C'est quoi le tantale ?

Titre inspiré par la série Jack Ryan d’Amazon.

À la une :

• Qu’est-ce que le tantale et quelle est son histoire ?
• Le rôle essentiel du tantale dans l’électronique
• Où le tantale est extrait et produit
• Le risque d’approvisionnement en tantale

Connaissez-vous le mythe de Tantale ? Ce roi grec est surtout connu pour sa punition dans les profondeurs du Tartare, contraint de rester debout dans un bassin d’eau sous un arbre garni de baies aux branches basses. Les fruits demeuraient toujours hors de portée, et l’eau s’éloignait dès que Tantale se baissait pour boire.

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Quel supplice.

Mais il ne s’agit pas ici d’un cours de mythologie grecque. Voyons plutôt l’origine du tantale : un métal gris, dur et lourd, extrêmement résistant à la corrosion et classé parmi les « éléments de terres rares ». Et rare, il l’est : le tantale se trouve en moyenne à seulement 2 parties par million dans la croûte terrestre.

Brève histoire du tantale

En 1802, Anders Gustav Ekeberg découvrit un nouveau métal à l’université d’Uppsala en Suède. Le tantale doit son nom au mythe grec car il posait un « problème insoluble » lorsqu’on essayait de le dissoudre dans l’acide.

En raison de cette résistance à l’acide, des analyses complémentaires ont abouti à confondre le tantale avec le niobium — un métal déjà identifié.

À l’époque, on ignorait que le tantale et le niobium se trouvaient souvent réunis et qu’ils étaient chimiquement très proches. Il fallut attendre 1846 pour que Heinrich Rose démontre qu’un procédé permettait de les séparer et de prouver qu’il s’agissait de deux éléments distincts.

Cependant, l’échantillon de tantale de Rose n’était toujours pas pur. Il fallut attendre 1903 pour que Werner von Bolton obtienne du tantale pur.

Si l’obtention d’un nouvel élément pur fut source d’enthousiasme, peu de gens en 1903 soupçonnaient alors le rôle critique que jouerait ce métal dans la fabrication de l’électronique portable.

Qu’est-ce que le tantale ?

Mais concrètement, de quel métal gris porte le nom d’un roi grec torturé s’agit-il ?

Le tantale se trouve à l’état natif dans la nature, quoique rarement. Il apparaît principalement sous forme de colombo-tantalite, contenant notamment du niobium. On obtient aussi du tantale à titre commercial comme sous-produit de l’extraction de l’étain. Deux procédés en un, comme on dit.

Résistant à la corrosion, le tantale n’a aucun rôle biologique connu et n’est pas toxique. Il est naturellement solide à température ambiante et possède des points de fusion et d’ébullition extrêmement élevés : respectivement 3 017 et 5 455 °C. Seuls trois autres métaux ont un point de fusion plus élevé.

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Le tantale présente une résistance à la traction environ deux fois supérieure à celle des aciers alliés à haute résistance. Les acides et les alcalis ont eux aussi très peu d’effet sur ce métal.

Mais assez de détails chimiques. Passons à la suite…

Pourquoi le tantale est-il essentiel à l'électronique ?

L’utilisation principale du tantale est la fabrication de composants électroniques. Ce métal possède la capacité connue la plus élevée de tous les métaux pour le stockage de l’électricité. Ce n’est pas négligeable.

La surface du tantale forme une couche d’oxyde, jouant le rôle de barrière isolante (diélectrique). Grâce à cet isolant, le tantale est souvent utilisé en couche très mince pour recouvrir d’autres métaux et réaliser ainsi une capacitance élevée dans un volume réduit.

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Cette couche de tantale à faible volume et forte capacité donne naissance à des condensateurs tout à fait irrésistibles. Les condensateurs au tantale sont une option très prisée pour l’électronique portable, comme les téléphones mobiles. Ce métal est également utilisé comme électrodes pour les lampes néon et les redresseurs AC/DC grâce à ses bonnes propriétés de redressement.

Mais l’utilisation du tantale dépasse le cadre de l’électronique grand public et s’étend au domaine médical. Ce métal gris unique ne provoque aucune réaction immunitaire chez les mammifères, ce qui en fait un matériau idéal pour les implants chirurgicaux. Sous forme de plaques, il est utilisé pour remplacer des os ; sous forme de fil ou de feuille, il permet de connecter des nerfs sectionnés. En tissage sous forme de gaze, il facilite la fixation des muscles abdominaux.

Les fabricants d’appareils photo ont également besoin d’oxyde de tantale pour produire des verres spéciaux à fort indice de réfraction pour les objectifs. Et l’industrie aérospatiale emploie fréquemment le tantale pour la fabrication de pièces d’avion et de missiles.

Difficile de ne pas voir le rapport avec son nom mythologique. Le tantale constitue vraiment une option de choix pour de nombreux secteurs.

Où le tantale est-il extrait et produit ?

On trouve ce métal important dans des roches granitiques spécialisées ou très différenciées et dans leurs pegmatites associées. En d’autres termes : pour les non-géologues, le tantale se trouve dans des roches constituées de granite ainsi que dans les cristaux qui s’y forment.

Le tantale apparaît aussi dans les gisements d’étain et peut être extrait des scories d’étain.

Comme indiqué plus haut, le tantale est souvent associé au niobium et à d’autres éléments traces tels que l’or et le manganèse. Pour le séparer, on utilise un procédé d’extraction par solvant afin d’obtenir le tantale sous forme de poudre, puis des techniques métallurgiques permettent de transformer cette poudre en métal. L’électrolyse de sels fondus ou la réduction de complexes fluorés à l’aide de métaux réactifs tels que le sodium sont également utilisées pour séparer le tantale du niobium et d’autres éléments.

Le principal producteur actuel de tantale est le Brésil, suivi de près par l’Australie. Avant la crise économique de 2008, l’Australie, le Canada et le Mozambique figuraient parmi les principaux producteurs de tantale. Depuis cette crise, chacun de ces pays a cessé ou suspendu de manière intermittente l’exploitation de ses principales mines de ce métal rare.

La plus grande mine de tantale en activité est située à Nazareno, au Brésil. Sa capacité de production peut atteindre jusqu’à 220 tonnes de tantale par an, soit environ 15 % de la production mondiale.

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Risque d’approvisionnement pour le tantale

La Royal Society of Chemistry classe le tantale comme présentant un risque d’approvisionnement élevé, avec un score de 7,1 sur 10 (10 étant le risque maximal). Ce score s’appuie sur les chiffres présents dans le tableau ci-dessous. Du fait de sa faible abondance dans la croûte terrestre, d’un taux de recyclage très bas et de la difficulté à le substituer, il n’est pas étonnant que le tantale soit considéré comme à haut risque d’approvisionnement.

Une substituabilité moyenne signifie qu’il est possible de remplacer ce métal, mais qu’une telle substitution présente souvent des conséquences économiques ou de performance.

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Le tantale est à peu près aussi abondant que l’uranium — il est donc très rare. Et le taux de recyclage actuel génère une certaine inquiétude quant à la disponibilité future de cet élément critique. À ce rythme, on estime que l’approvisionnement en tantale pourrait s’épuiser en moins de 50 ans. Un coup dur pour l’électronique miniaturisée.

Augmenter le recyclage est un enjeu majeur.

À mesure que l’offre diminue, de nombreux fabricants d’électronique risquent de se retrouver entre le marteau et l’enclume.

Ou, si vous préférez, entre un arbre fruitier et un bassin d’eau.