L’europium est un élément chimique classé comme ce qu’on appelle une terre rare. Il permet notamment aux smartphones, aux ampoules, aux écrans d’ordinateurs de briller. Mais son extraction est coûteuse, que ce soit au niveau économique comme écologique. Du moins, jusqu’à présent : le Dr. Marie Perrin a en effet mis au point une méthode d’extraction révolutionnaire « plus rapide, plus propre et plus durable » qui permet de recycler les terres rares contenues dans les ampoules, les néons. Sa découverte lui a valu d’être distinguée par l’Office européen des brevets, qui lui a décerné, à 28 ans, le prix Young Inventors Prize 2025, récompensant les innovations à fort impact environnemental et sociétal. Elle nous raconte.
« Drill, baby, drill ! » « Fore, chéri(e), fore ! » Voilà ce que répétait le parti républicain de John McCain durant la campagne pour l’élection présidentielle américaine de 2008, appelant ainsi à intensifier la production de pétrole. A la fin des courses, le slogan n’empêcha en rien la victoire triomphale de Barack Obama, mais est parvenu à marquer les esprits. « Aujourd’hui, certains disent : Mine, baby, mine, commente le Dr. Marie Perrin. ‘Mine, chéri(e), mine.’ Cela traduit une nouvelle obsession : celle de mettre la main sur les métaux critiques qui nourrissent le monde moderne. » Parmi ces métaux critiques, existent notamment les fameuses terres rares, qui permettent de fonctionner aux disques durs, aux éoliennes, aux voitures électriques et à tant d’autres choses. Né au XIXème siècle, le terme prête à confusion : les terres rares ne désignent pas des terres peu communes dont on extrait ces éléments critiques au fonctionnement de la civilisation actuelle mais « une famille de 17 éléments du tableau périodique, définit Perrin. Ce sont des métaux que l’on retrouve dans des minerais, dans des roches. Le problème, c’est qu’elles ont des propriétés physico-chimiques très semblables. C’est donc très difficile de les séparer. » Dans les roches qui les enferment, les terres rares sont mélangées entre elles ainsi qu’avec d’autres éléments. Pour extraire un élément précis d’une roche, il faut donc, d’abord, broyer la terre. « Puis faire un traitement à l’acide afin d’extraire l’élément recherché sous forme de solution, développe la chimiste*. Séparer toutes les terres rares les unes des autres nécessite des centaines d’étapes. Ce sont des procédés longs, coûteux en terme d’énergie, de ressources et qui génèrent beaucoup de déchets.* » Une fois l’élément recherché extrait, le reste de la roche est en effet jeté. Des montagnes artificielles de détritus miniers apparaissent alors. « Le problème, c’est qu’en concassant ces minerais, on libère des éléments toxiques, poursuit Perrin. Cela peut être de l’arsenic, du cadmium, du plomb. » Emprisonnés dans la roche, ces éléments aux noms effrayants ne sont pas nocifs. Mais libérés, à l’air libre dans les monticules de déchets, ils sont prêts à ravager les terres. Dès la première pluie, ils foncent vers le sol, contaminent les aquifères et tout ce qu’ils peuvent d’autre. Pire, les terres rares sont généralement mélangées à des métaux radioactifs, comme l’uranium. Les extraire revient, ainsi, à produire des déchets radioactifs. « Pour une tonne de terre rare, on produit 2000 tonnes de déchets toxiques, dont 1.4 tonne de déchets radioactifs, assure Perrin. Dans un contexte où ces déchets ne sont pas traités de façon optimale, ça peut avoir un impact catastrophique sur la biodiversité et les populations locales. Comme en Chine, où apparaissent ce qu’on appelle des villages cancers. » Alors que la demande en terre rare ne cesse d’augmenter, bien sombres sont ces constats. Mais le Dr. Perrin a trouvé la parade.
