LA REVUE SPÉCIALISÉE DU NICKEL ET DE SES APPLICATIONS
NICKEL, VOL. 40, Nº 1. 2025
LE NICKEL ET LES NORMES ESG
Considérations de durabilité pour la production de nickel
Veronique Steukers Présidente du Nickel Institute
Le nickel dans lʼacier inoxydable : une approche équilibrée
ÉTUDE DE CAS 33 LES RÉSERVOIRS D’EAU POTABLE DU KUHBERG
• Le toit de chaque réservoir est supporté par trois piliers constitués de tubes DN250 en acier inoxydable 316L (1.4404) de 12,7 mm d’épaisseur de paroi (SCH80S 10 pouces).
• Pour assurer une grande résistance aux contraintes et à la corrosion, les plaques de fond des réservoirs et les 6,4 m inférieurs de leur robe (d’épaisseurs respectives 3 mm et 4 mm) sont en acier inoxydable duplex allégé UNS S32101 (1.4162).
• Le haut de la robe et le toit sont en acier inoxydable duplex S32205 (1.4462).
Le plus grand ensemble de réservoirs d’eau potable en acier inoxydable d’Europe est désormais celui du Kuhberg, avec un volume total de 12 000 m³. Situé à Ulm, en Allemagne, ce gigantesque ouvrage a été construit par la société Hydro-Elektrik. Composé essentiellement d’aciers inoxydables 316L (UNS S31603), duplex allégé et duplex standard, il est conçu pour améliorer le rendement du système, maintenir la qualité de l’eau et réduire les besoins d’entretien sur le long terme.
Au cours des cinq dernières décennies, le secteur du stockage de l’eau a beaucoup évolué, les réservoirs en béton chemisés d’acier inoxydable ayant fait place à des ouvrages tout inox intégrant des systèmes de nettoyage. Trois robes de réservoir ont été produites selon le procédé de spiralage d’Hydro-Elektrik, qui crée des structures spiralées en déroulant des bobines de tôle de 10 tonnes. Chaque réservoir comprend environ 21 tonnes de duplex allégé et 30 tonnes de duplex standard, auxquelles s’ajoute 0,3 tonne de 316L pour les piliers.
Tout cela donne des réservoirs de grand diamètre comptant moins de
soudures pour offrir une meilleure intégrité structurale et un contrôle précis de l’épaisseur de paroi. Et les matériaux sélectionnés résolvent des défis comme celui de résister au dioxyde de chlore présent dans l’eau entrante.
Avec les réservoirs du Kuhberg, Hydro-Elektrik tire parti des propriétés de l’acier inoxydable et de techniques innovantes pour poser de nouveaux standards de conception, de durabilité et de longévité.
L’installation est entrée en service fin 2023.
Adapté d’un article publié dans Stainless Steel World
VERS L’ADOPTION DE NORMES
ENVIRONNEMENTALES, SOCIALES ET GOUVERNANCIELLES (ESG) COMMUNES
L’industrie du nickel traverse un moment charnière. Les tensions géopolitiques et le basculement de la production vers l’Indonésie mettent le nickel sous les feux de l’actualité, tandis que les nations s’empressent de sécuriser leurs approvisionnements en métaux critiques. Et en même temps, le secteur doit produire du nickel de manière durable.
Ce numéro de Nickel examine le nickel sous l’angle des principes environnementaux, sociaux et gouvernanciels (ESG). Bien que certaines parties du secteur soient en butte aux critiques, des progrès considérables ont déjà été accomplis. L’impact de l’extraction minière et de la production du nickel sur le personnel, les collectivités et l’environnement peut être atténué. Le Nickel Institute compte parmi ceux qui apportent de nombreux outils et études pour aider l’industrie à se doter de normes ESG élevées.
La durabilité va bien au-delà de l’extraction et de la production du nickel, vu les effets de son utilisation tout au long de son cycle de vie. Les organisations membres du Nickel Institute prennent cette responsabilité au sérieux, en promouvant une meilleure compréhension des avantages et de l’utilisation responsable du nickel. En mutualisant leurs ressources et leur expertise, elles font progresser la recherche scientifique, les études évaluées par les pairs et les meilleures pratiques internationales.
L’image ci-dessus et celle en couverture montrent la plantation de jeunes arbres sur un ancien site minier en Sulawesi du Sud (Indonésie), soulignant ainsi des efforts essentiels pour remettre les terres en état.
Le nickel joue un rôle vital pour soutenir le développement des collectivités, la croissance économique et la transition énergétique. Et le Nickel Institute a pour mission de faire valoir l’importance d’un approvisionnement en nickel pérenne et d’un développement durable de toute la fi lière. Mais il ne peut pas le faire seul. C’est pourquoi il engage tous les acteurs de l’industrie à maintenir les normes de durabilité et de gouvernance les plus élevées, et tous les utilisateurs de nickel à faire appliquer ces normes à leurs fournisseurs, en vue d’établir un rapport gagnant-gagnant entre collectivités, industrie et environnement.
Clare Richardson Rédactrice en chef
Les principes directeurs de la durabilité préconisés par le Nickel Institute apportent aux entreprises visant des normes ESG élevées une feuille de route poussant à l’action d’un bout à l’autre du secteur et de la chaîne de valeur.
