Métasol
Le projet n’est pas banal. D’une part, parce qu’il concerne la production d’un matériau devenu indispensable à toutes les sociétés modernes depuis la révolution industrielle, l’acier, et porte donc sur un défi économique de taille. D’autre part, parce qu’il entend proposer une alternative à son mode de production, en s’appuyant sur deux ressources naturelles renouvelables, le soleil et l’urée animale. Il s’agirait certainement de produire un peu moins, mais avec un système qui serait pérenne et équitable…
Peut-on s’affranchir totalement d’énergie fossile, et notamment du coke, pour produire de l’acier, et donc tendre vers une métallurgie décarbonée ? Des chercheurs à l’INSA Toulouse tentent de répondre à cette question en expérimentant un procédé de métallurgie solaire qui s’appuierait sur le rayonnement solaire comme source d’énergie et sur de l’urée animale en tant qu’agent réducteur du minerai de fer.
Ce projet original, baptisé Metasol, est porté par deux enseignants-chercheurs du LPCNO (Laboratoire de physique et chimie des nano-objets), Sébastien Lachaize et Julian Carrey. Tous deux sont convaincus de la nécessité de s’orienter vers des modes de production éco-responsables. À l’occasion de ses investigations sur l’histoire des techniques qui ont donné lieu à une publication, « Sans pétrole et sans charbon », Julian Carrey a pu évaluer à quel point l’avènement de la fonte et de l’acier lors de la révolution industrielle avait décuplé les capacités d’action de la société et qu’elle constituait donc un maillon essentiel de celle-ci. D’où l’idée, en ayant pour fil directeur la nécessaire transition écologique et énergétique que la société doit effectuer, de se focaliser d’abord sur ce procédé central qu’est la production d’acier.
De gauche à droite : Julian Carrey, Marion Luu, Bastien Sanglard et Sébastien Lachaize du projet METASOL au LPCNO
L’urée animale comme matériau réducteur et le soleil pour l’énergie thermique
« L’idée ? Explorer une nouvelle voie de production d’acier qui soit la plus décarbonée possible », résume en effet Sébastien Lachaize. « Certes, des industriels sont déjà engagés dans divers programmes affichant cet objectif, à l’instar des entreprises suédoises et finlandaises unies autour du projet Hybrit. Mais elles veulent produire un acier sans énergie fossile en remplaçant le coke par de l’hydrogène produit également à partir d’une source d’électricité décarbonée, l’hydro-électricité. De notre côté, nous cherchons à mettre au point un procédé décarboné en remplaçant aussi le coke par un autre réducteur chimique qui ne dégage pas de CO2, mais qui, dans ce projet, serait bio-sourcé. Il s’agit de l’urée parce qu’elle peut se décomposer en hydrogène sous certaines conditions. Et pour atteindre les hautes températures nécessaires à la réaction, nous envisageons d’utiliser le rayonnement solaire concentré. » Ceci consiste à se servir de miroirs pour renvoyer tous les rayons en un seul point (dans ce cas précis, vers le réacteur de la réduction) afin d’accumuler l’énergie du rayonnement solaire et tenter d’atteindre les températures obtenues pour la réduction du fer.
Réacteur sous simulateur solaire pour la réduction de minerai de fer sous atmosphère gazeuse contrôlée
Un financement ANR sur 4 ans
Le projet, lancé en 2019, s’articule autour de trois grandes étapes : vérifier d’abord que le concept fonctionne à l’échelle du laboratoire, évaluer ensuite la productivité d’un tel système, puis modéliser son déploiement et évaluer alors son impact sur l’environnement, le climat, la santé, etc. Différentes étapes qui expliquent le rapprochement en 2020 avec deux autres équipes : des spécialistes du solaire à concentration du laboratoire PROMES (Procédés matériaux et énergie solaire), un INSA partenaire, des spécialistes qui disposent de plusieurs concentrateurs sur le site d’expérimentation à Odeillo, ainsi que des spécialistes de l’analyse des cycles de vie des procédés de TBI (Toulouse Biotechnology Institute), qui seront sollicités sur la troisième étape. Le consortium a obtenu pour ce faire un financement ANR sur 4 ans (février 2021-février 2025).
