Nickel vert : alimenter un avenir énergétique propre

Le monde traverse actuellement une transition énergétique verte, et les batteries jouent un rôle clé dans cette transition. Composantes essentielles de nombreuses technologies modernes, les batteries rechargeables alimentent tout, des smartphones et ordinateurs portables aux véhicules électriques (VE) et aux systèmes de stockage d'énergie.

Parmi les types de batteries, batteries lithium-ion sont les plus populaires et les plus utilisées. L'un des ingrédients clés de ces batteries est le nickel (Ni), cinquième élément le plus répandu sur notre planète.

On le trouve non seulement en abondance dans la croûte et le noyau terrestres, mais c'est aussi un élément commun dans les météorites, avec le fer. Présent naturellement dans le sol et l'eau, le nickel est un nutriment essentiel pour les plantes.

Le nickel possède de nombreuses propriétés physiques et chimiques exceptionnelles, qui le rendent essentiel dans des centaines de milliers de produits. Parmi celles-ci, on peut citer un point de fusion élevé (1453 XNUMX °C), une résistance à la corrosion et à l'oxydation, une grande malléabilité, une recyclabilité optimale et des propriétés magnétiques à température ambiante. 

Il s'allie également facilement, plus particulièrement, avec le chrome et d'autres métaux pour produire des aciers inoxydables et résistants à la chaleur. 

Utilisé chaque année dans 1.97 million de tonnes d'acier inoxydable et 210 kilotonnes d'alliages non ferreux, le nickel est devenu un élément hautement stratégique et difficilement remplaçable. Ces applications améliorent respectivement la longévité des produits et l'efficacité des moteurs, contribuant ainsi au développement durable.

Alors que l'acier inoxydable représente la majeure partie (65 %) des cas d'utilisation du nickel, les batteries constituent le deuxième cas d'utilisation le plus important avec 16 %.

Le nickel est utilisé dans les batteries pour offrir une densité énergétique plus élevée et une plus grande capacité de stockage à moindre coût. Avec l'essor de la fabrication et de l'adoption des véhicules électriques et l'importance croissante des systèmes de stockage d'énergie pour équilibrer l'offre et la demande énergétiques, la demande de nickel est en hausse.

En termes de chiffres, 70 % de la production annuelle mondiale actuelle de nickel, soit 3 millions de tonnes, seront destinés au secteur de l'acier inoxydable, tandis que 3 millions de tonnes supplémentaires de nickel devraient être nécessaires uniquement pour la production de batteries d'ici 2040. Ce nickel supplémentaire sera alimenté par la décarbonisation du secteur des transports grâce à l'utilisation d'électrodes de batterie à base de nickel dans les véhicules électriques.

En conséquence, la demande mondiale de nickel doublera pour atteindre 6 millions de tonnes par an.

Gisements de nickel riches en quantité, complexes en qualité

Métal relativement abondant, le nickel est présent partout dans l'environnement, mais seulement à l'état de traces. Toujours présent dans le sol, on le retrouve en plus forte concentration dans plusieurs minerais, notamment les oxydes, les sulfures et les silicates.

À l'échelle mondiale, les ressources en nickel sont estimées à environ 350 millions de tonnes, les principaux gisements se trouvant en Australie, en Indonésie, en Afrique du Sud, en Russie et au Canada. Ces cinq pays détiennent ensemble plus de 50 % des ressources mondiales en nickel. 

Bien que près de 80 % du nickel extrait l'ait été au cours des trente dernières années, les réserves de cet élément ont continué de croître. Cette croissance s'explique par l'intensification des activités d'exploration des sociétés minières, une meilleure connaissance des nouveaux gisements dans les zones reculées et l'amélioration des technologies permettant de traiter davantage de nickel, notamment les minerais à faible teneur. 

La production de nickel repose à 60 % sur des minerais sulfurés à haute teneur, dont la teneur en nickel est comprise entre 1.5 et 4 % en poids. Le reste est assuré par des minerais de moindre qualité, comme les latérites, dont la teneur moyenne en nickel est de 1.5 % en poids. Ces minerais se divisent en deux types : la saprolite et la limonite.