SOMMAIRE
02 Étude de cas 33
Les réservoirs d’eau potable du Kuhberg
Normes environnementales, sociales et gouvernancielles
En bref
06 Traitement du nickel
Considérations de durabilité pour la production de nickel
08 Veronique Steukers
Présidente du Nickel Institute
À la tête du Nickel Institute
10 Nickel et durabilité dans l’acier inoxydable
Une approche équilibrée
12 Parlons batteries avec Mark McArthur
saviez-vous ?
The Calling (l’appel)
Un plongeon huard sculpté par Andy Scott
La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org
Présidente : Veronique Steukers
Rédactrice en chef : Clare Richardson communications@nickelinstitute.org
Collaborateurs : Parvin Adeli, Gary Coates, Mark Mistry, Geir Moe, Kim Oakes, Pablo Rodríguez Domínguez, Frank Smith, Lyle Trytten, Odette Ziezold
Conception : Constructive Communications
Les articles sont destinés à l’information générale du lecteur et celui-ci ne doit pas s’y er pour des applications particulières sans avoir obtenu au préalable les conseils de spécialistes compétents. Bien que les informations données soient considérées comme techniquement exactes, le Nickel Institute, ses membres, son personnel et ses consultants ne garantissent pas leur adéquation à quelque usage particulier ou général que ce soit et déclinent toute responsabilité à leur égard.
ISSN 0829-8351
Imprimé au Canada, sur papier recyclé, par Hayes Print Group
Photos de banques d’images : Getty © SOPA Images (Couverture) ; Getty © NurPhoto (p. 3) ; Getty © NurPhoto (p. 6) ; iStock © CHUNYIP WONG (p. 10) ; iStock © PhonlamaiPhoto (p. 11) ; VectorStock © Sklyaksun, avec composition par Constructive Communications (p.15).
NICKEL
Plus vert et plus propre
Une équipe de recherche financée par les centres pour l’innovation en chimie de la Fondation nationale pour les sciences des États-Unis a mis au point un nouveau procédé utilisant de l’ammoniac et un carbonate pour séparer le cobalt et le nickel contenus dans un minerai ou dans des matériaux à recycler. Produisant ces deux métaux avec un degré de pureté de 99 %, ce mode d’extraction est plus efficace et pourrait améliorer le taux de recyclage des déchets d’équipements électriques et électroniques et réduire les risques de pénuries. Le cobalt et le nickel sont des éléments essentiels pour les systèmes alimentés par batterie. « Cette approche résout le problème de la corrosivité des produits chimiques habituellement utilisés dans la purification », explique Eric Schelter, le chimiste qui a dirigé l’équipe de recherche à l’Université de Pennsylvanie avec la collaboration de collègues de l’Université Northwestern.
Une supradécouverte
Une équipe de recherche en physique de l’Université des Sciences et Technologies du Sud (SUSTech) à Shenzhen (Chine) a créé un nouveau supraconducteur à haute température et pression ambiante à base de nickel. Ce matériau novateur, qui utilise une fine pellicule d’oxyde de nickel cultivée en laboratoire, devient supraconducteur au-dessus de -233 °C à la pression ambiante. Jusqu’ici, seuls les cuprates et des matériaux à base de fer avaient présenté cette propriété. « Il y a grand espoir de pouvoir à terme élever la température critique pour ces matériaux et les rendre plus utiles pour des applications pratiques », explique le chercheur Danfeng Li. Cette découverte pourrait rendre certaines technologies, comme l’imagerie par résonance magnétique, moins chères et plus efficaces. Les résultats sont publiés dans la revue Nature
De solides progrès
L’entreprise chinoise Farasis Energy a annoncé que sa batterie tout solide offrant une densité d’énergie dépassant les 400 Wh/kg est entrée dans la phase des essais en conditions réelles avec les tests de stabilité en cyclage. Reposant sur un système à base de sulfures associant une cathode ternaire à haute teneur en nickel et une anode à haute teneur en silicium, ces cellules à électrolytes tout solide ont passé avec succès les essais de percement et de cisaillement et les essais en boîte chaude, et ont présenté une capacité d’arrêt spontané en cas d’emballement thermique. Farasis Energy a aussi progressé dans la création de batteries tout solide reposant sur des systèmes oxyde-polymère, en conjuguant une anode en lithium métallique et une cathode à forte teneur en nickel pour obtenir une densité d’énergie allant jusqu’à 500 Wh/kg. Ces batteries tout solide visent à augmenter la sécurité, la densité d’énergie et la vitesse de charge. Un autre pas en avant pour les véhicules électriques !
Un bijou nickel
Voici le premier objet connu pour être fabriqué avec des métaux extraits par phytominage, procédé dans lequel des plantes hyperaccumulatrices absorbent les métaux contenus dans le sol. Il s’agit d’une bague conçue par Karoline Healy, chercheuse en matériaux et styliste chez H2ERG ´. Elle encapsule dans une sphère transparente une poussière métallique mixte à base de nickel, d’argent, de cuivre et de zinc. Les métaux utilisés ont été obtenus avec l’aide de Phyona, une jeune pousse qui met au point des méthodes bas carbone et tout biotechnologique pour l’extraction des métaux. Les métaux de la bague viennent d’une ancienne mine de charbon du nord de l’Angleterre. En retirant les contaminants du sol, les plantes servent à la bioremédiation du site.
L’INDUSTRIE DU NICKEL, PARTIE 4 CONSIDÉRATIONS DE DURABILITÉ POUR LA PRODUCTION DE NICKEL
La partie 4 de cette série se penche sur les impacts de la production de nickel et sur les manières de les atténuer.
