Métasol

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.

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.

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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