À la première question posée par les chercheurs, « Peut-on produire de l’acier avec de l’urée et cette source d’énergie ? », la réponse est oui au regard des premiers résultats obtenus en laboratoire. Aujourd’hui, ils vont tenter de répondre à la deuxième question : « Pourra-t-on produire suffisamment avec ce procédé pour répondre aux besoins essentiels des sociétés modernes, y compris pour assurer la maintenance et le renouvellement des appareils de production, soumis à l’usure comme toute installation ? » Le premier prototype de réacteur sera bientôt testé à Odeillo et devrait livrer ses premiers résultats d’ici la fin de l’année…
Voir à plus petite échelle mais beaucoup plus loin…
Même si un niveau de production « moindre » que celui que permet d’atteindre la métallurgie traditionnelle est attendu, cela ne signifie pas nécessairement que cette voie de production est à exclure. Car l’objectif premier n’est pas là, comme le souligne encore Sébastien Lachaize. « Nous avons d’autres critères que le rendement ou la productivité », explique le chercheur. « Nous pensons qu’aujourd’hui la métallurgie avec des ressources fossiles n’est pas pérenne. Ce travail s’inscrit donc dans un projet plus global : réfléchir à un système technique compatible avec une société pérenne, équitable et conviviale au sens d’Ivan Illich, philosophe qui prônait une société où l’humain maîtrise l’outil et pas l’inverse. »
Il s’agirait donc, en s’inscrivant dans l’enjeu de transition écologique et énergétique, de relever le défi de produire juste suffisamment pour assurer la viabilité de cette production : c’est la pérennité. Il s’agirait aussi de rendre ce système de production accessible partout et à tous : c’est l’équité et la convivialité. Qui justifient les choix du solaire comme source d’énergie, « car le soleil est relativement présent partout sur la planète », et de l’urine des mammifères que l’on trouve également partout, plutôt que de s’appuyer sur l’hydrogène qui se fabrique avec des systèmes trop complexes à mettre en œuvre.
Sébastien Lachaize est en tout cas convaincu de l’intérêt de ce type de projet de recherche. Car, selon lui, ces travaux constituent d’ores et déjà « un prétexte pour discuter des valeurs qui doivent guider nos programmes de recherche ». Sachant qu’ils inspirent également de plus en plus d’étudiants, futurs ingénieurs ou futurs chercheurs, de plus en plus en quête de sens et de plus en plus nombreux à souhaiter mettre l’innovation au service d’un monde davantage responsable.
Le soutien décisif de l’INSA Toulouse
C’est le soutien de l’INSA Toulouse, dès le démarrage, qui a été décisif pour que ce projet « vive » alors qu’il semblait relever au départ d’un pari un peu fou. L’établissement avait en effet alloué en 2019 un BQR (Bonus qualité recherche) qui avait permis l’acquisition d’un premier simulateur solaire et la réalisation des premières expérimentations avec des stagiaires de M2. L’INSA avait renouvelé son soutien à ce projet un an plus tard, via le financement d’une thèse, portée par Bastien Sanglard, ingénieur INSA, dans le cadre d’un appel à projets qui visait à promouvoir des recherches pluridisciplinaires et adressant un enjeu sociétal.
Rédaction : Camille Pons, journaliste
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J'ai toujours été passionné par les avions.
Après une rentrée en classe préparatoire, il réalise rapidement que ce modèle ne lui correspond pas pleinement. Il trouve alors à l'INSA un équilibre entre exigence académique et ouverture à d'autres centres d'intérêt.
J'aimais aussi lire, sortir, avoir une vie en dehors des études.
Le choix du génie électrique s'impose ensuite naturellement. Pour celui qui rêve d'aéronautique, cette spécialité représente alors « le centre nerveux des avions ».
De la technologie au collectif
Diplômé, après des stages à Motorola, Jean-Marie Garigue rejoint Alcatel, où il travaille sur des systèmes de traitement du signal et de l'image pour satellites. Guidé par son goût pour les technologies, il poursuit ensuite son parcours chez Alcatel puis Thales, dans des domaines aussi variés que les radars, la cybersécurité, la navigation, l'observation optique ou les télécommunications spatiales.
Au fil des années, se renforce cette idée que la performance technique seule ne suffit pas.
La performance technique a besoin de la performance collective pour conserver une longueur d'avance.
