L’ingénieur chimiste Nelson Brito appelle. « Cela commence! Je vois les premières fissures. Son collègue Carlo Burkhardt se précipite immédiatement. Ils se tiennent devant une hotte, remplie de pots, de tuyaux, de tubes, de compteurs. Au niveau des yeux se trouve un petit compartiment scellé carré, en partie en acier, en partie en verre épais. Il y a un petit aimant à l’intérieur, d’environ 2 sur 4 centimètres. « Voir. Là bas. En haut à gauche », souligne Brito, faisant référence aux fissures apparues dans l’aimant.
Burkhardt est directeur scientifique de l’Institute for Strategic Technology- und Edelmetalle de la Hochschule Pforzheim. Il coordonne le projet européen Susmagpro, dans lequel les scientifiques recherchent des moyens de recycler un type d’aimant couramment utilisé, l’aimant dit néodyme-fer-bore. La configuration de test à laquelle nous sommes confrontés est le résultat le plus tangible à ce jour. Brito vient d’ouvrir le robinet avec la fourniture d’hydrogène gazeux. « Le gaz se désintègre et écrase l’aimant en quelques minutes », explique Brito.
C’est un projet important pour l’Europe. Plus de la moitié de tous les aimants produits chaque année contiennent des métaux de terres rares, comme le néodyme. Des quantités croissantes de celui-ci seront nécessaires à l’avenir pour être utilisées dans les voitures électriques et les éoliennes. La Chine domine et contrôle le marché des terres rares. La Commission européenne veut gagner en indépendance et a placé les métaux des terres rares sur la « liste des matières premières critiques » en 2011 – l’approvisionnement de ces substances est estimé comme vulnérable. Depuis lors, elle a subventionné la recherche pour accroître l’autosuffisance grâce à davantage d’extraction et de recyclage. Les aimants finissent désormais à la ferraille. L’Europe recycle moins de 1 % de ses déchets magnétiques.
Les aimants sont plus gros dans certains moteurs hybrides que dans d’autres
Le projet coordonné par Burkhardt a reçu 13 millions d’euros du programme de recherche bruxellois Horizon2020. 18 autres universités (dont l’Université de Leiden) et entreprises y participent. Ils essaient de trouver des réponses à des questions telles que : comment retirer un aimant d’un disque dur d’ordinateur, d’un moteur de voiture hybride ou électrique ou d’un boîtier de haut-parleur ? Et comment extrayez-vous ensuite les terres rares de cela ?
« Sur les ordinateurs portables et les ordinateurs », explique Burkhardt, « nous avons d’abord essayé de retirer manuellement l’aimant du disque dur. Ce n’était pas une chose à faire. Un robot a maintenant été construit qui utilise un capteur magnétique pour déterminer dans quel coin du disque dur se trouve l’aimant, puis casse ce coin. D’autres appareils sont toujours à la recherche d’une solution. Burkhardt : « Dans le moteur de traction des voitures hybrides, les aimants sont souvent placés les uns à côté des autres en plusieurs piles. Nous avons essayé de le faire sortir. Mais ça ne marche pas. »
Rasoir ou TV
Un autre problème rencontré par Burkhardt et ses collègues est la fixation et la composition variables des aimants. Ils sont collés de différentes manières, ils ont des revêtements différents. Et dans un moteur hybride, les aimants sont plus gros que dans l’autre. Cela rend difficile le retrait de l’uniforme.
Le groupe de Burkhardt a mis en place une base de données dans laquelle toutes sortes de données sont stockées par aimant. Avec un code DMC apposé sur l’aimant (code de matrice de données), ces données peuvent ensuite être facilement récupérées. «Mais il est plus pratique d’introduire des normes», explique Burkhardt. Ils prescriraient alors comment un aimant doit être fixé à un rasoir, un haut-parleur ou un téléviseur, et comment un tel aimant est composé.
Photos Hochschule Pforzheim
Une fois qu’un aimant est isolé, il peut être recyclé. Le groupe de Burkhardt utilise une technique développée et brevetée par l’Université de Birmingham – également participant au projet. Dans ce cas, de l’hydrogène gazeux est ajouté à l’aimant.
