Electrode MMO : l’odyssée des métaux rares
Electrode MMO : l’odyssée des métaux rares
Les électrodes de métaux mixtes (Metal mixed oxide) sont principalement composées d’un support en titane recouvert d’une couche d’oxyde métallique catalytiquement active. Le titane est choisi pour son excellente résistance à la corrosion et ses propriétés mécaniques robustes. La couche d’oxyde métallique, souvent constituée de mélanges de dioxyde de ruthénium (RuO2), de dioxyde d’iridium (IrO2) et de dioxyde de titane (TiO2), est déposée sur le support en titane pour améliorer l’activité catalytique et la conductivité de l’électrode. Des noms savants que nous allons décryptés.
Ruthénium, Iridium, titane : Des métaux considérés stratégiques
Le ruthénium et l’iridium sont des métaux de transition appartenant au groupe du platine dans le tableau périodique. En électrochimie, ces métaux sont très appréciés pour leur excellente propriété catalytique et leur robustesse dans des environnements électrochimiques sévères. Cela en fait des composants clés des électrode de métaux mixtes (MMO). Le ruthénium joue un rôle crucial dans la réaction d’oxydation spécifiques des ions chlorures, offrant une faible surtension et une grande efficacité.
Ces métaux sont considérés comme critiques en raison de différents critères géologique, économique, géopolitique ou environnementaux. Le ruthénium et l’iridium, appartenant au groupe des platinoïdes, sont considérés comme hautement critiques en raison de leur rareté dans la croûte terrestre et de la complexité de leur extraction, souvent en tant que sous-produits du platine et du nickel. Leur demande est élevée dans des applications spécialisées comme l’électrochimie, les alliages de haute performance, et les dispositifs électroniques, ce qui exacerbe leur criticité. Le titane, bien que plus abondant que les métaux du groupe du platine, est également classé comme critique, principalement à cause de la demande croissante dans les secteurs de l’aérospatial, de la biomédecine et de l’industrie chimique, ainsi que du coût et de l’énergie nécessaires à sa production et à son raffinage.
Les platinoïdes extraits des mines d’Afrique du Sud.
L’extraction et le raffinage des platinoïdes, tels que le ruthénium et l’iridium sont des processus complexes et énergivores. Les platinoïdes sont généralement extraits comme sous-produits du raffinage du platine présent à près de 80% en Afrique Du Sud. Le minerai est extrait et majoritairement raffiné sur place, d’abord concentré par flottation, suivi de la fusion et de l’affinage pour séparer les différents métaux du groupe du platine (PGM). Ces métaux sont alors purifiés et transformés dans les différents précurseurs nécessaires à la production des électrodes DSA. Présent en faible quantité, il est nécessaire d’extraire 400 tonnes de roches et 700 m3 d’eau pour extraire 12,5 kg de Platine permettant d’obtenir environ 1 kg de ruthénium. Pour une cellule d’électrolyse à sel de 500 cm², l’extraction et le raffinage du ruthénium équivaut à 2.5 vols Paris-Londres en Avion (soit 258 kgCO2).
Les électrodes sont ensuite fabriquées, majoritairement en Asie puis vendues principalement aux Etats-Unis (qui est le 1er marché mondial de la désinfection de l’eau de loisir) et en Europe (où la France est le 2ème marché mondial).
Conclusion
Cette odyssée montre l’importance d’agir dès maintenant sur la réduction de l’impact environnemental que représente ce secteur. Maximiser l’utilisation de ces ressources et innover à chaque étape du cycle de vie apparait aujourd’hui comme une nécessité.
Sources
https://legrandcontinent.eu/fr/2023/03/21/10-points-sur-les-metaux-strategiques/
Panorama 2012 du marché des platinoïdes, rapport public, BRGM/RP-63169-FR, 2014, J.-F. Labbé, J.-J. Dupuy
« Comment évaluer l’externalité carbone des métaux », 2020, n° 96, « la note d’analyse, France stratégie »
Damien Mouchel dit Leguerrier