NICKEL, VOL. 33, Nº 2, 2018

MAGAZINE

NICKEL

L A RE V UE SPÉCI A LISÉE DU NICK EL E T DE SES A PPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 33, Nº 2, 2018

Nickel et développement durable : vers une économie circulaire Recyclage des batteries lithium-ion Ce que nous réserve l’avenir

Les alliages de nickel haute température dans le solaire thermique à concentration

La récupération du nickel dans les matières premières secondaires

ACUAMED

ÉTUDE DE CAS 13 LA PASSERELLE PIÉTONNE D’ÁGUILAS Dans la station balnéaire d’Águilas, au sud-est de l’Espagne, les piétons ne pouvaient pas se rendre directement du centre-ville à la marina. Ils en étaient empêchés par un grand ravin, le Rambla del Cañarete, qui canalise de grands volumes d’eau à certaines époques de l’année.

Cahier des charges. Le chantier

Conception. La structure repose sur

de la passerelle d’Águilas a été lancé

trois poutres maîtresses longitudinale :

par l’entreprise publique Acuamed,

un caisson central et deux longerons

qui recherchait une solution à la fois

raccordés à celui-ci par des traverses. La

ACUAMED

légère et solide alliant attrait esthétique, durabilité et résistance à l’air marin.

par 12 grandes ouvertures quadrilaté-

Choix des matériaux. L’acier inoxy-

rales découpées dans les longerons sur

dable duplex de nuance 2205 (UNS

les deux tiers centraux de la travée. Le

S32205) a été sélectionné en raison de

tablier de la passerelle se compose d’un

sa résistance supérieure à la corrosion, de son faible coût d’entretien et de son aspect attrayant. Son coût initial, plus élevé que celui de l’acier au carbone Les garde-corps de la passerelle sont en acier inoxydable austénitique de nuance 316 (UNS S31600).

prise au vent de l’ensemble est réduite

usuel, était compensé par sa plus longue durée de vie et par ses moindres coûts

platelage en acier galvanisé reposant sur les traverses et recouvert d’une dalle en béton armé. Des connecteurs raccordent ce tablier composite au caisson central et aux traverses, de manière

de réparation. Il convient aussi très bien

à stabiliser la semelle supérieure du

pour les éléments porteurs des ponts

caisson tout en créant un diaphragme

lorsqu’il s’agit de créer une structure à la

rigide améliorant la résistance aux

fois légère et dépouillée.

secousses sismiques.

L’étude de cas complète peut être téléchargée sur www.nickelinstitute.org

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ÉDITORIAL L’AVANTAGE DE TOURNER EN ROND

Si vous entendez dire « on tourne en rond », c’est probablement que les choses n’avancent pas. Mais pour les métaux tels que le nickel, c’est que vous êtes sur la bonne voie. Voici à quoi ressemble ce cercle vertueux : Ressources Traitement des matières premières

Recyclage des matériaux Désassemblage des produits

Recyclage des déchets de production Fabrication des produits Recyclage des produits (éléments de produit) Remise en état des éléments de produit

Utilisation des produits

Gestion des produits usagés

Recyclage des produits (produits) Remise en état des produits

SOLARRESERVE

Un rapport publié récemment1 conclut qu’une meilleure utilisation des matériaux déjà introduits dans les circuits économiques pourrait conduire l’industrie des pays de l’UE à mi-chemin de la neutralité carbone. Le fait est qu’il y a des pertes tout au long du parcours, en raison du manque de collecte, des problèmes de rendement et d’efficacité, ou encore des limites économiques des procédés de recyclage.

Une étude de l’Université Yale montre qu’à l’heure actuelle, 17 % du nickel arrivant en fin de vie se retrouve en décharge. Le présent numéro de Nickel donne des exemples de la manière dont l’industrie affronte cet écueil.

Les progrès réalisés dans le recyclage des batteries contenant du nickel améliorent non seulement les taux de récupération, mais aussi le rendement des procédés (pour extraire davantage de nickel des matériaux récupérés). Le recyclage des batteries automobiles lithium-ion est un secteur en pleine expansion, et ce numéro de Nickel présente plusieurs de ses pionniers, ainsi que leurs procédés.

En plus d’être infiniment recyclable, le nickel joue un rôle incontournable dans d’autres procédés contribuant au développement durable. On en trouve un parfait exemple dans l’énergie solaire à concentration, où les alliages de nickel sont essentiels pour résister aux températures élevées. La centrale de Crescent Dunes en est une éblouissante illustration (voir photo de couverture). En même temps, le nickel entre toujours dans la composition de magnifiques sculptures pérennes qui ne seront peut-être jamais recyclées, comme la nouvelle Cloud Column d’Anish Kapoor, qui vient d’être installée à Houston (Texas).

Un phare de la nouvelle modernité : la centrale solaire à concentration de Crescent Dunes, située à Tonopah (Nevada), est une parfaite illustration des techniques de développement durable rendues possibles par le nickel.

Clare Richardson Rédactrice en chef 1

Material Economics, « The Circular Economy – A powerful force for climate mitigation », juin 2018.

Disponible à l’adresse suivante : http://materialeconomics.com/publications/publication/ the-circular-economy-a-powerful-force-for-climate-mitigation.