Il est intéressant de noter que les réserves de nickel terrestres sont distribuées de manière inverse : 60 % du nickel total disponible dans la nature se trouve dans les latérites. Seulement 40 % du nickel se trouve dans les gisements de minerai sulfuré, où il existe principalement sous forme de minéraux binaires et ternaires distincts riches en nickel, tels que NiS, Ni2FeS4 et (Co,Ni)3S4.

Ce qui fait des minéraux sulfurés une option privilégiée, c'est leur simplicité chimique. Celle-ci permet une séparation efficace des impuretés de la gangue (matière sans valeur commerciale entourant le minéral recherché ou étroitement mélangée à celui-ci) des composés contenant du nickel, grâce à des méthodes traditionnelles comme la flottation par mousse.

Bien sûr, le problème est que les réserves de sulfures de nickel sont limitées et en déclin, et donc incapables de répondre à la demande mondiale en nickel en forte croissance. Il est donc nécessaire de produire du nickel de manière durable à partir de latérites à faible teneur, mais abondantes. 

Dans ces gisements, le nickel n'est pas présent sous forme de minéraux isolés ; il est plutôt dissous dans des silicates de magnésium complexes ou des oxydes de fer. On y trouve notamment des silicates de magnésium (Mg) (appelés saprolites) comme (Mg,Fe,Ni)3Si2O5(OH)4 et (Mg,Fe,Ni)3Si4O10(OH)2.4H2O). Il remplace également partiellement le fer (Fe) dans la limonite, comme la goethite (Fe,Ni)OOH.

La complexité des minerais de nickel à faible teneur, tant en termes de produits chimiques que de minéraux, limite l’extraction efficace et durable du nickel pour les technologies vertes en aval.

Pour surmonter ce problème fondamental, les chercheurs de l'Institut Max Planck pour les matériaux durables (MPI-SusMat) ont créé une nouvelle technique, sans carbone et économe en énergie, pour extraire le nickel destiné à l'acier inoxydable, aux batteries et aux aimants.

Coûts environnementaux de la production conventionnelle de nickel

Bien que le nickel joue un rôle crucial dans la fabrication des batteries, la production de cet élément n’est pas vraiment respectueuse de l’environnement, comme c’est le cas de la plupart des extractions et traitements de métaux. 

Dans le cas du nickel, son impact négatif sur l'environnement comprend la pollution de l'air et de l'eau, l'érosion et la dégradation des sols, la déforestation, les déchets toxiques et la perte de biodiversité, entre autres. La production de nickel est également un processus énergivore qui contribue aux émissions de gaz à effet de serre (GES). 

La production conventionnelle de nickel émet environ 20 tonnes de CO2 par tonne de nickel. En 2019, l'extraction du nickel a été responsable de environ 120 millions de tonnes métriques d’équivalent dioxyde de carbone (CO2e) dans le monde.

Selon l'étude du MPI-SusMat, l'empreinte globale de l'industrie est d'environ 20 à 27 tonnes d'équivalent CO2 par tonne de nickel, soit plus de dix fois celle de l'acier, soit 10 tonnes d'équivalent CO2.3 par tonne. L'extraction du nickel est donc un métal très nocif pour l'environnement.

Les émissions de CO2 sont le principal facteur du changement climatique, et si l’industrie de production de nickel souhaite le combattre et devenir neutre sur le plan climatique, ses émissions de carbone doivent être réduites de manière drastique.

Il est intéressant de noter que les efforts mondiaux visant à réduire les émissions de carbone s'appuient sur la tendance à l'électrification, qui remplace les combustibles fossiles par l'électricité. Cependant, cette transition repose fortement sur le nickel, ce qui réduit considérablement l'impact de ces initiatives et suscite des inquiétudes quant au transfert de la charge environnementale à la métallurgie. Selon le premier auteur de l'étude, Ubaid Manzoor, doctorant au MPI-SusMat :

« Si nous continuons à produire du nickel de manière conventionnelle et à l’utiliser pour l’électrification, nous ne faisons que déplacer le problème au lieu de le résoudre. » 

Ainsi, avec leur nouvelle méthode de production de nickel, les chercheurs proposent une voie durable pour extraire le métal des minerais où le plasma d'hydrogène remplace le carbone, rendant ainsi le processus sans CO2, ce qui permet également d'économiser de l'énergie et du temps. Il utilise notamment des minerais de nickel de faible qualité, qui ont été négligés en raison de leur complexité.