Des ouvriers plantent des arbres sur d’anciens sites miniers que Vale est en train de remettre en état à Soroako (Luwu oriental), en Indonésie.
Dans le secteur minier, les questions de durabilité se déclinent en trois grandes catégories : impacts environnementaux, impacts sociaux et problèmes de gouvernance. Alors il faut creuser un peu, en notant que l’industrie du nickel évolue et que les pratiques actuelles ne sont pas celles des années 1950.
Les grandes questions environnementales qui se posent pour le nickel sont semblables à celles qui se posent pour la plupart des autres métaux de base : impacts des activités industrielles et des déchets produits sur les sols, l’atmosphère, l’eau et les écosystèmes.
Sols
L’exploitation des gisements de surface des régions tropicales (latérites) peut avoir de lourdes répercussions sur les sols et la biodiversité, notamment dans les régions insulaires où sont circonscrites des espèces en danger d’extinction. Dans les zones continentales tempérées, l’exploitation minière à ciel ouvert pose moins de risques, en raison de la large distribution des espèces. Et l’exploitation de gisements
souterrains à forte teneur en sulfures réduit au minimum les perturbations de surface.
Souvent, les modifications du relief sont telles qu’il est impossible de rétablir les paysages à leur véritable état initial. Les sols riches en nickel influent sur la végétation endémique, et le retrait de cet élément peut favoriser d’autres types de végétaux qui ne sont ni meilleurs ni pires, mais juste différents. La remise en état doit viser l’utilité écologique ou économique et être planifiée en concertation avec les collectivités et les organismes de réglementation. Les plans doivent conserver la souplesse requise pour s’adapter à l’évolution des objectifs locaux et des changements climatiques.
Eau et atmosphère
La question de la pollution atmosphérique se pose davantage pour le traitement que pour l’extraction minière. En effet, les émissions du parc d’engins miniers (utilisant des moteurs à combustion interne) sont relativement faibles, alors que l’enrichissement des minerais sulfureux peut consommer beaucoup d’énergie et être tributaire des émissions de centrales à combustibles fossiles. L’éloignement géographique des mines réduit certains effets des polluants sur les populations humaines.
La fusion des minerais latéritiques est un procédé énergivore émettant beaucoup de CO2 et d’autres polluants, tandis que celle des minerais sulfureux produit du dioxyde de soufre, souvent capté sous forme d’acide sulfurique, sauf dans les sites reculés où son transport pose trop de difficultés. La lixiviation acide constitue un procédé plus propre.
Dans les régions tropicales, l’érosion et les métaux lourds posent un problème de pollution des eaux, et l’exploitation des gisements sulfureux peut produire des effluents miniers acides. Les effluents de traitement peuvent aussi contenir des métaux. Par conséquent, un retraitement adéquat de tous les types d’effluents s’impose.
Déchets solides
Comme toute autre activité minière, l’extraction et le traitement du nickel nécessitent la prise en compte des déchets solides, qu’il s’agisse des résidus de minerais sulfureux (souvent une gangue de silicates contenant un restant de sulfures de fer), du laitier résiduel de la fusion d’un minerai latéritique ou sulfureux, ou du précipité résultant de la lixiviation acide d’un minerai latéritique ou du raffinage d’une matte ou d’un concentré. L’observance des pratiques exemplaires de traitement des résidus, comme celles de la norme sectorielle préconisée par le Conseil international des mines et métaux (CIMM), est essentielle pour réduire les risques posés par ces déchets solides.
Questions sociales et gouvernancielles
Les questions sociales procèdent de la responsabilité à l’égard du personnel et des collectivités locales. Comme la main-d’œuvre qualifiée est essentielle à l’exploitation minière, les grandes entreprises donnent la priorité à la
formation professionnelle, à l’emploi des outils adéquats et à la sécurité au travail.
Le débat mondial en cours à propos du consentement préalable, libre et éclairé (CPLE) souligne la nécessité d’obtenir un permis social d’exploitation. Les collectivités touchées par les activités, de manière positive ou négative, doivent être informées et donner leur consentement. L’état d’avancement de ce débat varie selon le pays, mais ne pas obtenir et maintenir le consentement des parties prenantes locales peut s’avérer catastrophique pour les exploitants.
Les questions de gouvernance qui se posent dans l’exploitation minière du nickel sont les mêmes que dans le reste du secteur primaire. En interne, les processus de prise de décisions doivent être transparents, inclusifs, bien renseignés et bien documentés. À l’externe, les entreprises doivent cultiver des rapports constructifs avec les pouvoirs publics, les organismes de réglementation et la population tout en veillant à la diversité des voix qui façonnent les politiques et pratiques sans pour autant exercer d’influence excessive sur la société civile.
Progrès en cours
Nombre de systèmes de gestion en usage dans le monde traitent plusieurs des questions mentionnées plus haut. L’initiative des normes minières unifiées (Consolidated Mining Standards Initiative) — une collaboration entre le Copper Mark (qui inclut le Nickel Mark), le Conseil international des mines et métaux, l’Association minière du Canada et le Conseil mondial de l’or — vise à unifier les différentes normes d’exploitation minière responsable mises au point par ces quatre organisations pour créer une seule norme mondiale répondant aux questions environnementales, sociales et gouvernancielles. L’emploi de techniques comme l’analyse du cycle de vie peut servir à dégager les points névralgiques pour nombre d’attributs environnementaux à l’échelle des différentes exploitations et de l’ensemble du secteur, afin d’aider les entreprises à cibler leurs efforts de durabilité. Mais il faut toujours user de prudence dans l’interprétation des résultats. Les futurs articles de cette série examineront comment certaines démarches innovantes peuvent contribuer à réduire les impacts de la production de nickel.