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Étude de cas 13 La passerelle d’Águilas Éditorial L’avantage de tourner en rond En bref

NICKEL

E N B R E F

SOMMAIRE

Recyclage des batteries lithium-ion Ce que nous réserve l’avenir La récupération du nickel dans les matières premières secondaires Les alliages de nickel haute température dans l’énergie solaire Recyclage du nickel Vers une économie circulaire Annonces Nouvelles vidéos Liens Web Catalyseurs au nickel Leur récupération en fin de vie au Koweït Codes UNS La Cloud Column Une sculpture d’Anish Kapoor

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : David Butler Rédactrice en chef : Clare Richardson communications@nickelinstitute.org Collaborateurs : Parul Chhabra, Gary Coates, Isaline de Baré, Tim Johnson, Larry Martin, Richard Matheson, Bruce McKean, Geir Moe, Kim Oakes, Kristina Osterman, Lissel Pilcher, Nigel Ward, Odette Ziezold Conception graphique : Constructive Communications Les articles sont destinés à l’information générale du lecteur et celui-ci ne doit pas s’y fier 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 et graphisme : Couverture : iStockPhoto.com©Mlenny Page 3 : Wikimedia Commons©Linear 77 Page 4 : iStockPhoto.com©4X-image Page 5 : iStockPhoto.com©jeffstonephoto Page 6 : iStockPhoto.com©Petmal Page 15 : Shutterstock

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Un océan d’information Le Nickel Institute et la Copper Development Association ont collaboré à la réalisation d’une nouvelle série d’exposés techniques destinés aux ingénieurs spécialistes de la conception, de la spécification, de la fabrication ou de la mise en œuvre des matériaux entrant en contact avec l’eau de mer dans des secteurs tels que l’énergie marémotrice, houlomotrice ou éolienne marine, l’exploitation pétrolière ou gazière en mer et la construction ou la réparation navale. Présentés par des experts techniques, ces exposés aident les utilisateurs à mieux comprendre le comportement des alliages de cuivre, des aciers inoxydables et des alliages de nickel en milieu marin. Ces exposés sont disponibles sur le site Web de la Copper Development Association.

Décollage réussi !

Le nickel a joué un rôle discret mais essentiel dans le lancement du premier moteur-fusée de la NASA à intégrer une pièce imprimée en 3D. En effet, après plusieurs années de recherche-développement, on a découvert que les pièces en alliage de cuivre pouvaient résister à l’énorme pression régnant dans la chambre de combustion lorsqu’elles étaient chemisées d’un alliage de nickel.

AEROJET ROCKETDYNE

De minuscules écarts de température Des chercheurs de l’Institut de technologie de Tokyo ont mis au point un thermomètre micrométrique composé d’un thermocouple or-nickel sur membrane de nitrure de silicium.

Il est capable de mesurer en temps réel les plus petites variations de température. Ce dispositif constitue une percée pour de nombreuses applications importantes dans le champ des nanotechnologies.

Quelles cordes de guitare choisir ?

Depuis quelques années, les cordes en acier nickelé font de plus en plus d’adeptes et suscitent ainsi un débat.

Certains puristes ne jurent que par la tonalité moelleuse et chaleureuse des instruments rétro, tandis que d’autres guitaristes préfèrent le son plus vif et étincelant des cordes nickelées.

Les cordes en nickel pur sont un peu plus chères, mais elles durent généralement plus longtemps. Quelle que soit la préférence, le nickel est présent de longue date dans le monde de la musique.

TESLA

Dans les années 1950 et 1960, quand la guitare électrique est devenue l’instrument incontournable de la musique pop, les cordes en nickel pur étaient la norme.

Un kilomètre tout électrique encore moins cher Pour réduire considérablement les coûts, Tesla a annoncé une augmentation de la teneur en nickel des batteries de ses véhicules électriques. Le constructeur est parvenu à opérer ce changement tout en conservant la plus haute densité d’énergie de toutes les batteries pour voiture électrique.

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RÉCUPÉRATION ET RECYCLAGE DES BATTERIES HAUTE TENSION : UN SECTEUR EN PLEIN ESSOR

La demande mondiale de batteries lithium-ion contenant du nickel s’apprête à connaître une croissance exponentielle au cours des 20 prochaines années, si bien que leur recyclage en fin de vie promet de devenir une activité florissante.

Des techniques et procédés de recyclage éprouvés sont déjà en place, et leur échelle est modulable à souhait.

Partout dans le monde, des entreprises innovantes continuent de chercher des méthodes efficaces et rentables pour répondre à l’explosion des besoins imposés par la réglementation relative au traitement des batteries lithium-ion usagées et à la sécurité de leur transport et de leur manipulation.

Le nouveau secteur d’activité repose sur la valeur extraite des matériaux récupérés, et en particulier du nickel.

En réponse à la demande croissante du secteur automobile, l’industrie mondiale des batteries lithiumion connaît un essor rapide. La garantie des batteries automobiles étant actuellement de cinq à huit ans, leur recyclage en fin de vie deviendra une activité florissante dans un proche avenir.

Deux échelles différentes : automobile et stockage de l’énergie En Chine, où des millions de véhicules électriques sont déjà en circulation, une nouvelle législation attribue la charge de la collecte et du recyclage des batteries usagées aux constructeurs automobiles, et ces derniers se préparent dès aujourd’hui à l’adoption de règles similaires dans le reste du monde. À la différence des appareils électroniques portatifs, les véhicules électriques utilisent des batteries haute tension comptant 5 000 à 12 000 cellules.