Actuellement, le traitement industriel de ces minerais, à savoir la latérite de Ni, est dicté par la structure cristallographique des phases hébergeant le Ni et la teneur en Ni et en Fe du minerai. 

Les minerais de limonite, à faible teneur en Ni et MgO (< 4 % en poids de Mg), sont généralement traités par lixiviation acide haute pression (HPAL) pour récupérer le Ni et le cobalt (Co), lorsqu'ils sont présents. La demande énergétique pour ce procédé est considérable, comprise entre 230 et 570 GJ par tonne de Ni, ce qui dépasse largement les 22 GJ par tonne nécessaires à la production d'acier.

Dans ce contexte inquiétant, l'approche de l'étude promet une rupture prometteuse avec les techniques industrielles conventionnelles. En remplaçant les agents réducteurs à base de carbone (C) et de soufre (S) par de l'hydrogène, l'étude minimise les émissions directes de CO2 et de dioxyde de soufre (SO2).

Il évite également l’utilisation d’acides nocifs comme l’acide sulfurique (H2SO4) dans le HPAL et élimine le besoin de pré- et post-traitements coûteux.

Une révolution dans le traitement du nickel grâce à l'hydrogène en une seule étape

La recherche, financée par la bourse avancée du Conseil européen de la recherche, a été publiée dans la revue Nature. Elle détaille les nouveau procédé d'extraction du nickel¹.

Leur approche complètement différente consiste en un processus de réduction par fusion d’une charge entière de minerai séché en une seule étape métallurgique utilisant du plasma d’hydrogène. 

Ce procédé intègre la calcination, la fusion et l'affinage en une seule étape. Toutes ces opérations se déroulent simultanément et dans un seul four. Cela a permis à l'équipe d'extraire directement du ferronickel de haute qualité, un matériau métallique composé de fer et de nickel utilisé comme agent d'alliage, à partir de la charge de minerai séchée, en une seule étape.

Par « étape unique », les chercheurs font référence à la production de ferronickel raffiné à partir de minerai séché en un seul procédé métallurgique, contrairement à la méthode RKEF. Le RKEF, ou four électrique rotatif, est une méthode de production de ferronickel à partir de minerais de nickel latéritique. Il comprend trois étapes : la calcination du minerai séché, qui est ensuite fondu dans un four à arc électrique (FAE), et enfin, l'affinage pour réduire les impuretés à des niveaux acceptables. 

En revanche, le procédé de réduction par fusion au plasma d’hydrogène (HPSR) couvre tout cela en une seule étape.

Grâce à leur approche, les chercheurs ont produit des alliages de ferronickel raffinés de haute qualité, avec une cinétique de réduction rapide. L'alliage contient un minimum d'impuretés grâce au contrôle thermodynamique de l'atmosphère du four, ce qui lui a permis de réduire sélectivement le nickel. Des teneurs en silicium (Si) inférieures à 0.08 % en poids, en calcium (Ca) inférieures à 0.09 % en poids et en phosphore (P) proches de 0.00 % en poids ont permis d'éviter tout affinage supplémentaire.

« En utilisant le plasma d'hydrogène et en contrôlant les processus thermodynamiques à l'intérieur du four à arc électrique, nous sommes capables de décomposer la structure complexe des minéraux des minerais de nickel à faible teneur en espèces ioniques plus simples, même sans utiliser de catalyseurs. »

– Auteur correspondant, professeur Isnaldi Souza Filho, chef du groupe « Synthèse durable des matériaux » au MPI-SusMat

Entièrement renouvelable, le nouveau procédé présenté remplace les carburants et réducteurs carbonés par de l'électricité et de l'hydrogène renouvelables. Il permet ainsi de réaliser jusqu'à 18 % d'économies d'énergie et jusqu'à 84 % de réduction des émissions de COXNUMX. réduction des émissions de CO2s.