De Houston à Zurich
Avant tout cela, Marie Perrin est née à Houston, au Texas, en 1997. Ses parents venaient d’y déménager. « Mon père est ingénieur-pilote, précise-t-elle. Il venait travailler pour la Nasa. En 2002, nous sommes rentrés en France, à Toulouse, berceau français de l’aéro-spatiale. » Très jeune, la petite Marie est une enfant curieuse, qui pose beaucoup, beaucoup de questions. Là où certains parents lèvent les épaules ou font appel à Internet
pour répondre, sa mère, elle, utilise plus souvent ses connaissances. « Elle est professeure de chimie et m’a transmis sa passion de cette science dès le plus jeune âge, sourit Perrin. C’est la science de la compréhension du monde qui nous entoure. » Toujours tiraillée entre l’influence de son père et celle de sa mère, Marie Perrin opte pour un Bac scientifique. À l’époque, elle rêve de devenir ingénieur, de « construire des machines », ce qu’elle fait avec un groupe d’amis en classe de terminale. « C’était un petit robot qui permettait d’aider les personnes à mobilité réduite, se souvient-elle. On voulait que ses yeux puissent changer de couleur. Pour ce faire, on a utilisé des molécule qui changent de couleur selon la température. C’était la partie chimie du projet. Je m’en suis occupée. » Finalement, la chimie l’emporte. Le futur docteur choisit une prépa Physique-Chimie, Sciences de l’Ingénieur. A force de travaux pratiques, elle tombe amoureuse de ce qu’on appelle la chimie inorganique, qui étudie notamment, les métaux. « Je voyais dans la chimie le moyen de proposer des solutions techniques à une multitude de problèmes auxquels on fait face aujourd’hui, du réchauffement climatique aux enjeux de circularité. » La suite la mène à suivre une formation de recherche en chimie à l’ENS, en partenariat avec Paris-Saclay, puis à Polytechnique où son premier stage de recherche aborde, justement, la chimie des terres rares. Elle enchaîne avec un stage à Boston, au MIT. « Mais c’était sur la polymérisation, grimace-t-elle. En gros, sur comment fabriquer du plastique. C’était très intéressant mais pas du tout aligné avec mes valeurs et mes ambitions personnelles. » A ce moment-là, Perrin découvre le groupe de recherche du Dr. Victor Mougel. « Il avait commencé à travailler sur des projets de chimie bio-inspirée. Je postulais dans cette démarche : faire de la chimie inspirée du vivant. » Évidemment, Perrin est engagée. Elle rejoint le groupe de Mougel à l’ETH Zurich.
Découverte fortuite
Dans la nature, les plantes fabriquent leurs propres engrais à base de molécules, d’enzymes métallo-soufrés. Qui combinent donc du métal et du souffre. En Suisse, Perrin cherche à créer des engrais verts en utilisant ces molécules, quand elle se rend compte de leur capacité de distinguer les terres rares. Comment, exactement ? C’est un secret. Mais ce que la chimiste peut raconter est qu’elle décida ensuite de faire des expériences afin de mesurer à quel point ces molécules étaient sélectives. Pour ce faire, elle prépara un mélange artificiel, composé de trois éléments : un extractant métallo-soufré, sous forme de solution, auquel furent ajoutés deux sels de terres rares, l’yttrium et l’europium, sous forme solide. Dans ce mélange initialement homogène, elle observa, au bout de quelques minutes, la formation d’un solide doré. La mixture fut ensuite filtrée. « A ce moment-là, on voulait vérifier si notre solide était enrichi en un élément, explique Perrin. Le ratio des concentrations dans le solide et le liquide nous permet de dire à quel point le procédé est sélectif. » Chaque phase, solide et liquide, fut ensuite séchée, puis placée dans une machine qui permet de scanner chacun de ses éléments, de mesurer ce qui se trouve à l’intérieur du liquide et du solide. « Dans la phase liquide, il n’y avait pas du tout d’europium, s’extasie encore la scientifique. Aucun signal. En analysant le solide, on a vu des signaux très intenses pour l’europium. Ça avait super bien fonctionné. » L’europium s’était solidifié. Alors que l’yttrium était resté dans sa phase liquide. Le Dr. Perrin était parvenue à séparer deux terres rares.
Horizon 2030
Prochaine étape : réaliser la même expérience avec des déchets réels. « L’europium est utilisé pour ses propriétés luminescentes, rappelle Perrin. Une ampoule brille parce qu’elle contient de l’europium. Pareil pour les montres qui brillent dans le noir ou les signes ‘SORTIE’ qui brillent dans un couloir. » La scientifique fouille donc la déchetterie de l’université à la recherche de vieilles ampoules avant de les concasser, munie d’un marteau, sous une hotte ventilée. Elle s’attèle ensuite à reproduire le processus expliqué plus haut. « On a réalisé que ça marchait très bien, même sur ces mélanges très complexes. Cela prouvait que le procédé était très robuste. » Fin 2024, la méthode de Marie Perrin est brevetée, avant de faire l’objet d’une publication dans Nature. Afin de développer sa technique à une échelle industrielle et de la commercialiser, la chimiste fondait en 2023 une start-up : REEcover. « Au niveau des terres rares, la Chine a pour le moment un quasi-monopole, termine-t-elle. C’est difficile d’être compétitifs à l’échelle européenne. Nous sommes encore à l’échelle du laboratoire, mais notre but est d’entrer sur le marché d’ici 2030 avec avec des containers de recyclage qui permettraient de recycler directement de petits volumes de terres rares, soit chez les recycleurs, soit chez des industriels. » Avec pour slogan : Recycle, Baby, Recyle?
