Métaux stratégiques pour les transitions énergétique et numérique

Terres rares, Métaux stratégiques, Exploitation minière, Métallurgie extractive, Matériaux fonctionnels, Géopolitique et économie des métaux rares

Mathématique et Physique de classes préparatoires

A l’issue du module, les étudiants seront en mesure de comprendre les enjeux de la raréfaction des ressources à travers une approche transdisciplinaire, scientifique et socio-économique

Objectifs pédagogiques

Les transitions énergétique et numérique représentent un défi pour la société à moyen et long terme. En effet, il s’agit de pérenniser la diversité des ressources nécessaires à l’évolution technologique des matériaux, dans le respect des exigences environnementales et sociétales, selon une approche durable. Ce module a pour ambition d’apporter aux futurs ingénieurs un éclairage sur ces enjeux, au travers d’une approche transdisciplinaire, scientifique et socio-économique.

Les objectifs du cours sont :

• Donner un aperçu des développements apportés par l’innovation dans le domaine des matériaux, en particulier dans le cadre des transitions énergétique et numérique. Quels sont les nouveaux usages, les usages à venir et les matériaux de substitution possibles ?
  
• Acquérir une compréhension du fonctionnement de dispositifs de conversion d’énergie et des éléments utilisés actuellement.
• Appréhender les différents critères conduisant à la criticité d’une ressource : abondance globale sur Terre, disparité de sa répartition mondiale, existence de solutions techniques pour son extraction et sa première transformation, poids et disparité des normes environnementales et sociales, possibilités de recyclage, etc. Acquérir une compréhension des principaux outils de métallurgie extractive et d’élaboration nécessaires à la fabrication de matériaux de haute technologie.
  
• Fournir des éléments de compréhension sur les enjeux économiques et géopolitiques associés.

Contenu – Programme

1. Matériaux pour les transitions énergétique et numérique

• Généralités, introduction générale sur la Science et le Génie des Matériaux
• Transition énergétique : exemple du photovoltaïque en tant qu’énergie verte
• Transition numérique : science des matériaux et industrie 4.0

2. Ressources primaires

• Géologie et métallogénie
• Exploitation des mines : méthodes extractives et minérallurgie
• Exploitation des mines : impacts socio-économiques et environnementaux des exploitations

3. Transformation, métallurgie et recyclage

• Transformation du minerai par les procédés d’hydrométallurgie
• Pyrométallurgie et élaboration des alliages métalliques
• Valorisation des mines urbaines : enjeux, procédés et limites du recyclage

4. Enjeux sociétaux dans une économie mondialisée

• Aspects géopolitiques
• Economie des métaux rares

Ce cours a été construit pour les élèves-ingénieurs de tous les départements. Toutefois, 5 de ses séances présentent une redondance avec les cours du Master 2 STPE, parcours « Génie Minier et Risques », et il est donc déconseillé (mais pas interdit) aux étudiants de suivre ces deux enseignements.

Connaitre les grandes classes de matériaux utilisés dans des dispositifs de conversion d’énergie, les principes d'extraction, de transformation et d'application des métaux stratégiques, ainsi que les contextes économiques et géopolitiques associés.

Comprendre les enjeux sociétaux liés à l'accès et à l'utilisation des métaux stratégiques.

Appliquer une approche globale pour l’étude d’une ressource spécifique, mettant en lumière les enjeux technologiques et sociétaux.

Analyser les interactions entre les enjeux technologiques, géopolitiques et économiques liées à l'extraction et l'utilisation des métaux stratégiques.

Synthétiser les différents aspects appréhendés dans ce cours pour comprendre le rôle central des métaux critiques dans les transitions énergétiques et numériques.

Développer un avis critique sur la gestion de ces ressources.