En labo, l'IA transforme les impuretés en atouts pour la fonte recyclée

Environ 2 milliards de tonnes métriques de métal sont produites chaque année dans le monde, et une grande partie de cette production part encore de matières premières primaires. Une équipe internationale vient de montrer que les impuretés qui altèrent la ferraille recyclée peuvent être utilisées comme ingrédients au lieu d'être éliminées. Lors d'essais en laboratoire sur la fonte ductile, les alliages obtenus atteignent jusqu'à 15,2 % de résistance à la traction en plus, ou jusqu'à 73,2 % d'allongement à la rupture en plus, selon la propriété maintenue constante.

Le problème abordé par les chercheurs est ancien. La ferraille présente une composition chimique très variable et contient souvent des éléments indésirables, qui peuvent compromettre les propriétés mécaniques des alliages recyclés. La solution classique consiste à diluer les impuretés en ajoutant du métal vierge. Cela fonctionne, mais cela fragilise l'intérêt du recyclage : produire du métal vierge demande beaucoup d'énergie et génère d'importantes émissions de CO₂. On estime que la production primaire représente 40 % des émissions industrielles de gaz à effet de serre et 10 % de la consommation énergétique mondiale. C'est pourquoi les auteurs voient dans un meilleur recyclage un levier à la fois pour les émissions et pour la dépendance aux matières premières importées.

La méthode repose sur une boucle d'apprentissage automatique. Selon le Dr Han, l'équipe voulait transformer « ces impuretés, d'un problème, en avantage ». À partir de conceptions d'alliages existantes, un algorithme de recherche arborescente génère de nouveaux candidats en faisant varier la composition et des paramètres de procédé tels que la température et la durée. Des modèles de réseaux de neurones prédisent la résistance à la traction et l'allongement de chaque candidat, et la recherche équilibre l'amélioration des conceptions prometteuses et l'exploration de zones moins testées. