Moteurs électriques 3D : pour réduire la dépendance aux terres rares

Minéraux critiques, matériaux stratégiques, terres rares... Ces termes apparaissent souvent dans l'actualité, sur fond de tensions géopolitiques. Mais saviez-vous que bon nombre d'objets que nous utilisons au quotidien en dépendent? Votre cellulaire, votre ordinateur et même votre véhicule électrique contiennent plusieurs de ces éléments essentiels. Que se passerait-il si leur approvisionnement venait à manquer? Nos experts se penchent sur la question et développent déjà des solutions potentielles.

Une dépendance à repenser

Les terres rares regroupent 17 métaux indispensables à de nombreuses technologies de pointe et aux systèmes de production et de stockage d'énergies, comme les panneaux solaires, les turbines éoliennes et les batteries électriques.

Indispensables à la transition vers des technologies propres et à l'électrification des transports, elles sont largement utilisées dans la fabrication des moteurs électriques à hautes performances. Par exemple, les aimants permanents qui assurent la rotation de ces moteurs sont fabriqués à base de néodyme, un métal des terres rares.

Bien que plusieurs pays, dont le Canada, en possèdent des réserves importantes, l'extraction et le raffinage des terres rares sont complexes et coûteux, entrainant des impacts environnementaux majeurs. Par ailleurs, la domination du marché de la production par un nombre limité d'acteurs accentue la vulnérabilité des autres pays, particulièrement face aux fluctuations économiques et aux tensions géopolitiques.

Remplacer les terres rares peut être difficile compte tenu de leurs propriétés uniques, toutefois, la recherche progresse.

Au Conseil national de recherches du Canada (CNRC), des experts en fabrication avancée en matériaux magnétiques mettent au point des moteurs qui nécessitent moins de terres rares. Grâce à la technique de fabrication additive par projection à froid, ils parviennent à fabriquer des aimants permanents à hautes propriétés mécaniques, sans assemblage requis. Au moyen d'un robot programmable et d'un système à gaz sous pression, une fine poudre est projetée sur une surface cible pour créer des formes complexes qui peuvent être intégrées à de nouvelles géométries de moteurs plus performants.

En combinant cette technique à l'optimisation topologique, une méthode qui permet d'identifier rapidement des configurations complexes et de favoriser une utilisation efficiente des matériaux, les scientifiques conçoivent des composants de moteurs plus légers et compacts. En fin de compte, cela réduit la quantité de matériaux utilisés, y compris les terres rares. Parallèlement, ils accélèrent l'intégration de techniques de conception avancées basées sur l'apprentissage machine et l'intelligence artificielle.

Ces derniers explorent également de nouvelles compositions d'aimants permanents à base de matériaux moins coûteux et plus stables à haute température, comme le samarium-fer-azote (SmFeN) et le samarium-cobalt (SmCo). Le samarium constitue une solution de rechange face aux défis de disponibilité et de volatilité du prix du néodyme, parfois soumise à des restrictions d'exportation.

Création d'une chaîne de valeur durable

Si l'enjeu semble technique, les retombées sont majeures. Les travaux menés par le CNRC visent à stimuler l'industrie canadienne, créer des emplois qualifiés dans le secteur du transport et renforcer la compétitivité des entreprises, tout en réduisant l'empreinte carbone et la dépendance à des minéraux importés. Cette dynamique contribuera à renforcer la position du Canada sur le marché mondial des technologies propres.

Qui sait jusqu'où nous pourrons aller, lorsque la transition énergétique sera propulsée par des moteurs du futur, plus efficaces et plus puissants, conçus et fabriqués ici avec moins de terres rares? Pour nos chercheurs, l'objectif est clair : imprimer en 3D des moteurs toujours plus performants à partir de matériaux durables.