Les preuves expérimentales de l’étude soutiennent le HPSR en une seule étape comme une alternative durable pour la production de métaux à partir d’oxydes et de silicates, élargissant les options de matières premières aux minéraux à faible coût et à faible teneur.

Globalement, cette approche durable permet une utilisation bénéfique du nickel dans les technologies énergétiques durables tout en atténuant les dommages environnementaux causés par sa production. Le même procédé peut également être appliqué à un autre élément clé des batteries, le cobalt.

Il est notamment possible d'adapter le procédé à des applications industrielles, ce qui constitue la prochaine étape pour l'équipe. Cela nécessitera la mise en œuvre d'arcs courts à courants élevés, l'injection de gaz ou l'intégration d'un dispositif d'agitation électromagnétique externe sous le four. Cela permettra de garantir que la masse fondue non réduite atteigne en continu l'interface de réaction, car c'est seulement à cet endroit que se produit la réduction des minerais de nickel en espèces ioniques plus simples.

Cela peut être réalisé grâce à des méthodes industrielles bien établies, qui permettent d’intégrer la nouvelle méthode dans les processus existants.

Investir dans le nickel vert

Tesla (TSLA ) est l'un des principaux acteurs de la promotion d'un approvisionnement en nickel plus propre. Les véhicules électriques dépendant fortement des batteries riches en nickel, l'entreprise a commencé à s'approvisionner auprès de producteurs axés sur la réduction des émissions et l'amélioration des normes minières, comme BHP's (BHP ) opérations en Australie.

Et lorsque Tesla choisit un nickel plus écologique, cela influence la façon dont le reste de l’industrie envisage l’approvisionnement, c’est pourquoi il joue un rôle si central dans cet espace.

Tesla (TSLA ) 

Lors de la conférence téléphonique sur les résultats du deuxième trimestre 2 de la société, Musk a exhorté les mineurs à investir dans « l'extraction de nickel respectueuse de l'environnement à haut volume » en prévision de l'augmentation de la production de véhicules électriques au cours des prochaines années.

En 2022, Talon a conclu un accord avec la société métallurgique Talon (TSX : TLO) pour l’approvisionner en nickel provenant de son projet Tamarack à haute teneur, au Minnesota. Ce partenariat vise à « la production responsable de matériaux pour batteries, directement de la mine à la cathode », avait alors déclaré Henri van Rooyen, PDG de Talon, soulignant que l’entreprise affichait « la plus faible empreinte carbone intégrée du secteur ».

Dans le même temps, Tesla a salué l'approche innovante de Talon en matière de découverte, de développement et de production de matériaux de batterie, qui comprend le stockage permanent du carbone et l'exploration de nouvelles extractions de matériaux.

La même année, Tesla a également signé un contrat à long terme avec Vale pour lui fournir du nickel à faible teneur en carbone provenant de ses opérations canadiennes. 

Avant même cela, Tesla s'est associé au groupe australien BHP, dont la capitalisation boursière est de 127.7 milliards de dollars et qui est impliqué dans la production de nickel à faible teneur en carbone pour les véhicules électriques, afin d'améliorer la résilience de la chaîne d'approvisionnement des batteries et de réduire les émissions de carbone.

À la fin de l'année dernière, BHP a commencé la construction de systèmes de stockage d'énergie solaire et de batterie hors réseau pour alimenter son installation Nickel West Mount Kit et son exploitation de Leinster, qui fourniront l'élément à Tesla. 

« Le projet est le premier projet d'énergie renouvelable hors réseau à grande échelle de BHP dans le cadre de nos opérations mondiales et, de manière significative, il permettra de retirer de la route l'équivalent de 23,000 XNUMX voitures à moteur à combustion chaque année, soutenant ainsi nos objectifs de réduction des gaz à effet de serre », a déclaré Jessica Farrell, présidente de BHP Nickel West Asset.

