Le tantale : un métal clé dans l’industrie
De nos jours, la technologie est omniprésente dans nos vies. À notre domicile, nous possédons tous de nombreux appareils électroniques que nous changeons régulièrement en fonction des nouveautés technologiques. Ces appareils sont de véritables mines, ils comportent une multitude de métaux différents, mais présents en infime quantité.
Dans cet article nous allons nous concentrer sur un métal méconnu : le tantale. Dans un premier temps une rapide présentation de ce métal sera faite, puis nous verrons ses diverses applications industrielles, et enfin son recyclage.
I Le tantale
En 1802, le chimiste Anders Ekeberg découvre un nouveau métal résistant aux acides et compliqué à dissoudre. Face à ces caractéristiques d’insolubilité, Ekeberg le nomme Tantale pour faire allusion à la mythologie grecque avec le supplice de Tantale, fils de Zeus qui était condamné à ne pas pouvoir boire, l’eau se retirant devant lui.
En plus d’être un métal très résistant à la corrosion par les acides, il se révèle être un bon conducteur de chaleur et d’électricité. Il possède un point de fusion élevé à 3017 °C, ce qui en fait le quatrième métal avec le plus haut point de fusion.
Le tantale présente une excellente capacité pour stocker et libérer une charge électrique, cette propriété fait du tantale le meilleur métal pour la fabrication des condensateurs électriques.
Le tantale est un métal qui ne cesse de voir sa consommation augmenter ces dernières années, en 2018, elle était d’environ 1890 tonnes. De cette quantité environ 20% était issu du recyclage du tantale.
Le tantale entre dans la fabrication de nombreux produits, Roskill a listé les principaux secteurs utilisateurs de ce métal en 2016.
Condensateurs : 32 %
Superalliages : 23 %
Cibles de pulvérisation : 17 %
Composés chimiques : 11 %
Métal laminé : 10 %
Le tantale pour un usage électronique compte donc pour plus de 50 % de la consommation mondiale, ce secteur est le plus consommateur.
Des applications industrielles diversifiées
a) Électronique
Dans l’industrie électronique le tantale est principalement utilisé sous forme de poudre pour la production de composants électriques. Parmi ces composants, les condensateurs sont ceux qui contiennent le plus de tantale. Ces composants se retrouvent dans les cartes électroniques qui sont présentes dans tous les appareils avec une application électrique comme notamment les smartphones, les ordinateurs et les tablettes.
Grâce au tantale les condensateurs ont pu être miniaturisés, chaque année plusieurs milliards de condensateurs miniaturisés sont produits, notamment pour les téléphones portables, les appareils sans fil et l’électronique automobile.
Le tantale est également utilisé sous la forme de cible de pulvérisation cathodique pour réaliser des couches minces de tantale sur des semi-conducteurs ainsi que sur les têtes des imprimantes à jet d’encre et les clés USB.
Chaque année le nombre d’appareils électroniques embarquant des composés en tantale augmente. Avec des innovations de plus en plus fréquentes les appareils ont vu leur durée d’utilisation rapidement réduite avant d’être remplacés, ce qui augmente le nombre de déchets électroniques.
b) Superalliages
De par son excellente tolérance aux fortes températures et à la corrosion, le tantale est utilisé comme additif dans les superalliages. Les secteurs les plus consommateurs étant l’aéronautique et le spatial qui doivent trouver des matériaux résistants à la corrosion et aux températures élevées.
Les pièces fabriquées dans cet alliage sont les aubes des turbines des moteurs d’avion, les turbines à gaz et les réacteurs nucléaires. Les équipements et les installations industrielles soumises aux contraintes de la corrosion et de températures très élevées peuvent également se servir d’alliages contenant du tantale.
Pour les pièces d’avion, le tantale entre dans la composition des pales des turbines, il permet d’augmenter la résistance thermique des pièces qui seront proche de la chambre à combustion du moteur. Avec le renouvellement des flottes d’avions et les nouveaux moteurs plus économes en carburant, la demande aéronautique pour les superalliages en tantale va augmenter.
c) Autres utilisations
Le tantale a également d’autres utilisations, en médecine il est notamment utilisé pour la fabrication d’instruments chirurgicaux et d’implant car c’est un métal biocompatible, il ne réagit pas avec les tissus et les fluides du corps humain.
