Du soleil et de l’urine pour produire du fer

La métallurgie consiste à transformer le minerai d’oxyde de fer extrait de mines en acier. Ce procédé millénaire utilise du charbon fossile ou du charbon de bois. Le carbone contenu dans ces derniers a un double rôle : le premier est chimique et le second producteur de chaleur.

Dans le procédé mis au point au LPCNO, la chaleur est apportée directement par la concentration d’un rayonnement lumineux et les molécules chimiques nécessaires proviennent de l’urine. Ce procédé, faiblement émetteur de carbone, ne nécessite ni électricité, ni charbon fossile, ni bois, et se base sur des ressources accessibles partout sur la planète : du soleil et de l’urine.

Il est donc en parfaite adéquation avec la philosophie low-tech qui a animé les scientifiques à l’origine de l’étude, qui œuvrent au développement de technologies sobres et résilientes pour un monde post-croissance.

« Nous avons montré que l’urine peut être une bonne source d’ammoniac, qui est lui-même un réducteur de l’oxyde de fer. Nous avons étudié deux méthodes différentes pour produire l’ammoniac à partir d’urée : l’une consistant à chauffer l’urée à l’aide du rayonnement solaire et l’autre consistant à stimuler la décomposition de l’urée à l’aide de graines broyées. Et ces deux méthodes nous ont permis de produire du fer ! », explique Marion Luu, qui a effectué son doctorat au LPCNO sur ce sujet.

Une idée née il y a presque dix ans

Ces travaux sont le fruit d’une réflexion engagée depuis plusieurs années par l’équipe autour de la recherche scientifique en low-tech.

« Ces travaux sont l’aboutissement d’un projet et d’une idée que nous avons eus il y a presque dix ans, en nous demandant à quoi ressemblerait une recherche scientifique en low-tech. Nous avons commencé par montrer que la réduction de l’oxyde de fer sous flux lumineux concentré était possible avec de l’hydrogène, puis de l’ammoniac, et enfin maintenant de l’urée », précise Sébastien Lachaize, enseignant-chercheur INSA au LPCNO et co-auteur de l’étude.

Le choix de travailler sur la métallurgie du fer répond également à la volonté de questionner un procédé ancien et particulièrement consommateur de carbone.

« Nous souhaitions nous attaquer à la métallurgie du fer car c’est un procédé très proche des besoins fondamentaux des humains, mais dont le principe de base n’a pas évolué depuis des millénaires et repose sur l’utilisation du carbone. Nous souhaitions montrer qu’une métallurgie low-tech qui ne soit pas basée sur le carbone est possible. Le procédé ne contribuerait ainsi ni à la déforestation ni à l’épuisement des énergies fossiles », souligne Julian Carrey, enseignant-chercheur INSA au LPCNO et co-auteur de l’étude.

Penser la métallurgie dans un monde post-croissance

Les scientifiques ont estimé la quantité maximale de métal qui pourrait être produite à l’aide de ce procédé, si l’entièreté de l’urine humaine lui était consacrée : une quinzaine de kilos par an et par personne, soit une quantité bien plus faible que l’acier produit actuellement, environ 250 kg par an et par personne.

Les scientifiques à l’origine du projet argumentent que la quantité considérable d’acier produite actuellement est dans tous les cas incompatible avec l’habitabilité de la planète sur le long terme et qu’elle doit impérativement décroitre fortement.

Un tel projet de recherche vise ainsi à alimenter les réflexions sur le système technique d’une société post-croissance, qui serait à la fois pérenne, équitable et conviviale, et basée sur des technologies low-tech. L’équipe scientifique espère que leurs résultats vont encourager d’autres laboratoires à aborder leurs thématiques de recherche sous cet angle low-tech, afin de prendre en compte l’urgence écologique et climatique, dont on perçoit jour après jour plus fortement les conséquences sur nos vies.

« Face à l’urgence climatique et écologique, il nous semble que les questions de recherche doivent se poser différemment. Nous prônons une nouvelle manière d’aborder la recherche scientifique, qui prenne en compte les limites planétaires et qui soit pertinente pour un monde post-croissance. La recherche scientifique sur la décroissance a jusqu’à présent été principalement effectuée par les économistes. Nous essayons de montrer par cet article que les sciences naturelles et l’ingénierie sont nécessaires dans ce nouveau paradigme », conclut Marie-Hélène Pietraru, post-doctorante au LPCNO.

Pour aller plus loin

Le composant principal de l’urine est l’urée, à une concentration moyenne d’environ 20 g/L. L’urée se décompose en ammoniac sous l’effet de la chaleur ou d’une enzyme, l’uréase, que l’on trouve dans certaines plantes et certaines bactéries.

Dans leur article, les scientifiques du LPCNO ont montré qu’il était possible d’accélérer considérablement la décomposition d’urée en ammoniac en ajoutant à l’urine des graines broyées de soja ou de pastèque. Les auteur·rices de l’étude ont également montré que l’on peut décomposer l’urée en la soumettant à un flux lumineux concentré qui va permettre de la chauffer. Quelle que soit la méthode utilisée, l’ammoniac ainsi produit permet de transformer l’oxyde de fer en fer.

Actuellement, le procédé métallurgique le plus courant, réalisé dans des haut-fourneaux, est basé sur l’utilisation de charbon. Ce procédé conduit à l’émission de 2,2 tonnes de CO2 par tonne d’acier produit. Plus généralement, les 2 milliards de tonnes d’acier produites par an sont responsables de 8 % des émissions de CO₂ mondiales.

• Article scientifique :
  Natural sciences for post-growth in practice: low-tech iron oxide reduction under a concentrated light flux using urine-derived ammonia and hydrogen as reducers
  M.-H. Pietraru, M. Luu, J. P. Smit, S. Lachaize, J. Carrey
  Journal of Cleaner Production, 576, 149114 (2026)

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