Dans un autre domaine, les grandes unités de stockage par batteries contenant du nickel sont de plus en plus essentielles à la stabilité des réseaux électriques, surtout quand ils doivent intégrer des sources d’énergie éoliennes et solaires de manière efficace et fiable. Arrivées en fin

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de vie, ces grosses batteries devront aussi être réutilisées ou recyclées.

Déterminants économiques et environnementaux La récupération des ressources nécessite des systèmes et procédés durables et écoénergétiques fonctionnant en cycle fermé et présentant un intérêt économique. L’économie du recyclage des batteries lithium-ion repose essentiellement sur la récupération des métaux et composés métalliques présents dans les cathodes et les anodes, notamment le cobalt, le nickel, le manganèse, le cuivre et le lithium, qui peuvent servir à fabriquer de nouvelles cellules.

La croissance à moyen terme du volume de batteries à recycler justifiera l’investissement dans de nouveaux centres de recyclage et dans la recherche de techniques améliorant la récupération des matériaux et réduisant les coûts.

Par ailleurs, la toxicité de certains composants des batteries lithium-ion et les impératifs de sécurité et de protection de l’environnement imposent de recourir à des procédés de recyclage efficaces et de respecter de bonnes pratiques de manipulation et de transport.

Appel à l’innovation Le recyclage des batteries, qui consiste à récupérer les ressources qu’elles contiennent, peut se faire par voie pyrométallurgique ou hydrométallurgique, ou bien par une combinaison des deux.

Umicore L’entreprise belge Umicore recycle les batteries en combinant pyro- et hydrométallurgie. Ce procédé exclusif fonctionne déjà à l’échelle industrielle (7 000 tonnes par an). Il est conçu pour traiter différents types de flux de déchets complexes riches en métaux, et ce sans danger et en grands volumes.

Glencore

Les batteries sont démontées de manière à en séparer les modules. Ces derniers alimentent directement le processus, de manière à éviter tout prétraitement potentiellement dangereux. Un système d’épuration des gaz garantit la décomposition totale de tous les composés organiques sans production de composés volatils nocifs. Ce procédé réduit la consommation d’énergie et les émissions de CO2 au strict minimum en utilisant les sources d’énergie présentes dans les composants des batteries (électrolyte, plastiques et métaux).

métallurgique pour récupérer le nickel,

Le procédé d’hydroraffinage qui s’ensuit récupère et purifie le nickel, le cobalt, le cuivre et le lithium. Ces métaux sont alors réutilisés dans les matériaux de cathode lithium-ion produits par Umicore, et le cycle des batteries est ainsi refermé.

Les métaux précieux contenus dans les systèmes de gestion des batteries sont récupérés par un procédé distinct.

les gaz de calcination et les traite sans

Glencore, un grand producteur et distributeur de nickel, est également l’une des principales entreprises de recyclage et de traitement des matériaux qui en contiennent (dont les batteries).

Dans sa fonderie de Sudbury (Ontario), Glencore emploie un procédé pyrole cobalt et le cuivre des batteries NiMH et lithium-ion.

Comme l’entreprise s’emploie sans relâche à améliorer les performances techniques de son four électrique et de son convertisseur, elle obtient des taux de récupération des métaux très élevés. Elle a également investi dans un four de calcination (un four rotatif de forme allongée) qui élimine les composants organiques des batteries et les rend inertes en toute sécurité. Cet outil écologique capture

Selon les prévisions récentes du cabinet Bloomberg New Energy Finance, les ventes annuelles de véhicules électriques devraient atteindre les 41 millions d’unités d’ici 2040. Le cabinet Avicenne Energy prévoit quant à lui que la demande de batteries lithium-ion connaîtra une croissance annuelle de 14 à 17 % dans l’automobile et continuera de croître de 5 à 12 % par an pour l’alimentation des appareils électroniques portables grand public, des vélos électriques, des tondeuses à gazon et de nombreux autres équipements.

danger. « Avec l’expansion de notre activité de recyclage des batteries, nous maximisons la sécurité en prétraitant les cellules dans différentes usines à travers le monde », explique Robert Sutherland, responsable des matières premières chez Glencore.

Batteries lithium-ion et NiMH

Usine de recyclage

Véhicule électrique (ou hybride)

Appareils électroniques

* Éléments de terres rares

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UMICORE BATTERY RECYCLING

ETR*

UMICORE BATTERY RECYCLING

Li-Cycle Pour répondre à l’essor de la demande mondiale, Li-Cycle, entreprise canadienne de Mississauga (Ontario), a mis au point un procédé hydrométallurgique exclusif (Li-Cycle Technology™) qui récupère les ressources en deux étapes.

La première étape est un processus automatisé qui démonte les cellules des batteries sans risque de combustion ou d’explosion. La seconde étape consiste à appliquer au produit intermédiaire issu Selon le cabinet Bloomberg New Energy Finance, les capacités de production de batteries lithiumion devraient plus que doubler au cours des cinq prochaines années pour atteindre 273 GWh en 2021, contre 103 GWh en 2017.

de la première un traitement chimique destiné à récupérer le nickel, le cobalt, le cuivre, l’aluminium et le lithium présents dans les batteries sous forme de composés. Il s’agit par exemple du sulfate de nickel, que l’industrie des batteries peut utiliser directement.

Ce procédé en cycle fermé récupère tous les matériaux des batteries, y compris les plastiques, les électrolytes et le graphite. Il n’y a ni gaz primaires à capturer ni déchets solides à gérer. Tous les matériaux sont réintroduits dans le circuit économique sous une forme ou une autre. « Nous pensons que le recyclage des batteries lithium-ion pourrait satisfaire 5 à 10 % de la demande de sulfate de nickel d’ici 2025 », souligne Ajay Kochhar, directeur général de Li-Cycle.