Cette conviction l'amène vers le management de projets puis vers des fonctions de direction. Dans une famille d'enseignants où l'accomplissement collectif comptait davantage que les titres, il voit dans ces responsabilités une occasion d'agir sur la transformation des organisations, leur compétitivité et leur avenir.
Ces responsabilités nourrissent également chez lui un véritable sens entrepreneurial. Au fil de sa carrière, il a vu des entreprises prospérer, se transformer ou parfois disparaître faute d'avoir su anticiper les évolutions de leur marché. Pour lui, l'ingénieur a donc aussi un rôle à jouer dans la capacité des organisations à innover, à se réinventer et à préparer l'avenir.
Après plus de vingt ans chez Thales Alésia Space, il choisit de découvrir un nouvel univers en rejoignant la division avionique de Thales, en tant que responsable de l’ingénierie des équipements, avant d'intégrer Airbus en 2020. Une étape importante pour celui qui se dit particulièrement attaché à la dimension européenne du groupe et à son ancrage territorial.
Diversité, ouverture et sens pratique
Malgré un parcours qui l'a conduit vers de hautes responsabilités industrielles, Jean-Marie Garigue reste profondément attaché au modèle de formation de l'INSA. Il en retient d'abord la diversité. « J'ai eu beaucoup de plaisir à découvrir l'international, à côtoyer des étudiants tunisiens, norvégiens et bien d'autres. Cela ouvre les horizons. »
Cette expérience lui paraît aujourd'hui essentielle dans des entreprises mondiales comme Airbus, où la diversité des parcours nourrit la qualité des décisions.
Il souligne également la force du modèle des sciences appliquées. Les travaux pratiques, les projets et le contact avec le terrain développent un sens concret de la résolution de problèmes qu'il continue de valoriser chez les jeunes ingénieurs.
Mais, à ses yeux, l'INSA forme surtout des ingénieurs capables d'aller au-delà de la technique.
Comprendre le monde pour agir
Jean-Marie Garigue insiste sur l'importance des humanités dans la formation. Elles développent la capacité à analyser, argumenter et dialoguer avec des acteurs très différents. « Les ingénieurs doivent être capables de s'intégrer dans leur environnement et de comprendre le monde dans lequel ils agissent. »
Lecteur d'histoire des sciences et de conquête spatiale, il considère qu'aucune innovation ne peut être pensée indépendamment de son contexte économique, social, environnemental ou géopolitique. Cette compréhension des écosystèmes est devenue selon lui une compétence essentielle. Les entreprises, les technologies et les territoires n'évoluent jamais isolément ; leur performance dépend de leur capacité à interagir avec leur environnement et à aller chercher de l'intelligence à l'extérieur.
Très attaché à sa région d'origine, le Lot, il y voit également une manière de rester connecté aux réalités humaines qui doivent entourer l'innovation.
À cela s'ajoutent d'autres marqueurs du modèle INSA auxquels il reste très attaché : les activités associatives et la pratique sportive obligatoire. « Le sport, la culture, les passions personnelles participent aussi à la formation de l'ingénieur et du développement de sa curiosité. Les entreprises ont besoin de profils ouverts sur le monde, pas seulement de spécialistes enfermés dans leur domaine. »
Former les ingénieurs de demain
Face aux défis contemporains, Jean-Marie Garigue estime que le rôle de l'ingénieur est particulièrement stratégique. Transition climatique, intelligence artificielle, souveraineté technologique ou tensions géopolitiques imposent une approche toujours plus globale des problèmes.
Les compétences scientifiques demeurent fondamentales, mais elles doivent désormais s'accompagner d'autres qualités : apprendre en permanence, exercer son esprit critique, comprendre des écosystèmes complexes et fédérer des équipes.
« Le rôle de l'ingénieur se déplace progressivement de la technique pure vers la capacité à agréger des savoirs, interagir avec différents acteurs et construire une vision. »
Des premiers satellites aux systèmes spatiaux d'Airbus, son parcours illustre une conviction forgée au fil des années : les ingénieurs de demain devront maîtriser les technologies autant que les écosystèmes dans lesquels ils évoluent.
Dans un souci d'alléger le texte et sans aucune discrimination de genre, l'emploi du genre masculin est utilisé à titre épicène.