Et si un métal pouvait devenir plus intelligent ? Un laboratoire de recherche de Chongqing, dans le sud-ouest de la Chine, étudie comment l’IA et les technologies de pointe peuvent remodeler la production de magnésium et pousser ce matériau léger au-delà du traitement traditionnel.
Le magnésium est le métal de construction le plus léger actuellement utilisé dans l’industrie. La Chine détient environ 70 % des réserves mondiales de magnésium et produit environ 90 % de la production mondiale. Cependant, l’industrie du magnésium de Chongqing s’est historiquement concentrée sur les matières premières de moindre valeur et sur la transformation préliminaire.
Le laboratoire du lac Mingyue s’efforce d’augmenter la valeur de la ressource en développant des alliages de magnésium, des batteries, des systèmes de stockage d’hydrogène et des composants automobiles.
L’une des principales innovations du laboratoire est une plateforme basée sur l’IA pour la conception de matériaux à base de magnésium. Il s’appuie sur plus de 500 000 publications scientifiques et brevets, 3 millions d’ensembles de données sur la structure des alliages et un grand modèle linguistique d’alliages légers formé sur 140 millions de documents scientifiques.
Les chercheurs s’appuyaient auparavant largement sur des expériences physiques répétées pour identifier les compositions de matériaux appropriées. La plateforme permet aux ingénieurs de saisir les exigences de performances et de recevoir les formulations d’alliages recommandées, augmentant ainsi l’efficacité de la recherche de plus de 50 %.
L’installation a également développé une batterie magnésium-ion de niveau ampère-heure. Le laboratoire a déclaré que son coût de production pourrait représenter environ 4 % de celui d’une batterie lithium-ion et que sa composition chimique réduisait le risque d’incendie. Après 19 000 cycles de charge et décharge, la batterie a conservé 88,3 % de sa capacité, selon les données du laboratoire.
Une autre direction de recherche est le stockage de l’hydrogène et du magnésium à l’état solide. Le laboratoire a déclaré que les particules de magnésium pesant environ 100 grammes peuvent stocker de l’hydrogène à haute densité, la technologie étant destinée à réduire la dépendance aux grands réservoirs à haute pression dans les véhicules fonctionnant à l’hydrogène.
L’allègement automobile constitue actuellement l’un des liens les plus étroits du laboratoire avec la production industrielle.
Ses chercheurs ont développé le plus grand composant moulé sous pression automobile en alliage de magnésium au monde. La pièce est 32 % plus légère qu’un composant comparable en alliage d’aluminium et a été installée dans des véhicules produits en série par le constructeur automobile SERES, basé à Chongqing.
Le laboratoire développe également des roues en alliage de magnésium par moulage par injection semi-solide, un procédé dans lequel du métal partiellement solidifié est injecté dans un moule pour produire une pièce proche de sa forme finale.
Jiang Bin, directeur adjoint du Centre national de recherche en ingénierie pour les alliages de magnésium et chef de l’Institut des matériaux légers et de l’ingénierie du laboratoire, a déclaré que la méthode pourrait résoudre les limites de coût et d’efficacité des roues en magnésium forgé.
« Le forgeage est une forme de transformation du plastique qui nécessite un long processus de production et des coûts élevés », a expliqué Jiang. « Avec le moulage par injection semi-solide, le coût du matériau peut être environ 25 % inférieur à celui de l’alliage d’aluminium, tandis que le processus de production est plus simple et permet une mise en forme quasi nette. »
Jiang a déclaré que l’équipe de recherche avait travaillé à la fois sur la composition de l’alliage et sur les paramètres de fabrication et qu’elle pouvait désormais produire des roues allant de 16 à 21 pouces.
Une roue en magnésium de 16 pouces développée par l’équipe pèse environ 8 kilogrammes et est 30 % plus légère qu’une roue en aluminium de même taille. Quatre de ces roues pourraient réduire le poids d’un véhicule électrique d’au moins 10 kilogrammes, selon les données du projet.
Après des essais techniques, la technologie pourrait entrer en production de masse dans de nouveaux modèles de SERES, Changan Automobile et FAW dès l’année prochaine.
La consommation moyenne d’alliage de magnésium par véhicule en Chine est actuellement d’environ 5 kilogrammes. Les véhicules Changan consomment environ 10 kilogrammes, tandis que les modèles SERES en consomment plus de 20 kilogrammes, selon le laboratoire.
« Si des roues en magnésium semi-solides moulées par injection peuvent être utilisées dans des véhicules complets, le niveau d’allègement s’améliorera encore », a déclaré Jiang. Avec des applications supplémentaires dans les boîtiers de transmission électrique, les panneaux de porte intérieurs et les structures de plancher arrière, a-t-il ajouté, l’utilisation de magnésium dans les véhicules de la marque Chongqing pourrait éventuellement dépasser 100 kilogrammes par véhicule et potentiellement atteindre 150 kilogrammes.
Le laboratoire du lac Mingyue dispose d’une équipe de recherche de 719 personnes, dirigée par l’académicien Pan Fusheng de l’Académie chinoise d’ingénierie. Il exploite huit plates-formes de recherche majeures et a produit six résultats de recherche originaux particulièrement pertinents pour Chongqing.
Le laboratoire a reçu 59 brevets d’invention et a participé à l’élaboration ou à la révision de six normes internationales et de trois normes nationales. Elle a également créé six centres de recherche communs avec 10 entreprises, dont China Baowu Steel Group et SERES.
Un fonds industriel pour les nouveaux matériaux de plus de 1,2 milliard de yuans (environ 177 millions de dollars) a également été créé avec des partenaires, dont Minmetals Jintong, pour soutenir la commercialisation des résultats de la recherche.
Pour les constructeurs automobiles du monde entier, la réduction du poids des véhicules est devenue une stratégie clé pour améliorer l’efficacité et étendre l’autonomie des véhicules électriques. À mesure que les voitures alimentées par batterie deviennent plus lourdes en raison de batteries plus grandes, les matériaux légers tels que l’aluminium, la fibre de carbone et les alliages de magnésium attirent l’attention dans l’ensemble de l’industrie.
L’Agence internationale de l’énergie a identifié l’allègement des véhicules comme une voie importante pour améliorer l’efficacité des véhicules électriques dans son Global EV Outlook 2024. Le ministère américain de l’Énergie a également répertorié les alliages de magnésium comme un matériau clé pour les futurs véhicules légers.
Le magnésium reste beaucoup moins utilisé que l’aluminium, mais son adoption augmente. Les données de l’industrie ont montré que la consommation moyenne de magnésium par véhicule en Chine atteignait environ 10 kilogrammes en 2023, tandis qu’en Amérique du Nord, ce chiffre était d’environ 18 kilogrammes.
La demande de magnésium augmente en partie en raison de son utilisation pour alléger les véhicules et les avions, a déclaré le ministère américain de l’Énergie. En Europe, les normes de plus en plus strictes en matière de dioxyde de carbone pour les nouvelles voitures et camionnettes accentuent également la pression sur les constructeurs automobiles pour qu’ils améliorent l’efficacité des véhicules, les matériaux légers offrant une voie potentielle.
(Ran Zheng, Huxin Luo, Xudong Yang, Vivian Yan, Kenny Dong et Dan Liu ont contribué à cette histoire.)