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American Manganese À Vancouver (Colombie-Britannique), la société American Manganese et son sous-traitant Kemetco Research ont mis au point un procédé hydrométallurgique de recyclage des batteries alliant performance écoénergétique et respect de l’environnement.

Kemetco broie les batteries lithium-ion pour les réduire en poudre. Cette poudre est ensuite calcinée pour en éliminer les plastiques, puis les métaux en sont extraits par lixiviation. Le produit final est une poudre métallique de lithium, de cobalt, de nickel, d’aluminium et de manganèse d’une grande pureté qui se prête à une réutilisation directe dans la production de nouvelles batteries lithiumion. Selon Kemetco, ce procédé a donné des taux de récupération de 100 % au banc d’essais. Dans le traitement à plus grande échelle, on s’attend à des taux de récupération légèrement moins élevés. « Notre stratégie consiste à établir plusieurs petites usines situées à proximité des différents marchés », explique Larry Reaugh, président-directeur général d’American Manganese.

Ainsi, des entreprises tournées vers l’avenir sont en train de se doter des techniques et capacités de recyclage nécessaires pour absorber le torrent de batteries au nickel arrivées en fin de vie qui s’annonce.

AMÉLIORER LA RÉCUPÉRATION DU NICKEL DANS LES MATIÈRES PREMIÈRES SECONDAIRES Comme beaucoup de technologies importantes utilisent de plus en plus de nickel, sa demande connaît une croissance soutenue depuis de nombreuses décennies. Cette croissance étant d’environ 4 % par an, la demande de nickel double au cours de la durée d’exploitation habituelle d’une mine (environ 20 ans), si bien qu’il faudrait en ouvrir deux nouvelles chaque fois qu’on en ferme une.

De la nécessité d’exploiter la « mine urbaine » À l’évidence, de nouvelles sources secondaires sont nécessaires pour répondre au besoin croissant de nickel.

Il devient alors intéressant de se tourner vers les déchets mis en décharge, dont certains contiennent plus de métaux de valeur que les minerais naturels.

La promesse de la pétrochimie L’industrie pétrochimique possède quelques-unes des sources secondaires de nickel les plus prometteuses.

Le pétrole brut contient un peu de nickel.

Celui-ci se concentre dans la fraction de cendres, le plus souvent à hauteur d’environ 10 % en poids à l’issue de la combustion totale du fioul lourd. En outre, les catalyseurs utilisés dans les raffineries et

les usines pétrochimiques contiennent de très grandes quantités de nickel. Autrefois mis en décharge, ces résidus sont de plus en plus souvent recyclés (voir page 15).

Le fort potentiel des aciéries Comme la production d’acier inoxydable absorbe plus des deux tiers de l’offre totale de nickel, il va de soi que les ferro-alliages résultant de la plupart des méthodes de récupération par fusion constituent une source secondaire de nickel.

Par exemple, depuis des décennies, deux usines emploient le procédé de fusion par plasma d’arc en courant continu de Tetronics pour récupérer le nickel, le chrome, le molybdène et d’autres métaux contenus dans les déchets de production des aciéries. « Du coke ou de l’anthracite, utilisés comme agent réducteur, sont ajoutés au matériau à traiter. Le plasma d’arc apporte l’énergie nécessaire pour produire un ferro-alliage réutilisable dans la production d’acier inoxydable à une échelle convenant parfaitement à la disponibilité actuelle des catalyseurs pétrochimiques usés et des matières premières secondaires associées », explique Tim Johnson, directeur technique chez Tetronics.

TETRONICS

Ainsi qu’on pouvait s’y attendre, la nécessité de compléter la production primaire a suscité de nombreux efforts visant à augmenter les taux de recyclage.

Par exemple, aux États-Unis, le nickel recyclé satisfait actuellement 45 % de la demande primaire, contre 35 % en 1994.

Vu l’essor rapide de la demande primaire de nickel, il est devenu impératif de faire croître sa récupération et son recyclage, juste pour tenir le rythme.

« La faiblesse des débits de gaz et la parfaite maîtrise des conditions de fusion réduisent au strict minimum la teneur en poussières des effluents gazeux du four et lui confèrent d’excellents antécédents environnementaux.

Avec la croissance inexorable de la demande de métaux, il paraît certain que Tetronics devra élargir ses capacités de traitement spécialisées pour ces sources secondaires de nickel et pour d’autres au cours des prochaines années ».

— Tim Johnson Directeur technique chez Tetronics

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ALLIAGES DE NICKEL ET ACIERS INOXYDABLES HAUTE TEMPÉRATURE : UNE PLACE INCONTOURNABLE DANS L’ÉNERGIE SOLAIRE À CONCENTRATION Les alliages de nickel et les aciers inoxydables au nickel assurent des fonctions essentielles dans les centrales solaires thermiques à concentration, une source d’énergie renouvelable en plein développement. En effet, l’emploi de ces matériaux résout d’importants problèmes de transfert et de stockage de la chaleur tout en prévenant la dégradation et les coûts de remplacement dans des installations

SOLARRESERVE

conçues pour durer jusqu’à 40 ans, voire plus.