Burkhardt explique comment cela fonctionne. Un aimant est composé d’innombrables petits aimants, en anglais céréales appelé, granulés. Ils ont une taille de 20 à 50 micromètres (un micromètre est égal à un millième de millimètre). Les grains sont reliés les uns aux autres par une couche limite riche en néodyme, une terre rare. Le gaz hydrogène réagit avec ce néodyme, avec pour résultat que les granulés perdent leur cohésion. L’aimant éclate.
Fondre en grains
Pour refaire un aimant complet, vous traitez le grain de la même manière qu’un matériau « frais », explique Burkhardt. « Mais vous pouvez sauter la première étape du processus normal. Cela économise beaucoup d’énergie. » Au cours de cette étape, le néodyme, le fer et le bore sont combinés et fondus en granulés à des températures pouvant atteindre 1 300 degrés Celsius. Ensuite, les granulés sont comprimés et magnétisés afin qu’ils exercent leur force magnétique dans la même direction. Enfin, il y a le frittage. A une température juste en dessous du point de fusion des grains, la couche limite entre les grains se développe et cela renforce leur liaison.
Burkhardt souligne également que la qualité des aimants diminue quelque peu au fil des ans, car l’oxygène de l’air réagit avec la couche limite. Si un aimant recyclé n’est composé que de grains provenant d’aimants plus anciens, il aura la même qualité que les aimants plus anciens. Mais le groupe étudie également si vous pouvez y ajouter du néodyme frais et si la qualité de l’aimant recyclé s’améliore.
Désormais, ils peuvent produire 2 kilos de sable magnétique par heure. Ça va bientôt passer à 500 kilos
Le projet a depuis donné naissance à deux spin-offs qui tentent de commercialiser le recyclage d’aimants néodyme-fer-bore, à Pforzheim et à Birmingham. Le fait que deux petites entreprises aient été créées, et non une seule, a à voir avec le Brexit, explique Burkhardt. « Cela a rendu beaucoup plus difficile le transport de matériaux, tels que les déchets magnétiques, dans les deux sens. »
Le projet que Burkhardt dirige se terminera en novembre de l’année prochaine. Mais en juin dernier, la Commission européenne a déjà débloqué 12 millions d’euros pour un projet de suivi. C’est une bonne chose, dit Burkhardt, car ils viennent tout juste de commencer à intensifier le processus de recyclage. Désormais, ils peuvent produire 2 kilos de sable magnétique par heure. Cela passera bientôt à 500 kilos. De l’espace a déjà été mis à disposition dans le bâtiment pour une mise à l’échelle. Nous marchons vers lui par des escaliers et des couloirs. Il y a des caisses pleines d’aimants différents provenant de boîtiers de haut-parleurs, de disques durs, de moteurs hybrides. « Je m’attends à ce que les fours de frittage soient livrés d’ici quelques semaines. »
usine mobile
De plus, le projet travaille sur la construction de l’ensemble du processus de recyclage dans un conteneur. « Une usine mobile », dit Burkhardt. Ce faisant, estime-t-il, ils répondent, entre autres, à l’obligation que l’Europe impose aux « fermes de serveurs ». Ils doivent recycler les anciens serveurs sur place.
Il y a quelques années, Bruxelles s’était fixé pour objectif que d’ici 2030, environ 20 % de la demande européenne d’aimants soit satisfaite par le recyclage. Mais ce pourcentage ne sera certainement pas atteint, dit Burkhardt. Le recyclage en est encore à ses balbutiements et la demande d’aimants a augmenté beaucoup plus rapidement que prévu. « Je n’aime plus ce pourcentage. »
De retour au laboratoire avec le test mis en place, Brito passe ses bras à travers les deux tubes en caoutchouc noir qui sortent de la hotte fermée. Il attrape doucement le compartiment contenant l’aimant et le secoue doucement d’un côté à l’autre. « Pour accélérer un peu le processus. »