La bonne réglementation des impacts écologiques passe par une bonne information. Les membres du Nickel Institute soutiennent le travail de NiPERA, qui conduit des études scientifiques indispensables pour obtenir des données crédibles.
VERONIQUE STEUKERS LA NOUVELLE PRÉSIDENTE DU NICKEL INSTITUTE
Veronique Steukers
Présidente du Nickel Institute
Citoyenne belge
Doctorat en chimie organique de l’Université d’Exeter (Royaume-Uni)
Plus de 25 ans d’expérience des affaires réglementaires et gouvernementales
Plus de 16 ans dans le secteur privé chez Umicore et Albemarle
Entrée au Nickel Institute en 2012 comme directrice chargée des politiques publiques et de la durabilité
Nommée présidente le 1er janvier 2025
En janvier 2025, Veronique Steukers a pris ses fonctions de présidente du Nickel Institute, apportant ainsi tout un trésor d’expérience et sa vive passion pour les métaux. Avec son riche parcours en chimie, en direction d’entreprise et en actions de promotion, il lui tient à cœur de promouvoir les principes de durabilité, d’innovation et d’approvisionnement responsable dans l’industrie du nickel.
À la tête du Nickel Institute
Reconnaissant le rôle critique du nickel pour les technologies modernes et le développement durable, Veronique Steukers souhaite avant tout faire en sorte que les entreprises du secteur continuent de bénéficier de la ressource indispensable que constitue le Nickel Institute. « Le nickel est un minéral stratégique qui présente d’immenses avantages pour la société, mais aussi des défis qui doivent être gérés de manière responsable, explique-t-elle. Le Nickel Institute apporte une expertise et des moyens de promotion inégalés pour aider l’industrie, les organismes de réglementation et les parties prenantes à adopter des décisions éclairées. »
Sa grande priorité consiste à renforcer la structure, le financement et la liste de membres du Nickel Institute afin de répondre efficacement aux défis touchant l’ensemble du secteur. Elle fait valoir que l’action collective menée par le canal du Nickel Institute donne à ses membres la possibilité de relever ensemble des défis qui pourraient avoir un impact négatif sur l’avenir du nickel et que ne sauraient affronter des entreprises agissant seules. Le Nickel Institute donne aux acteurs industriels responsables un moyen de mettre leur expertise en commun, de répartir les risques et de faire progresser le secteur vers la durabilité.
Le rôle du nickel dans la durabilité mondiale
« Le nickel est indispensable à l’économie bas carbone, rappelle Veronique Steukers. Il s’utilise dans toutes les technologies du domaine des énergies renouvelables et dans la totalité des batteries et autres systèmes de stockage énergétique, et il constitue un élément essentiel de la réponse aux changements climatiques. » Il contribue aussi à la sécurité et à l’hygiène des réseaux de distribution d’eau, des chaînes d’approvisionnement alimentaire et des équipements médicaux, ainsi qu’à la durabilité des infrastructures et même à la beauté des œuvres d’art public. Ces utilisations favorisent la santé et la durabilité des collectivités.
« Mais la durabilité commence à la source. Il est de notre responsabilité commune de faire en sorte que le nickel reste disponible pour les générations futures », insiste-t-elle.
À cette fin, le Nickel Institute a établi des principes directeurs de la durabilité pour aider les entreprises à établir leur feuille de route vers l’intégration de normes environnementales, sociales et gouvernancielles (ESG) à leurs activités.
Promouvoir l’approvisionnement responsable
Veronique Steukers voit l’approvisionnement responsable comme une étape fondamentale dans l’intégration des normes ESG par les entreprises. « Une norme d’approvisionnement responsable aide les entreprises à
dégager les points névralgiques, à combler les lacunes dans les données et à établir une relation de confiance avec les investisseurs et les parties prenantes », souligne-t-elle. Dans le sillage du Copper Mark et avec l’équipe qui l’a établi, le Nickel Institute a cocréé le Nickel Mark, un label et référentiel d’approvisionnement responsable fondé sur les directives de l’OCDE qui offre la souplesse de processus et d’audit nécessaire pour être accessible tant aux grandes entreprises qu’aux producteurs émergents.
Innovation
En tant que guide d’opinion, le Nickel Institute promeut l’innovation en matière de science de la réglementation, de développement des marchés et de nouvelles applications. Veronique Steukers souligne le travail de développement des marchés réalisé en ouvrant la voie à de nouvelles utilisations de l’acier inoxydable, comme dans les réseaux de distribution d’eau parasismiques, qui servent à prévenir des pertes colossales. Par sa durabilité et sa recyclabilité, le nickel change la donne pour les infrastructures durables. Pour l’avenir, Veronique Steukers voit les alliages à forte teneur en nickel jouer un rôle de plus en plus important dans les technologies spatiales, grâce à leur grande résistance aux contraintes et aux températures extrêmes. Alors que les batteries retiennent beaucoup l’attention, le potentiel du nickel s’étend bien au-delà du stockage d’énergie.