En 2016, la capacité totale des centrales solaires à concentration installées dans le monde s’élevait à 4 815 MW. En 2017, l’Espagne exploitait à elle seule près de la moitié de cette capacité, avec un total de 2 300 MW. Les États-Unis en exploitaient 1 740 MW et possédaient deux des plus grandes centrales de ce type au monde, à savoir celles d’Ivanpah (392 MW) et de Mojave (354 MW).

Selon un rapport de l’Agence internatio-

ensuite pompés dans des tubes vers un

nale de l’énergie (AIE) publié en 2017,

récepteur d’énergie où le rayonnement

la consommation d’énergie provenant

solaire concentré les chauffe jusqu’à une

de sources renouvelables (comme le

température pouvant atteindre 566 °C.

solaire à concentration) connaîtra une

Le liquide chaud est alors envoyé vers

croissance de 2,3 % par an entre 2015

des réservoirs de stockage à haute

et 2040. On compte aujourd’hui dans le

température, qui sont également isolés et

monde plus de 40 centrales solaires à

peuvent conserver l’énergie thermique de

concentration en service et 20 autres en

façon prolongée. Ce système de stockage

projet ou en construction. Elles se situent

thermique de l’énergie permet de

plutôt dans des régions très ensoleillées,

compenser les variations de la demande

notamment en Espagne, en Inde, en

et des conditions ambiantes. Les sels

Afrique du Sud, en Chine, au Chili, en

fondus sont pompés à la demande vers un

Australie, au Moyen-Orient, en Afrique du

générateur de vapeur servant à alimenter

Nord et dans le sud des États-Unis.

des turbines classiques pour produire de

Les prototypes des centrales solaires à

l’électricité. Dans les réseaux électriques,

concentration sont entrés en service dès les années 1980. Depuis, des progrès ont été réalisés tant pour le captage que pour le stockage de l’énergie. La tour solaire est l’une des techniques de concentration mises au point pour ces centrales. Ce système utilise des sels fondus comme fluide caloporteur. Parmi ces sels, les mélanges

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le stockage thermique est un moyen particulièrement avantageux de stocker l’énergie des sources renouvelables, et il permet parfois d’éliminer le recours à des centrales d’appoint à combustible.

Pendant l’été 2013, une tour solaire à sel fondu située en Espagne a produit de l’électricité 24 heures sur 24 pendant

de nitrates commencent généralement

36 jours, ce qui constitue une première.

à fondre à une température supérieure

Une autre centrale de ce type est celle

ou égale à 130 °C. Ils sont maintenus à

de Crescent Dunes. Située à Tonopah,

l’état liquide à 288 °C dans un réservoir

dans le désert au nord de Las Vegas

de stockage isolé. Les sels liquides sont

(Nevada), elle offre une capacité de

production électrique nette de 110 MW et

pointe et offrira 12 heures de stockage

dix heures de stockage thermique. Cela

thermique. Dans le Nevada, une centrale

signifie qu’elle peut produire de l’électri-

de plus grande échelle réunira 10 tours

cité à pleine charge pour un maximum

solaires pour offrir une capacité de 2 GW

de dix heures en période de pointe.

(2 000 MW).

10 000 héliostats vers un récepteur situé au sommet d’une tour de 195 m pour y concentrer l’énergie. Chaque héliostat est constitué de facettes réflectrices totalisant une surface de 115,7 m2. Par conséquent, la surface de captage totale dépasse 1,15 million de mètres carrés. Depuis le début de son exploitation en 2015, la

Les systèmes à haute température, dans lesquels les sels fondus posent un problème considérable, sont devenus viables grâce à l’acier inoxydable et aux alliages de nickel. Pour les tubes de

SOLARRESERVE

Les rayons du soleil sont réfléchis par

récepteur, les concepteurs ont adopté des alliages de nickel tels que les nuances UNS N06617, N06625 et N06230 en raison

centrale de Crescent Dunes a produit

de leur résistance au fluage, c’est-à-dire à

plus de 173 GWh d’électricité. Selon les

la déformation sous l’effet d’une utilisa-

estimations, elle alimente 75 000 foyers

tion à haute température sur de longues

en charge de pointe. De nouvelles

durées. Si ces alliages restent stables à

centrales à concentration dotées d’une

des températures de service élevées, c’est

ou plusieurs tours solaires et utilisant

principalement en raison de leur forte

des sels fondus sont en projet en Afrique

teneur en nickel, qui contribue également

du Sud, en Australie et dans le Nevada.

à leur grande résistance à l’oxydation.

La centrale sud-africaine de Redstone

Pour les réservoirs de stockage à haute

aura une capacité de 100 MW, alimentera

température, le choix s’est porté sur l’acier

environ 200 000 foyers en charge de

inoxydable de nuance 347H (S34709).

La centrale de Crescent Dunes, située à Tonopah, dans le désert au nord de Las Vegas (Nevada), offre une capacité de production électrique nette de 110 MW et dix heures de stockage thermique. Cela signifie qu’elle peut produire de l’électricité à pleine charge pour un maximum de dix heures en période de pointe.

Principe des centrales à tour solaire 1. Un grand champ d’héliostats réfléchit les rayons du soleil vers un récepteur situé au sommet d’une tour de 195 m pour y concentrer l’énergie.

1. Récepteur à sels fondus

2. Les sels liquides provenant du réservoir de sels froids sont pompés dans le récepteur où ils sont chauffés jusqu’à 566 °C. 3. Les sels liquides en provenance du récepteur sont stockés dans le réservoir de sels chauds.