Sous la forme de carbure de tantale, il en résulte un matériau extrêmement dur qui est utilisé dans la fabrication d’outils de coupe. Lorsque le carbure de tantale est allié au graphite, cet alliage est l’un des plus résistants, il sert sur les tranchants des machines-outils à haut débit qui nécessitent de résister à la chaleur causée par les frictions.
II Un recyclage compliqué
Du fait de ses nombreuses applications, notamment en électronique, le tantale est présent dans de nombreux produits. Cependant la demande pour ce métal ne cesse d’augmenter et sa production doit suivre.
En 2010, la Commission européenne a classé le tantale comme faisant partie des 14 métaux critiques. Un métal critique est un métal nécessaire au bon fonctionnement de nombreux secteurs d’activité, et qui possède un risque que la rupture d’approvisionnement soit coupée. Dans le cas du tantale, ce risque est lié au fait que les principaux sites d’extraction se situent dans des régions politiquement instables qui présentent un risque de rupture de la chaîne d’approvisionnement pour les secteurs utilisateurs en Europe, notamment la haute technologie qui ne peut pas le substituer.
En 2014 le tantale a été enlevé de la liste mais sa demande reste toujours aussi élevée et son recyclage issu des déchets électroniques est quasi inexistant. Ce recyclage est essentiellement dû aux chutes et rebuts de fabrication du tantale brut ou des superalliages, en effet, les techniques de recyclage actuelles ne permettent pas de récupérer le tantale présent dans les appareils en fin de vie, notamment dans les déchets électroniques.
En 2018, la part du recyclage dans l’offre mondiale de tantale était d’environ 20%. Ce taux est très faible en comparaison à d’autres métaux spéciaux.
a) Le recyclage des superalliages
Depuis le milieu des années 1990 le nombre de pièces en tantale recyclées utilisées dans les turbines à gaz a vu son nombre augmenter. Il est estimé qu’en 2017, 25% des superalliages en tantale étaient issus du recyclage.
Le superalliage récupéré est refondu pour produire de nouvelles pièces dans le même alliage. Le tantale peut être gardé sous la forme d’un alliage ou alors être récupéré brut, les techniques les moins onéreuses étant de le garder sous la forme d’alliage.
Pour recycler vos pièces en tantale ou en superalliage vous pouvez contacter Valorema, une entreprise spécialisée dans le recyclage des métaux précieux et spéciaux, dont le tantale fait partie. Valorema s’occupe de recycler, dans la conformité de la réglementation en vigueur, et de valoriser vos déchets contenant du tantale.
b) Le recyclage des composants électroniques
L’utilisation du tantale dans de nombreux composants électroniques rend son recyclage compliqué car le métal est dispersé parmi d’autres. Avec les techniques de recyclage actuelles, moins de 1% du tantale à usage électronique est recyclé.
On estime que dans une tonne de cartes électroniques il y aurait environ 9kg de tantale mais cette estimation est seulement celle d’un seul métal parmi tant d’autres qui composent les cartes électroniques.
Pour recycler les métaux présents dans les cartes électroniques, la principale méthode est la pyrométallurgie qui consiste à fondre les métaux. Avec ce procédé le cuivre et les métaux précieux sont récupérés, mais pas le tantale qui s’oxyde et est irrécupérable.
Pour être en mesure de recycler le tantale des composants électroniques il faudrait pouvoir trier et collecter les composants qui en contiennent le plus. Malheureusement ces composants ne sont pas constitués uniquement de tantale mais également d’autres métaux en quantités moindre, il est donc très difficile d’obtenir du tantale pur en recyclant des composés électroniques.
Conclusion
Dans cet article nous avons vu que le tantale était un métal avec des propriétés très intéressantes pour de nombreux secteurs d’activité, notamment en électronique et sous forme de superalliages. Son utilisation est directement liée à la production de produits électroniques, ce qui engendre de nombreux déchets électroniques qui sont pour le moment très difficiles à recycler, occasionnant un très faible taux de recyclage dans l’offre mondiale de tantale.
Il est devenu indispensable de trouver un moyen de récupérer ce métal principalement utilisé dans des secteurs où actuellement il n’est pas recyclable, car le tantale n’est pas une ressource infinie et il n’est pas présent en grandes quantités dans l’écorce terrestre. Pour y parvenir de nombreuses études sont menées pour améliorer les techniques actuelles de recyclage des déchets électroniques contenant du tantale.