Information et promotion
Avec sa réputation de partenaire de confiance à l’échelle mondiale, le Nickel Institute joue un rôle crucial dans l’information des instances
décisionnaires, des fabricants et du public. « Nos experts apportent une somme de connaissances inégalée dans des domaines embrassant notamment la santé humaine, les sciences de l’environnement, la réglementation, le développement des marchés et la durabilité, fait observer Véronique Steukers. Nous veillons à ce que les prises de décisions soient éclairées à tous les niveaux par des informations scientifiques exactes. »
Une passion pour les métaux, la musique et le leadership
Avant sa transition vers la promotion des métaux, Veronique Steukers a commencé sa carrière en chimie organique. Après avoir tenu différentes fonctions chez Umicore et Albemarle, elle a rejoint le Nickel Institute il y a 13 ans et a rapidement pris la direction de son bureau de Bruxelles. « Une fois qu’on est mordue par les métaux, c’est dur de s’en détacher », dit-elle en souriant.
Mais les métaux ne sont pas sa seule passion. Dans son temps libre, elle se voue à la musique. Pianiste accomplie, elle cultive aussi son goût du travail d’équipe en tant que clarinettiste au sein d’un orchestre d’harmonie couronné de succès dans sa Belgique natale. Elle siège aussi au conseil d’administration de l’orchestre belge Casco Phil.
Et en tant que nouvelle cheffe d’orchestre du Nickel Institute, elle sait très bien ce qui distingue cette organisation : « La passion, l’expertise, le professionnalisme, le travail d’équipe et le plaisir, dit-elle. Nous cultivons le respect, la collaboration et la confiance, tant au sein de notre équipe qu’avec nos membres, afin de garantir un avenir solide et durable pour le nickel. »
« Le nickel est un minéral stratégique qui présente d’immenses avantages pour la société, mais aussi des défis qui doivent être gérés de manière responsable. »
NICKEL ET DURABILITÉ DANS L’ACIER INOXYDABLE UNE APPROCHE ÉQUILIBRÉE
L’acier inoxydable au nickel peut avoir une empreinte écologique plus élevée à la production, mais cela peut être compensé par sa longévité, son efficacité et sa recyclabilité. La durabilité s’évalue en analysant la totalité du cycle de vie et en tenant compte des facteurs sociaux et économiques.
Dans le monde actuel, la durabilité est bien plus qu’un simple mot dans le vent : c’est un principe directeur qui façonne les industries, les politiques et les choix de consommation. Dans le secteur de l’acier inoxydable, le nickel joue un rôle important pour améliorer les performances et la longévité des matériaux et pour appuyer les objectifs de durabilité à long terme. Mais que signifie vraiment la durabilité dans ce contexte, et comment la mesurer efficacement ?
La durabilité consiste avant tout à répondre aux besoins actuels sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs. Cela nécessite d’établir un équilibre entre croissance économique, protection de l’environnement et bien-être social. Pour y parvenir, la feuille de route est celle du développement durable, un processus continu d’amélioration des technologies, des pratiques et des politiques.
Peut-on comparer les matériaux selon leur durabilité ? Oui, mais c’est complexe. Depuis les années 1990, scientifiques et experts de l’industrie œuvrent
à définir des méthodes pour évaluer les matériaux selon leur durabilité. Tandis que les aspects économiques et environnementaux sont bien établis à travers des outils et méthodes convenus, la dimension sociale continue d’évoluer. L’évaluation des matériaux va au-delà de l’empreinte carbone et de la consommation d’énergie : elle nécessite de comprendre l’impact de tout leur cycle de vie en tenant compte des aspects environnementaux, économiques et sociaux.
Les outils tels que l’analyse du cycle de vie (ACV) apportent une démarche structurée pour évaluer de bout en
bout les impacts environnementaux d’un matériau. Définies par des normes ISO, les ACV servent à évaluer la performance environnementale des aciers inoxydables au nickel sur la totalité de leur cycle de vie, de l’extraction des matières premières au recyclage en fin de vie.
Des méthodes complémentaires comme l’analyse du coût du cycle de vie (ACCV) et l’analyse sociale du cycle de vie (ASCV) élargissent l’évaluation aux impacts économiques et sociaux pour donner une estimation plus complète de la durabilité. Ces outils mettent en avant non seulement les avantages environnementaux, mais aussi l’efficacité économique et la responsabilité sociale.
Le contexte compte
Aucun matériau n’est intrinsèquement durable : son impact dépend de sa production, de son utilisation et de sa gestion en fin de vie. Prenons l’exemple d’un acier inoxydable produit entièrement à partir de ferraille recyclée et d’hydroélectricité. Bien qu’il semble hautement durable, s’il sert de garniture décorative pour un appareil électronique à courte durée de vie finissant en décharge au lieu d’être recyclé, sa durabilité est compromise. À l’inverse, l’emploi de l’acier inoxydable au nickel dans des équipements durables, comme ceux des infrastructures ou des systèmes de transformation chimique, maximise sa valeur et réduit l’impact environnemental avec le temps.
En général, l’acier inoxydable recyclé présente une plus faible empreinte carbone et environnementale que celui produit à partir de matières premières vierges. Cependant, l’évaluation de la durabilité doit tenir compte des dimensions économiques et sociales, en plus du cycle de vie des produits dans sa totalité.
Et le recyclage est-il toujours plus durable ? Pas nécessairement. Si un acier inoxydable recyclé s’utilise dans un produit à courte durée de vie qui n’a pas besoin de sa robustesse et qui n’est pas recyclé à son tour, sa durabilité peut être plus faible que celle d’un acier
inoxydable produit à partir de matières premières vierges utilisé dans des équipements durables et entièrement recyclés en fin de vie.
Sur le plan social, la production de matières premières vierges dans des régions manquant d’infrastructures peut créer plus d’emploi et apporter plus d’avantages économiques qu’un recyclage ultra efficace effectué dans des régions plus riches et employant moins de main-d’œuvre.
Par conséquent, les ACV, ACCV et ASCV apportent des résultats quantitatifs essentiels à l’évaluation globale des matériaux et des systèmes de production et servent à prendre des décisions éclairées tenant compte de toutes les dimensions de la durabilité.
Préparer un avenir durable avec le nickel
Le nickel joue un rôle primordial dans l’acier inoxydable. Le coût élevé de cet élément pousse les utilisateurs finaux à déterminer avec soin s’il leur faut employer des matériaux qui en contiennent ou chercher d’autres options. Le nickel s’utilise lorsque la dépense se justifie par des gains de fonctionnalité, d’efficacité, de rentabilité et de durée de vie, et cela apporte aussi de grands avantages environnementaux. Qui plus est, les recycleurs bénéficient du fait que la ferraille d’acier inoxydable au nickel a une plus forte valeur économique, car cela se traduit par des taux de collecte beaucoup plus élevés.
Sa robustesse, sa résistance à la corrosion et sa recyclabilité en font un matériau de premier ordre pour les utilisations durables. En investissant systématiquement dans les ACV et les ACCV, l’industrie met en évidence la valeur à long terme du nickel tout en affinant ses pratiques pour réduire son empreinte environnementale. Le travail du Nickel Institute aide à comprendre l’intérêt socioéconomique du nickel et de sa chaîne de valeur dans différentes régions qui en produisent ou en consomment à travers le monde, en tenant compte des aspects sociaux en plus des dimensions économiques et environnementales.
Alors que les industries du monde entier adoptent des pratiques plus écologiques, l’intégration réfléchie de l’acier inoxydable au nickel contribue à établir un juste équilibre entre réussite économique, protection de l’environnement et responsabilité sociale, et participe ainsi d’un vrai modèle de durabilité.
PARLONS BATTERIES UN ENTRETIEN AVEC
MARK MCARTHUR
Mark McArthur et son équipe sʼappliquent à découvrir et développer des matériaux et des méthodes de production utiles pour lʼécosystème du stockage énergétique.
Depuis 2020, il dirige lʼéquipe des matériaux de cathode de NOVONIX dans le développement et lʼaugmentation dʼéchelle du procédé de synthèse de cathode entièrement sec et zéro déchet mis au point et breveté par lʼentreprise. Celui-ci devrait réduire considérablement les coûts et lʼimpact environnemental de la production de cathodes au nickel.
Avant dʼentrer chez NOVONIX, Mark McArthur œuvrait chez Tesla à la découverte de nouveaux matériaux et procédés pour les batteries lithiumion des véhicules électriques et des systèmes de stockage dʼénergie. Il a obtenu son doctorat en génie électrique à lʼUniversité McGill dans le domaine des matériaux de stockage, et sa maîtrise en physique à lʼUniversité Dalhousie sous la direction du professeur Jeff Dahn.
Mark McArthur est directeur recherche-développement chez NOVONIX en NouvelleÉcosse (Canada). Parvin Adeli, l’expert en batterie du Nickel Institute, s’est entretenue avec lui du procédé de synthèse de cathodes entièrement sec et zéro déchet mis au point et breveté par NOVONIX, qui devrait réduire considérablement les coûts et l’impact environnemental de la production de cathodes au nickel.
Parlez-nous de NOVONIX.
NOVONIX est une entreprise établie en 2013 qui offre des matériaux, technologies et services pour batteries. Essaimée par l’Université Dalhousie, NOVONIX a démarré avec la mise au point d’équipements d’essai de batteries ultraprécis. Depuis, nous avons poursuivi notre expansion et nous offrons aujourd’hui des services de recherche et développement. Notre équipe de recherche et développement peut fabriquer et tester des cellules de batterie au moyen de nos unités de prototypage et assurer la mise au point et la caractérisation des matériaux. En 2017, nous avons établi l’unité des matériaux d’anode de NOVONIX à Chattanooga, dans le Tennessee, et mis au point un graphite haute performance pour l’industrie. Mon équipe des matériaux de cathode a été créée il y a cinq ans pour la commercialisation de notre procédé de production de cathodes entièrement sec et zéro déchet, développé initialement à l’Université Dalhousie dans le laboratoire des matériaux pour batteries dirigé par Mark Obrovac.
Quel est lʼobjectif de ce procédé entièrement sec et zéro déchet ?
Notre procédé sert à synthétiser des matériaux de cathode nickel-manganèsecobalt (NMC) de manière modulable, durable et rentable.
Quʼest-ce qui le distingue des autres procédés ?
Dans le procédé standard, les matériaux de cathode NMC sont produits en formant d’abord un précurseur de matériaux actifs de cathode (pMAC) par coprécipitation aqueuse de sulfates de cobalt, de nickel et de manganèse. Ce procédé génère des eaux usées et des sous-produits comme le sulfate de sodium. Un composé de lithium est mélangé au pMAC qui, après calcination, donne une poudre de matériau actif de cathode (MAC).
Chez NOVONIX, nous avons cherché à fabriquer les mêmes matériaux de haute qualité, mais par un meilleur procédé. Nous sommes ainsi parvenus à des performances rivalisant avec celles des poudres cathodiques NMC du procédé conventionnel pour une gamme de cathodes contenant de 60 % à 95 % de nickel. Notre procédé est simple, mais la fabrication du produit fi nal ne l’est pas. Nous combinons différentes matières métalliques (principalement des poudres de métal, des oxydes ou des carbonates) avec du lithium et des dopants, puis nous calcinons le tout.
La magie réside dans la manière dont nous arrivons à combiner les matières premières à l’état complètement sec, sans réactifs spéciaux, et à affi ner la
structure cristalline par un chauffage précis. Nous obtenons ainsi un résultat semblable aux poudres NMC conventionnelles, en utilisant le même équipement d’une manière nouvelle et différente.
Quels sont les avantages du procédé entièrement sec et zéro déchet ?
Le passage à un procédé entièrement sec peut apporter des économies allant jusqu’à 30 % pour les dépenses d’investissement et jusqu’à 50 % pour les dépenses d’exploitation1. Nous fabriquons des poudres de MAC de qualité sans générer le moindre déchet. Il n’y a pas de sous-produit comme le sulfate de sodium, et pas besoin non plus de système spécial d’élimination des déchets. Et il est facile de convertir une usine pour passer au procédé NOVONIX. Fabriquer le même matériau, diminuer les coûts, éliminer les déchets et réduire l’empreinte écologique de l’usine. Voilà bien une combinaison gagnante pour les fabricants de MAC.
Quelles ont été les diffi cultés ?
Le problème avec les MAC, comme le NMC, c’est que les matières combinées ont des états d’oxydation différents. Il s’est avéré compliqué de mettre tout ce petit monde au diapason , et c’est vraiment le manganèse qui fait bande à part. Il ne fait pas bon ménage avec le nickel et le cobalt. Il a d’abord fallu surmonter la formation de cations inhomogènes dans le mélange de particules. On voyait des îlots de manganèse bien localisés se former là où il fallait avoir cette belle structure cristalline
entremêlée. Nous avons dû mettre au point un procédé au-delà du laboratoire et comprendre la manière de maîtriser la combinaison des différentes matières premières. Ça a pris du temps. Et ce que nous avons appris, c’est que surmonter cette inhomogénéité nécessite une stratégie différente pour chaque composition chimique.
Quelles sont les prochaines étapes vers lʼexpansion et la production à grande échelle ?
Nous comprenons les difficultés de la mise à l’échelle des matériaux de batterie. Tandis que les études techniques continuent de progresser et que nous nous appuyons sur nos unités pilotes pouvant produire jusqu’à 10 000 tonnes par an pour défi nir une trajectoire de déploiement, nous explorons aussi les options possibles pour moduler l’échelle du procédé et le commercialiser. Nous cherchons surtout à établir des partenariats avec des entreprises solides pouvant contribuer à ces dernières étapes d’industrialisation à grande échelle.
Il s’agit soit de se mettre en partenariat avec un fabricant de matériaux souhaitant consacrer une usine à la production de MAC selon le procédé NOVONIX, soit de la construire nousmêmes. Pour l’instant, nous pensons que la voie du partenariat et de la licence d’exploitation est la meilleure pour que ce procédé ait un impact positif sur le marché.
Pour lire la version longue de lʼentretien, rendez-vous sur Chronickels, le blogue du Nickel Institute.
1 Étude comparative des procédés réalisée par Hatch Ltd à partir dʼune estimation au stade 1 de la planifi cation dʼavant-projet.
Le four à rouleaux de 13,5 m de long de NOVONIX. Ses capots isolants ont été retirés pour révéler son système de circulation des gaz et les carters de sa sole à rouleaux.
« Chez NOVONIX, nous avons cherché à fabriquer les mêmes matériaux de haute qualité, mais par un meilleur procédé. »
Geir Moe est l’ingénieur chargé de coordonner le service d’information technique du Nickel Institute. Constituée d’experts techniques situés dans le monde entier, son équipe se tient à la disposition des utilisateurs et prescripteurs de matériaux contenant du nickel pour leur apporter gratuitement des conseils techniques sur une vaste gamme d’utilisations de ce métal (aciers inoxydables, alliages de nickel, nickelage, etc.) et leur permettre ainsi de tirer parti de ses nombreux avantages en toute confi ance. https://inquiries.nickelinstitute.org/
LE SAVIEZ-VOUS ? LES EXPERTS DU NICKEL INSTITUTE RÉPONDENT À VOS QUESTIONS
R QQ : Jʼai remarqué que mes soudures en 304L (UNS S30403) et 316L (S31603) sont légèrement attirées par un aimant et jʼai lu que la ferrite était importante dans les soudures. Pourriez-vous expliquer cela ?
A : La microstructure d’un acier inoxydable est déterminée par sa composition chimique. Les aciers inoxydables au nickel de la série 300 ont une microstructure austénitique. Les aciers inoxydables de la série 400 contenant peu ou pas de nickel sont ferritiques, tandis que les aciers inoxydables duplex contenant des quantités à peu près égales de ferrite et d’austénite ont une teneur en nickel située entre celles des séries 300 et 400.