4. Générateur de vapeur

4. Turbine à vapeur et générateur

6. Condenseur à air

5. Les sels refroidis à 288 °C sont renvoyés au réservoir de sels froids.

2./5. Réservoir de sels froids 3. Réservoir de sels chauds SOLARRESERVE

4. Les sels chauds sont pompés de leur réservoir vers un générateur de vapeur servant à alimenter une turbine pour produire de l’électricité.

6. Le système fait recirculer l’eau de condensation sortant de la turbine à vapeur.

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RECYCLAGE DU NICKEL : VERS UNE ÉCONOMIE CIRCULAIRE

Le recyclage est une pièce maîtresse des initiatives mondiales de développement durable. Parmi les 17 objectifs de développement durable des Nations Unies, celui de « consommation et production responsables » est la clé de voûte d’une économique circulaire et joue un rôle essentiel dans la lutte contre le changement climatique.

Pour ce qui est du recyclage, en quoi les métaux comme le nickel se distinguent-ils des autres matières premières ?

Des possibilités infinies Tout d’abord, le nickel peut se recycler un nombre infini de fois sans perte de qualité. En général, les métaux provenant des matières premières primaires sont indifférenciables des métaux recyclés.

Par conséquent, il est essentiel de veiller à récupérer et recycler autant de nickel que possible dans les produits arrivés en fin de vie.

Une fois recyclé, le nickel amorce un nouveau cycle de vie, en grande partie sous forme d’acier inoxydable et, pour 15 % environ, dans la boucle de l’acier au carbone.

Ensuite, le nickel ayant un taux de recyclage de 68 % et faisant partie des métaux présentant les meilleurs rendements de recyclage, plus des deux tiers de la totalité du nickel contenu dans les biens de consommation sont recyclés lorsque ces derniers arrivent en fin de vie. Une fois recyclé, le nickel amorce un nouveau cycle de vie, en grande partie sous forme d’acier inoxydable et, pour 15 % environ, dans la boucle de l’acier au carbone.

Cependant, l’analyse des données montre que 17 % du nickel n’est toujours pas recyclé.

Une marge de progression importante La recherche a joué un rôle clé dans la mesure et l’évaluation des taux de recyclage. Il s’agit maintenant de tirer parti des futures occasions de réduire davantage la quantité de nickel finissant en décharge.

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Le Panel international pour la gestion durable des ressources, que le Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE) a établi en 2007 en vue de renforcer et de faire partager les connaissances nécessaires à l’amélioration de l’emploi des ressources dans le monde entier, a publié en 2011 un rapport sur le recyclage des métaux.

Sous la direction de Thomas Graedel, professeur à l’Université Yale, une équipe composée d’experts issus du monde universitaire, de l’industrie et de la société civile a étudié le recyclage de plus de 50 métaux. Ce travail a évalué le rendement du recyclage pour les métaux de base, les métaux précieux et les métaux mineurs. Les résultats montrent quels aspects de ce recyclage ont le plus besoin d’être améliorés.

L’équipe de Thomas Graedel souligne ce qui suit : « Il y a d’importantes différences de rendement dans le recyclage des métaux étudiés : d’un côté, les taux de recyclage des métaux de base tels que l’acier au carbone sont élevés, mais de l’autre, les métaux de terres rares sont rarement recyclés. Différents facteurs sont en jeu, notamment les modes d’utilisation, l’existence d’incitations économiques à la réutilisation ou la disponibilité d’infrastructures de collecte et de recyclage ».

Des recherches menées en continu Le nickel et l’acier inoxydable comptent parmi les matières premières les mieux étudiées tant pour les stocks disponibles (quantités en service dans la société) que pour la modélisation et le recyclage des flux. Barbara Reck, chercheuse chevronnée et membre de l’équipe de Thomas Graedel à l’Université Yale, a participé à la rédaction du rapport du PNUE. Avec l’appui de Team Stainless et du Nickel Institute, elle se consacre depuis des années à l’étude des flux et des stocks de nickel et d’acier inoxydable. Ses travaux sont publiés dans plusieurs revues à comité de lecture. Les modèles ont été établis pour les années de référence 2000, 2005 et 2010. En ce moment, Barbara Reck met la dernière main à une actualisation des modèles relatifs aux stocks et flux de nickel. « Le travail présentera les modèles des stocks et des flux et les taux de recyclage pour 2015 », précise Mark Mistry, expert de l’analyse du cycle de vie du nickel au Nickel Institute. « Entre la première étude de 2000 et celle de 2015, on peut observer

un essor de la demande et de l’utilisation du nickel en Asie, une croissance rapide des stocks de nickel dans la société, ainsi qu’une amélioration dans le recyclage de ce matériau ».

Un travail similaire portant sur l’acier inoxydable confirme ces tendances pour la principale utilisation du nickel. L’étude devrait paraître fin 2018 ou début 2019.

Le rôle de l’industrie L’industrie a également un rôle à jouer.

La quantité de nickel détournée par inadvertance vers la boucle de l’acier au carbone pourrait être davantage réduite.

Par exemple, il est essentiel d’améliorer les systèmes de tri pour que les biens contenant du nickel, notamment sous forme d’acier inoxydable, soient mieux séparés de la simple ferraille.

La bonne nouvelle, c’est que la collaboration en vue de mieux recycler le nickel et de moins en gaspiller donne des résultats tangibles contribuant à pérenniser la ressource.

