Des aimants à base de ferrite pour alimenter la future économie verte
Le projet AMPHIBIAN, financé par l’UE, a permis de mettre au point un volant d’inertie (un dispositif mécanique conçu pour stocker efficacement l’énergie) breveté, ainsi qu’un matériau magnétique permanent produit sans minéraux issus de terres rares. «Nous espérons que, grâce à nos résultats, les nanofils composites ferrite-métalliques seront présentés comme un puissant candidat pour remplacer les matériaux à base de terres rares», déclare Adrián Quesada, coordinateur du projet et rattaché au Conseil supérieur espagnol de la recherche scientifique. «Plus généralement, étant donné les nombreux avantages écologiques de l’utilisation des ferrites, nous espérons que notre stratégie globale d’amélioration des aimants en ferrite fera l’objet d’une plus grande attention à l’avenir.» Depuis l’achèvement du projet en décembre 2019, le consortium AMPHIBIAN collabore avec une société basée au Royaume-Uni afin de développer le premier générateur d’éolienne à base de ferrite et dépourvu de terres rares. «Le potentiel est énorme ici, car les éoliennes nécessitent généralement des tonnes de terres rares pour fonctionner», explique Adrián Quesada. «Nous envisageons également de remplacer les composants automobiles en terres rares par nos nanofils composites.»
Un matériau essentiel au quotidien
Un aimant permanent est un matériau qui peut générer par lui-même spontanément un champ magnétique, sans nécessiter d’être traversé par un courant. Cette propriété unique le rend très utile pour un grand nombre d’applications de notre quotidien telles que les haut-parleurs et les microphones, ou encore les disques durs et les capteurs. «L’énergie mécanique peut être transformée en énergie électrique et vice versa», ajoute Adrián Quesada. «C’est pourquoi les aimants permanents sont utilisés dans les générateurs et les moteurs. Alors que nous nous dirigeons vers un avenir plus vert, la demande en aimants pour produire de l’énergie dans les éoliennes et les moteurs électriques des voitures va augmenter de façon spectaculaire.» Mais cette demande en aimants permanents implique toutefois de résoudre un certain nombre de défis. Les meilleurs aimants contiennent des minéraux issus de terres rares, et leur sourçage soulève des questions en termes de coût, de chaîne d’approvisionnement et d’environnement. «Ces minéraux entrent dans la catégorie de ce que nous appelons les matières premières critiques», explique Adrián Quesada. «Il est clair qu’il faut trouver des alternatives susceptibles de remplacer les terres rares, en particulier dans certaines applications qui ne nécessitent que des performances modérées. Cela nous aiderait à réduire notre dépendance vis-à-vis des matières premières critiques.»
Une énergie durable pour l’avenir
L’objectif principal du projet AMPHIBIAN était d’améliorer les propriétés des aimants à base de ferrites, puis de démontrer leur efficacité dans des dispositifs de stockage d’énergie appelés volants d’inertie. «Nous avons choisi le ferrite comme matériau principal car il est facilement disponible, bien plus respectueux de l’environnement et bon marché», ajoute Adrián Quesada. L’équipe, composée de spécialistes des matériaux, de physiciens, de théoriciens, de chimistes et d’ingénieurs, a commencé par identifier les tailles, formes et dispositions optimales des particules afin d’améliorer les propriétés générales des nouveaux aimants. Les premiers tests ont indiqué que la taille des particules devait être bien inférieure à ce qui était prévu, ce qui a obligé l’équipe à utiliser des particules à l’échelle nanométrique. «Celles-ci étaient beaucoup plus difficiles à produire en grandes quantités», explique Adrián Quesada. «Cependant, nous avons surmonté ce problème en recentrant nos efforts et nos ressources sur la production de nanostructures et en travaillant avec des prototypes plus petits.» Le résultat final est un nouveau volant d’inertie qui fonctionne avec un champ magnétique fortement réduit, ainsi qu’un aimant composite à base de ferrites et de nanofils métalliques. «Ceux-ci remplissent les objectifs que nous nous étions fixés en termes d’amélioration des performances», déclare Adrián Quesada. «Le nouveau volant d’inertie devrait être commercialisé d’ici 2022, et les deux résultats ont été brevetés.» En outre, des carreaux magnétiques pour les salles de bains et les cuisines, fabriqués à partir de poudres de ferrite recyclées, ont été mis au point, ainsi qu’un logiciel permettant de simuler les propriétés et la rotation des particules des composites magnétiques. La commercialisation de ces deux produits est également en cours.
Mots‑clés
AMPHIBIAN, minéraux, métallique, durable, éolienne, énergie, volant d’inertie, magnétique, nanofil, ferrite, voiture