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Malheureusement, les soudures qui se solidifient avec une microstructure 100 % austénitique sont sujettes à la fissuration à chaud. Cela est dû au fait que le coefficient de dilatation thermique de l’austénite est supérieur à celui d’une microstructure ferritique, et donc que la contrainte de traction s’exerçant sur toute la largeur de la soudure à mesure qu’elle refroidit peut produire des fissures longitudinales. Ce risque de fissuration à chaud est largement amplifié par la présence de soufre ou d’autres contaminants peu solubles dans l’austénite, qui se concentrent aux joints de grains à mesure que la soudure se solidifie et y réduisent encore plus la résistance à la traction. Pour prévenir la fissuration à chaud, il faut diminuer l’apport thermique, et donc la vitesse de soudage, de manière à réduire la vitesse de refroidissement de la soudure, ce qui nuit à la productivité.
Une microstructure ferritique a un coefficient de dilatation plus
faible que celui de l’austénite, et la solubilité du soufre et d’autres contaminants y est plus forte que dans celle-ci. Par conséquent, la composition chimique des électrodes de soudage, comme celles utilisées pour le 304L (308L) et le 316L, est ajustée de manière à introduire un peu de ferrite dans le métal d’apport afi n d’augmenter la résistance à la fissuration à chaud et de pouvoir ainsi accroître la vitesse de dépôt. En général, on préfère une teneur en ferrite de 4 à 10 %, ou un indice de ferrite (FN) équivalent, afi n d’éviter la fissuration à chaud des soudures sur 308L ou 316L. Le certificat de matériau de l’électrode de soudage indique habituellement le pourcentage ou l’indice (FN) de ferrite, lorsque la composition chimique effective y figure. L’indice FN est calculé à partir de la composition effective, mais certains fournisseurs donnent seulement une analyse chimique type au lieu de celle-ci. La teneur effective en ferrite d’une soudure terminée est rarement identique à ce qui figure sur le certificat de matériau : en effet, l’azote atmosphérique absorbé lors du mélange entre l’électrode de soudage et le métal de base constitue un stabilisateur de l’austénite, et la vitesse de refroidissement influe aussi sur le résultat fi nal.
Enfi n, la ferrite étant ferromagnétique, sa faible présence dans la soudure suffit à produire une attraction magnétique.
Le nickel se décline sous de nombreuses formes, depuis les nanofils jusqu’aux aciers inoxydables. Mais quelles propriétés en font un élément essentiel dans tant d’objets du quotidien ?
Pourquoi le nickel ?
LE NICKEL DANS LES ÉOLIENNES
À première vue, les éoliennes qui se dressent dans le paysage n’ont pas l’air de contenir du nickel. Pourtant, le nickel est essentiel pour maintenir leur fiabilité et leurs performances sur plusieurs décennies.
Mais alors, où se cache ce nickel ? La nacelle située au sommet du mât abrite un multiplicateur, qui transmet le mouvement du rotor à l’arbre du générateur d’électricité en lui imprimant une plus grande vitesse de rotation, et le nickel est essentiel à son fonctionnement.
Le multiplicateur convertit la vitesse de rotation des pales, qui va de 8 à 20 tr/min, pour faire tourner l’arbre du générateur entre 1000 et 1800 tr/min et produire ainsi de l’électricité avec un bon rendement. Les métaux constituant le multiplicateur doivent résister à l’usure, aux vibrations et aux températures extrêmes. Les multiplicateurs peuvent peser plus de 40 tonnes et sont constitués d’aciers inoxydables robustes contenant environ 1,5 % de nickel, ainsi que du chrome et du molybdène.
Chacun de ces trois éléments d’alliage augmente la robustesse du métal, mais seul le nickel prévient sa fragilisation au froid extrême. Et qui dit panne de multiplicateur dit arrêt du générateur. Le nickel est donc essentiel au bon fonctionnement des éoliennes.
CODES UNS
Multiplicateur
Composition chimique des alliages et aciers inoxydables mentionnés dans ce numéro de Nickel (en pourcentage massique).
Pour que l’œuvre conserve durablement son éclat, ses plumes ont été découpées dans des tôles d’acier inoxydable 304L (UNS S30403) de 6 mm d’épaisseur. Le bel aspect de son fini de surface a été obtenu au moyen d’un sablage suivi d’un microbillage.
THE CALLING (L’APPEL) UN PLONGEON HUARD EN ACIER INOXYDABLE
Avec ses ailes majestueusement déployées et sa tête fi èrement tendue vers le ciel, le plongeon huard fi guré par la sculpture intitulée The Calling (lʼappel) sʼinspire de celui du nouveau blason du Minnesota. Constituée de plus de 5 000 éléments en acier inoxydable, cette sculpture emblématique a été réalisée sur commande de la McGuire Family Foundation pour le United Village, un nouvel aménagement sur le site du stade Allianz Field, siège du Minnesota United Football Club.
Andy Scott, sculpteur renommé pour ses fameux Kelpies réalisés en Écosse, a fait équipe avec l’entreprise d’art public Dyson & Womack. Il raconte ainsi le commencement du projet dans son atelier : « J’ai construit une maquette au tiers en acier doux que mes collègues ont utilisé pour construire l’œuvre d’art en vraie grandeur. Ils ont fait un superbe travail au moyen de techniques semblables à celles de la construction navale d’antan, avec une charpente d’acier revêtue de
tôles d’acier fi xées et soudées individuellement à la main. »
Les 65 modules de l’ouvrage ont été transportés par un convoi de treize semi-remorques de 17 m, puis assemblés sur place en dix jours. Haute de 11 m avec une envergure de 30 m, cette sculpture pèse environ 25 tonnes.
Située sur un site remarquable du paysage urbain de Saint Paul, capitale du Minnesota, elle s’inscrit dans un grand plan de régénération du quartier.