Concernant la performance boursière de Tesla, son action s'échange actuellement à 340.20 $, toujours en baisse de près de 14 % depuis le début de l'année, après s'être redressée depuis le plus bas de 217.80 $ atteint le mois dernier. Cette reprise permet à l'action Tesla de se rapprocher progressivement de son record historique (ATH) de près de 484 $ atteint en décembre 2024.

Aujourd'hui, la capitalisation boursière de Tesla est enfin supérieure à 1 1.2 milliards de dollars (1.82 191.36 milliards de dollars pour être exact) tandis que son BPA (TTM) est de XNUMX et son P/E (TTM) de XNUMX.

Parallèlement, les résultats financiers du premier trimestre 2025 affichent une baisse de 9 % du chiffre d'affaires par rapport à l'année précédente, à 21.3 milliards de dollars. Le chiffre d'affaires du secteur automobile a enregistré une forte baisse de 20 %, à 14 milliards de dollars, tandis que les revenus issus des crédits ont augmenté de 37.7 %, à 595 millions de dollars, et les revenus de production et de stockage d'énergie ont bondi de 67 %, à 2.73 milliards de dollars. 

De plus, une baisse a été constatée dans le bénéfice net à 409 millions de dollars, soit 12 cents par action, tandis que le bénéfice d'exploitation a baissé à 400 millions de dollars, ce qui a donné lieu à une marge d'exploitation de 2.1 %.

Outre les incitations à la vente et les prix de vente moyens plus bas, le déclin a été attribué à la nécessité de mettre à jour les lignes de production de ses usines pour commencer à fabriquer des versions rafraîchies du SUV Model Y.

Durant cette période, Tesla a produit un peu plus de 362,000 336,000 véhicules et livré un peu plus de 1 XNUMX véhicules. « Si le changement de gamme du Model Y dans nos quatre usines a entraîné la perte de plusieurs semaines de production au premier trimestre, la production du nouveau Model Y continue de progresser favorablement », a indiqué l'entreprise dans son communiqué. communiqué de presse.

Tesla a également déployé 10.4 GWh de produits de stockage d'énergie au premier trimestre 1. La société a noté que la croissance de l'infrastructure d'IA « crée une opportunité démesurée » pour ce segment afin de stabiliser le réseau.

Dans sa communication aux actionnaires, le constructeur automobile a mis en garde les investisseurs contre l'« incertitude » des marchés due à l'évolution rapide de la politique commerciale, qui impacte négativement les côtes et la chaîne d'approvisionnement. Tesla s'attend à ce que cette « dynamique » et ce « changement de sentiment politique » aient un impact sur la demande pour ses produits à court terme.

Dans ce contexte, Tesla est confronté à la concurrence des concurrents chinois à moindre coût sur le marché des véhicules électriques. Alphabet's (GOOG ) Waymo dans le secteur des robotaxis. 

Conclusion

Le nickel est un élément fondamental de la transition vers une énergie propre, mais ses méthodes d’extraction traditionnelles nuisent à l’environnement et compromettent les objectifs mêmes qu’il contribue à atteindre.

Dans ce contexte, des innovations comme la fusion au plasma d'hydrogène offrent une voie prometteuse pour décarboner la production de nickel. Cette approche de production de nickel vert proposée par MPI-SusMat ouvre également la voie à une électrification plus durable du secteur des transports. De plus, l'alliage de nickel créé à partir de minerai à faible teneur peut être utilisé directement dans la production d'acier inoxydable et, après un raffinage supplémentaire, comme matériau d'électrode pour les batteries. Même les déchets (scories) produits lors du processus peuvent constituer une ressource précieuse pour le secteur de la construction.

Ainsi, le nouveau procédé de production de nickel durable offre un potentiel important pour la mise à l’échelle et le développement des véhicules électriques et du stockage sur réseau, promettant un avenir plus vert !

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Études référencées :

1. Manzoor, U., Mujica Roncery, L., Raabe, D., et Souza Filho, IR (2025). Nickel durable grâce à la réduction à base d'hydrogène. Nature, 641(8062), 365–373. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08901-7