source : Phys.org

Les éléments de terres rares provenant du minerai sont essentiels à la vie moderne, mais leur raffinage après l’extraction est coûteux, nuit à l’environnement et se produit principalement à l’étranger.

Une nouvelle étude décrit une preuve de principe pour l'ingénierie d'une bactérie, Gluconobacter oxydans, qui constitue un grand premier pas vers la satisfaction de la demande croissante en éléments de terres rares d'une manière qui correspond au coût et à l'efficacité des méthodes traditionnelles d'extraction et de raffinage thermochimiques et qui est suffisamment propre pour répondre aux normes environnementales américaines.

« Nous essayons de trouver une méthode respectueuse de l'environnement, à basse température et à basse pression, pour extraire des éléments de terres rares d'une roche », a déclaré Buz Barstow, auteur principal de l'article et professeur adjoint de génie biologique et environnemental à l'Université Cornell.

Les éléments, au nombre de 15 dans le tableau périodique, sont nécessaires à tout, des ordinateurs, téléphones portables, écrans, microphones, éoliennes, véhicules électriques et conducteurs aux radars, sonars, lumières LED et batteries rechargeables.

Si les États-Unis raffinaient autrefois leurs propres terres rares, cette production a cessé il y a plus de cinquante ans. Aujourd'hui, le raffinage de ces éléments est presque entièrement réalisé dans d'autres pays, notamment en Chine.

« La majeure partie de la production et de l'extraction des terres rares est entre les mains de pays étrangers », a déclaré Esteban Gazel, co-auteur et professeur associé de sciences de la Terre et de l'atmosphère à Cornell. « Pour la sécurité de notre pays et de notre mode de vie, nous devons donc reprendre le contrôle de cette ressource. »

Pour répondre aux besoins annuels des États-Unis en éléments de terres rares, environ 71,5 millions de tonnes (environ 78,8 millions de tonnes) de minerai brut seraient nécessaires pour extraire 10 000 kilogrammes (environ 22 000 livres) d’éléments.

Les méthodes actuelles reposent sur la dissolution de la roche avec de l’acide sulfurique chaud, puis sur l’utilisation de solvants organiques pour séparer les éléments individuels très similaires les uns des autres dans une solution.

« Nous voulons trouver un moyen de créer un bug qui fasse mieux ce travail », a déclaré Barstow.

G. oxydans est connu pour produire un acide appelé biolixiviant qui dissout les roches ; la bactérie utilise cet acide pour extraire les phosphates des terres rares. Les chercheurs ont commencé à manipuler les gènes de G. oxydans afin qu'elle extraie ces éléments plus efficacement.

Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé une technologie appelée Knockout Sudoku, développée par Barstow, qui leur a permis de désactiver un par un les 2 733 gènes du génome de G. oxydans. L'équipe a sélectionné des mutants, chacun doté d'un gène spécifique désactivé, afin d'identifier ceux qui jouent un rôle dans l'extraction d'éléments dans la roche.

« Je suis incroyablement optimiste », a déclaré Gazel. « Nous disposons d'un processus qui sera plus efficace que tout ce qui a été fait auparavant. »

Alexa Schmitz, chercheuse postdoctorale au laboratoire de Barstow, est la première auteure de l'étude « Gluconobacter oxydans Knockout Collection Finds Improved Rare Earth Element Extraction », publiée dans Nature Communications.

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Date de publication : 04/07/2022