terre qu’il croit être un élément, le didyme (du grec didymos, « jumeau », car il accompagne toujours le lanthane). En 1885, le chimiste autrichien Carl Auer von Welsbach parvient à le séparer en deux éléments, par des cristallisations fractionnées répétées : le praséodyme (« jumeau vert ») et le néodyme (du grec neos didymos, « nouveau jumeau »). Auer von Welsbach est aussi l’inventeur du manchon à incandescence et de la pierre à briquet au ferrocérium.
Questions fréquentes
Pourquoi les aimants au néodyme sont-ils si puissants ?
La structure cristalline Nd₂Fe₁₄B aligne très fortement les moments magnétiques et résiste à la désaimantation. Elle combine le fort magnétisme du fer et la forte anisotropie du néodyme.
Toutes les éoliennes contiennent-elles du néodyme ?
Non. Les éoliennes terrestres utilisent souvent des génératrices à multiplicateur sans terres rares ou avec peu d’aimants. Ce sont surtout les éoliennes en mer à entraînement direct qui en utilisent beaucoup : de l’ordre de plusieurs centaines de kilogrammes d’aimants par mégawatt installé.
Peut-on recycler les aimants au néodyme ?
Oui, techniquement, mais la filière reste très limitée, car les aimants sont dispersés dans de nombreux appareils et difficiles à récupérer.