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Réduire la dépendance de l’Europe vis-à-vis des terres rares

Une nouvelle approche de la fabrication d’aimants de haute performance pourrait rendre l’Europe moins dépendante des terres rares lors de sa transition vers une économie sans émission de carbone.

Recherche fondamentale

Des scientifiques soutenus par le projet ExtendGlass, financé par l’UE, ont peut-être trouvé une nouvelle façon de fabriquer les aimants de haute performance nécessaires à nos technologies à faible émission de carbone. Décrite dans une étude publiée dans la revue «Advanced Science», cette nouvelle approche élimine le besoin de terres rares, pour lesquelles l’Europe dépend actuellement presque exclusivement de la Chine. Les meilleurs aimants permanents disponibles actuellement contiennent des terres rares dont la production mondiale est dominée par la Chine. Cette situation a suscité des inquiétudes concernant l’approvisionnement continu en terres rares, alors que les tensions géopolitiques entre la Chine et l’Occident s’intensifient. «Il existe des gisements de terres rares ailleurs, mais les opérations minières sont très perturbatrices: une énorme quantité de matériau doit être extraite pour obtenir un petit volume de terres rares», explique l’auteure principale de l’étude, la professeure Lindsay Greer, de l’université de Cambridge, hôte du projet ExtendGlass, dans un article publié sur le site web de l’université. «Les impacts environnementaux et la forte dépendance à l’égard de la Chine ont suscité une recherche urgente de matériaux alternatifs qui ne nécessitent pas de terres rares.» Un alliage fer-nickel appelé tétrataénite, trouvé dans des météorites, constitue un substitut très prometteur aux terres rares. La tétrataénite se développe naturellement sur des millions d’années lors du refroidissement progressif d’une météorite. Les atomes de fer et de nickel ont ainsi le temps de former une structure particulièrement ordonnée qui donne naissance à un matériau dont les propriétés magnétiques ressemblent à celles des aimants à terres rares. Comme il n’était pas possible d’attendre des millions d’années, les scientifiques ont, dans les années 1960, artificiellement créé de la tétrataénite en bombardant des alliages de fer-nickel avec des neutrons pour créer la structure atomique souhaitée. Cette méthode n’est cependant pas reproductible à l’échelle industrielle. «Depuis lors, les scientifiques ont été particulièrement enthousiastes à l’idée d’obtenir cette structure ordonnée, mais cela a toujours semblé inaccessible», observe Lindsay Greer.

La beauté dans la simplicité

À vrai dire, cela semblait inaccessible jusqu’à présent. L’équipe de recherche a trouvé une solution potentielle qui ne requiert ni des millions d’années de refroidissement ni une irradiation par des neutrons. Elle a fait cette découverte en étudiant les propriétés mécaniques d’alliages fer-nickel contenant de petites quantités de phosphore. Comme le souligne l’article, le phosphore — également présent dans les météorites — «permet aux atomes de fer et de nickel de se déplacer plus rapidement, ce qui leur permet de former l’empilement ordonné nécessaire sans attendre des millions d’années». L’équipe a mélangé les bonnes proportions de fer, de nickel et de phosphore pour considérablement accélérer la formation de la tétrataénite, à tel point que le matériau s’est formé en quelques secondes seulement. «Ce qui a été le plus étonnant, c’est qu’aucun traitement spécial n’ait été nécessaire: nous avons simplement fait fondre l’alliage, l’avons versé dans un moule, et nous avions de la tétrataénite», commente Lindsay Greer. «Auparavant, les chercheurs pensaient qu’il était impossible d’obtenir de la tétrataénite à moins de procéder à un traitement extrême, faute de quoi il fallait attendre des millions d’années pour qu’elle se forme. Ce résultat représente un changement radical dans la façon dont nous envisageons ce matériau.» Bien que cette approche soutenue par ExtendGlass (Extending the range of the glassy state: Exploring structure and property limits in metallic glasses) puisse s’avérer très prometteuse, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si elle convient aux aimants de haute performance. Comme le mentionne l’article, les chercheurs espèrent collaborer avec les principaux fabricants d’aimants pour tester leur méthode. Pour plus d’informations, veuillez consulter: page web du projet ExtendGlass

Mots‑clés

ExtendGlass, aimant, terre rare, fer, nickel, phosphore, tétrataénite, alliage fer-nickel

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