Le cérium se rencontre rarement seul dans la nature : il est associé à d’autres éléments des terres rares dans des minerais. Son nom vient de Cérès, l’astéroïde découvert en 1801, et il a été identifié en 1803 par Jöns Jacob Berzelius et Martin Heinrich Klaproth. Sa place parmi les lanthanides éclaire certaines de ses propriétés, mais ce sont surtout ses minerais et ses composés qui expliquent ses usages quotidiens.
Dans quels minerais trouve-t-on le cérium ?
Le cérium est présent dans la monazite, un phosphate de terres rares, et dans la bastnäsite, un fluorocarbonate. Ces minerais contiennent généralement plusieurs lanthanides ensemble. Les séparer est donc une étape importante de la production. La Société chimique de France décrit des procédés faisant intervenir des traitements chimiques puis des extractions par solvants pour isoler le cérium et les autres éléments associés, comme le décrit sa fiche sur le cérium.
Le terme « terres rares » ne signifie pas que le cérium soit particulièrement rare dans la croûte terrestre : il en est au contraire le lanthanide le plus abondant. La difficulté tient notamment à sa présence mélangée à d’autres éléments, qui doivent être séparés pour obtenir des produits de composition définie. Le minerai n’est donc pas du cérium métallique prêt à l’emploi : il faut le traiter et purifier les composés recherchés.
Pourquoi le cérium est-il utilisé dans les briquets ?
Le métal cérium s’oxyde facilement. Dans un alliage appelé mischmétal, où il est mêlé à d’autres terres rares, il contribue à la fabrication des pierres à briquet. Le frottement détache de fines particules qui s’enflamment au contact de l’air et produisent des étincelles. Ce comportement est utile dans un alliage conçu pour cet usage ; il ne signifie pas que tout objet contenant du cérium présente le même risque.
Le cérium intervient aussi dans certains alliages métalliques spécialisés et dans des catalyseurs employés lors du raffinage du pétrole. Un catalyseur facilite une réaction chimique sans être utilisé comme un réactif ordinaire. Les applications du cérium dépendent donc souvent de sa forme et de son association à d’autres matières, plutôt que du métal pur.
À quoi sert l’oxyde de cérium ?
L’oxyde de cérium(IV), de formule CeO₂, est un composé important. Ses particules servent au polissage du verre : elles permettent d’obtenir une surface lisse, notamment dans des opérations de finition. La Société chimique de France et L’Élémentarium recensent également des usages du cérium dans la fabrication et la décoloration du verre, ainsi que dans des applications catalytiques.
Des oxydes de cérium ont aussi été employés dans les manchons incandescents de lampes à gaz. L’usage historique de ces manchons ne doit pas être confondu avec les applications actuelles : leur composition pouvait comprendre du thorium, un élément radioactif. Le cérium lui-même n’est pas radioactif sous ses formes naturelles courantes, mais des minerais ou des produits commerciaux peuvent contenir des traces d’autres éléments. Pour les usages industriels, c’est donc la composition réelle du produit qui compte.
Que révèle sa place dans le tableau périodique ?
Avec le symbole Ce et le numéro atomique 58, le cérium appartient au bloc f et à la série des lanthanides. Il peut notamment prendre les états d’oxydation +3 et +4, c’est-à-dire perdre des électrons selon deux arrangements électroniques courants. Cette capacité explique une part de son intérêt chimique : le passage entre ces formes intervient dans des réactions d’oxydation et dans certains usages catalytiques.
La fiche de la division de chimie du Los Alamos National Laboratory indique également sa présence dans les alliages pyrophoriques, les catalyseurs et les applications liées au verre. Ces emplois illustrent une caractéristique fréquente des éléments des terres rares : leurs propriétés sont exploitées sous des formes chimiques et des mélanges adaptés à chaque procédé.