Le recyclage joue un rôle essentiel dans le cycle de vie du nickel et contribue nettement à pérenniser cette ressource dans le monde. Les matériaux contenant du nickel, comme l’acier inoxydable, sont durables et restent en service pour de nombreuses années. Pourtant, la demande de nickel continue de croître. Son recyclage aide à compléter la production primaire, et donc à répondre à ce défi.

EXTRACTION 57 % de tout le nickel déjà extrait du sol est encore en usage, grâce à la longue durée de vie des produits.

Une ressource abondante pour l’avenir Plus de

Possibilité de recycler les matériaux quand le produit arrive en fin de vie

1

de nickel ont déjà été extraites du sol.

DE TONNES 600 MILLIONS

-+

Le nickel est une ressource naturelle durable, qui ne peut pas être consommée. Il est pleinement et infiniment recyclable sans perte de qualité.

2

de nickel pourraient encore être extraites du sol dans le monde.

ENTIÈREMENT RECYCLABLE

UTILISATION

DE TONNES 60 MILLIONS

28

Ni

Nickel

FABRICATION Conversion du nickel en produits manufacturés

1. United States Geological Survey (USGS), « Minerals information: Historical Global Statistics for Mineral and Material Commodities ». Disponible à l’adresse suivante : https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/historical-statistics/global/.

2. Gavin M. Mudd et Simon M. Jowitt, « A detailed assessment of global nickel resource trends and endowments », Economic Geology, vol. 109, p. 1813-1841 (2014).

NICKEL, VOL. 33, Nº 2, 2018 | 13

Passation de flambeau au Nickel Institute M. Hudson Bates a été nommé président du Nickel Institute à compter du 1er juin 2018. Il succède ainsi à M. David Butler, dont le mandat touchait à sa fin. M. Bates prend les rênes après avoir dirigé les activités scientifiques du Nickel Institute en qualité de directeur de NiPERA. Tout au long des 20 dernières années, il a consacré son expertise à la toxicologie du nickel et de ses

composés. M. Anton Berlin, président du conseil d’administration du Nickel Institute, l’a accueilli à ce poste par ces mots : « Comme en témoignent ses réalisations exemplaires, M. Bates possède des qualités idéales pour guider le Nickel Institute et l’ensemble de l’industrie dans la promotion et l’accompagnement des bonnes utilisations du nickel ».

Mme Adriana Oller nommée directrice générale de NiPERA

Mieux connaître l’allergie au nickel Le Nickel Institute a produit une nouvelle série de vidéos d’information portant sur l’allergie au nickel. Kate Heim, toxicologue spécialiste du sujet à NiPERA, y explique la nature de l’allergie au nickel et la manière de s’en prémunir.

NICKEL

LIGNE

NOUVELLES VIDÉOS

exerce depuis plus de 24 ans un haut niveau de collaboration scientifique en guidant des programmes de recherche et en traitant des questions de réglementation. Coautrice de nombreux articles sur la toxicologie du nickel publiés dans des revues à comité de lecture, elle est reconnue par ses pairs comme une grande spécialiste des effets du nickel sur la santé humaine.

EN

Mme Adriana R. Oller est la nouvelle directrice générale de NiPERA, la division scientifique du Nickel Institute, succédant ainsi à M. Hudson Bates.

Elle est désormais chargée de diriger la recherche stratégique de NiPERA et de guider les activités de recherche, d’étude de la réglementation et de communication de six scientifiques de niveau doctoral. Cette toxicologue

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Pour visionner ces vidéos, rendez-vous sur la chaîne YouTube du Nickel Institute.

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14 | NICKEL, VOL. 33, Nº 2, 2018

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LE RECYCLAGE DES CATALYSEURS : RENTABLE ET BÉNÉFIQUE POUR L’ENVIRONNEMENT Les catalyseurs au nickel sont largement utilisés dans les raffineries et usines pétrochimiques du monde entier. Arrivés en fin de vie, ces catalyseurs sont soit mis en décharge, soit recyclés de manière à récupérer les précieux métaux qu’ils contiennent. Au Koweït, les raffineries sont en train de changer leur manière de traiter les catalyseurs usés.

Un catalyseur est une substance qui accélère des réactions chimiques ou qui les déclenche dans des conditions où elles ne se produisent normalement pas.

Le matériau utilisé comme catalyseur présente généralement un rapport surface-poids très élevé, et il est parfois fixé sur un support inerte composé par exemple d’alumine ou de silice.

Beaucoup de catalyseurs au nickel sont si réactifs qu’ils s’enflamment spontanément au contact de l’air. La teneur en nickel du catalyseur est souvent une caractéristique exclusive, et elle est très variable, allant d’à peine 1,5 % de son poids total jusqu’à 98 % de celui-ci.

Les catalyseurs au nickel des raffineries de pétrole jouent un rôle essentiel dans plusieurs procédés, notamment l’hydrotraitement, l’hydrocraquage et le vaporeformage. Dans les deux premiers procédés, le nickel sert de promoteur (c’est-à-dire qu’il augmente leur rendement). Dans le vaporeformage, un combustible tel que du gaz naturel est porté à haute température et se décompose pour donner de l’hydrogène, du monoxyde de carbone et d’autres produits utiles ; le nickel est alors le principal catalyseur.

