[2021 en techno] Pas d’aimants, pas de transition énergétique

Quel est le point comment entre une éolienne, un support de stockage de données et une voiture électrique ? Ces trois objets – jugés incontournables pour les transitions énergétique et numérique – sont en partie composés… d’aimants. Peu mis en avant auprès du grand public, les aimants haute performance sont pourtant indispensables pour accompagner les grandes transformations en cours. À titre d’exemple, le moteur électrique le plus prisé par le secteur automobile est appelé « moteur synchrone à aimants permanents ». Il requiert plusieurs kilos d’aimants et représente environ 70 % de la production européenne des moteurs montés sur les véhicules 100 % électriques en 2020, d’après une étude du cabinet Inovev.

Problème : les indispensables aimants haute performance sont composés d’un alliage de fer, de bore et… de néodyme. Ce dernier élément, qui appartient à la fameuse famille des 17 métaux dits « terres rares », figure dans la liste des matières premières critiques établie par la Commission européenne en 2011. Les aimants font ainsi l’objet de nombreuses innovations, dont certaines vous ont été présentées par Industrie & Technologies au cours de l’année 2021.

Technologies de recyclage

Réutiliser le néodyme des aimants permanents usagés n’est pas chose aisée, mais la recherche européenne y travaille. L’Union européenne a en effet lancé une alliance pour les matières premières critiques (Erma) en septembre 2020, à l’instar de son initiative dans les batteries. L’ambition : construire une filière industrielle des aimants permanents qui se traduit par « la capacité d’extraction, le traitement, le recyclage, le raffinage et la séparation des terres rares ».

Et des innovations émergent. Ainsi MagREEsource, une start-up issue du CNRS membre de l’Erma, mise sur la fabrication d’aimants recyclés à partir de rebuts, via une technologie d’hydrogénation.

D’autres développent des procédés qui nécessitent de revenir aux éléments de base, par le biais de technologies hydrométallurgiques. C’est par exemple le pari de la start-up française Carester, également membre de l’Erma, qui a mis en place une unité de démonstration d’extraction liquide-liquide pour séparer les terres rares du fer. De son côté, Mecaware développe un procédé hydrométallurgique, dont l’extractant est fabriqué à partir de CO2 gazeux (issu de rejets industriels) et d’amines liquides. Si elle se destine en priorité au secteur des batteries, son innovation serait également en capacité d’extraire les terres rares dans les aimants permanents.

Micro-aimant et molécule-aimant

En parallèle des innovations sur le recyclage, des recherches, prometteuses, sont menées à l’échelle du micro-aimant pour tenter de réduire la quantité de néodyme requis pour fabrique les aimants haute performance. « Il y aura toujours besoin de néodyme, mais nous tentons d’en substituer une partie par du cérium et du lanthane », a expliqué La chercheuse Nora Dempsey, lauréate d’une médaille de l’innovation 2021 du CNRS pour ses travaux sur les micro-aimants. Pour savoir quelle part de néodyme, de lanthane et de cérium serait la plus optimale, Mme Dempsey et son équipe ont développé « un procédé très efficace de dépôt en couches minces qui permet de faire varier les compositions, donc les microstructures, sur une même surface, [ce qui] évite de préparer un échantillon différent pour chaque composition à caractériser. » L’équipe collabore avec Toyota depuis 2007 pour guider le développement d’aimants massifs moins dépendants de terres rares critiques.

Autre innovation, autre champ d’application : des résultats très encourageants en chimie de la coordination, publiés dans la revue scientifique Angewandte Chemie, laissent penser que l’utilisation de molécules aimants pour le stockage de l’information ne relève plus de la science-fiction. Des chercheurs français et néo-zélandais ont en effet démontré qu’il est possible d’agencer des molécules-aimants selon des édifices moléculaires très complexes. Or, pouvoir organiser une molécule-aimant dans l’espace en trois dimensions était un prérequis indispensable pour coder individuellement une molécule-aimant.

Vers l’impression 3D d’aimants permanents

Côté processus de fabrication aussi, des innovations importantes ont lieu. Le CNRS et l’institut Jean Lamour de Nancy ont dévoilé, fin octobre, avoir mis au point un nouveau procédé d’orientation magnétique in-situ permettant de fabriquer des aimants permanents à géométrie complexes pouvant être utilisés dans des moteurs ou des capteurs magnétiques.