CODES UNS UNS

Au bout d’un certain temps d’utilisation, les catalyseurs finissent par s’user et perdent leur efficacité. On estime que les raffineries du monde produisent chaque année environ 150 000 tonnes de catalyseurs usés, tous métaux confondus. Les raffineries koweïtiennes en produisent à elles seules dans les 6 000 à 7 000 tonnes par an. Autrefois, la plus grande partie de ces matériaux finissaient dans des décharges pour déchets dangereux, vu qu’aucun pays du Moyen-Orient ne disposait d’usines de recyclage adaptées.

Pour ces raffineries, il est devenu de plus en plus évident que ce n’était pas une bonne solution pour l’environnement.

Aujourd’hui, des recycleurs de métaux spécialisés se chargent d’envoyer les catalyseurs usés dans des centres de recyclage capables d’en extraire les métaux de valeur. M. Ashish Pathak, de l’Institut koweïtien de la recherche scientifique, précise que « compte tenu des problèmes environnementaux et des principes de développement durable des entreprises, les raffineries koweïtiennes préfèrent désormais vendre leurs catalyseurs usés à des recycleurs de métaux ».

Aujourd’hui, des recycleurs de métaux spécialisés se chargent d’envoyer les catalyseurs usés dans des centres de recyclage capables d’en extraire les métaux de valeur.

Composition chimique des alliages et aciers inoxydables mentionnés dans ce numéro de Nickel (en pourcentage massique).

Al

B

C

Co

Cr

Cu

Fe

La

Mn

Mo

N

Nb

Ni

P

S

Si

Ti

W

N06230 p. 11

0,20 à 0,50

0,015 max.

0,05 à 0,15

5,0 max.

20,0 à 24,0

–

3,0 max.

0,005 à 0,050

0,30 à 1,00

1,0 à 3,0

–

–

restant

0,030 max.

0,015 max.

0,25 à 0,75

–

13,0 à 15,0

N06617 p. 11

0,8 à 1,5

0,006 max.

0,05 à 0,15

10,0 à 15,0

20,0 à 24,0

0,5 max.

3,0 max.

–

1,0 max.

8,0 à 10,0

–

–

44,5 min.

–

0,015 max.

1,0 max.

0,6 max.

–

N06625 p. 11

0,40 max.

0,10 max.

–

20,0 à 23,0

–

5,0 max.

–

0,50 max.

8,0 à 10,0

–

3,15 à 4,15

58,0 min.

0,015 max.

0,015 max.

0,50 max.

0,40 max.

–

S31600 p. 5

–

–

0,08 max.

–

16,0 à 18,0

–

restant

–

2,00 max.,

2,00 à 3,00

0,10 max.

–

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

–

–

S34709 p. 11

–

–

0,04 à 0,10

–

17,0 à 19,0

–

restant

–

2,00 max.

–

–

8 x C min.

1,00 max.

9,0 à 13,0

0,045 max.

0,030 max.

0,75 max.

–

–

NICKEL, VOL. 33, Nº 2, 2018 | 15

CLOUD COLUMN : UNE SCULPTURE MONUMENTALE EN ACIER INOXYDABLE AU NICKEL AU MUSÉE DES BEAUX-ARTS DE HOUSTON La Cloud Column (colonne des nuages) est un autre chef-d’œuvre de l’artiste britanno-indien Anish Kapoor, déjà renommé pour la création de la Cloud Gate (porte des nuages), la sculpture en acier inoxydable emblématique du Millennium Park de Chicago.

Conçue à la fin des années 1990 et

et celui des environs à l’envers, ce qui

réalisée en 2006, la Cloud Column était

invite à contempler non seulement

à l’origine une commande du British

l’objet, mais aussi la manière dont on

Museum. Plus tard, le musée des Beaux-

se positionne par rapport au monde

arts de Houston en a fait l’acquisition

environnant.

pour qu’elle devienne l’une des deux sculptures publiques exposées sur son campus nouvellement réaménagé.

grue gigantesque a soulevé la sculpture à 50 mètres au-dessus du bâtiment de

Cette sculpture oblongue en acier

la Glassell School of Art et l’a déposée

inoxydable de nuance 316 (UNS S31600)

sur son socle à l’entrée d’une grande

pèse juste un peu moins de dix tonnes

esplanade (la Brown Foundation, Inc.

et présente les dimensions suivantes :

Plaza). Puis un polissage manuel,

8,95 × 3,32 × 2,03 m. Elle est composée

exécuté pendant et après l’installation,

de tôles d’acier inoxydable soudées en

lui a rendu son poli miroir d’origine.

segments et mises en forme à la main.

Le façonnage manuel propre à cette sculpture lui a conféré une surface subtilement ondulée produisant une

© ANISH KAPOOR, TOUS DROITS RESERVES, DACS, 2016

L’installation a pris deux jours : une

multiplicité de reflets.

La Cloud Column est une addition captivante au campus revitalisé du musée.

Dévoilée en mai 2018, la sculpture est déjà une attraction emblématique de Houston, et elle continuera d’éblouir

L’une des faces de la sculpture est

ses visiteurs pendant de nombreuses

convexe, tandis que l’autre est concave.

décennies grâce à la durabilité et

Lorsqu’on plonge le regard dans sa

à l’esthétique chatoyante de l’acier

face concave, on voit son propre reflet

inoxydable.

Anish Kapoor, Cloud Column (1998-2006), sculpture en acier inoxydable. Musée des Beaux-arts de Houston (acquisition financée par le fonds de dotation Caroline Wiess Law).

16 NICKEL, | NICKEL, VOL.VOL. 33,33, Nº Nº 2, 2018 2, 2018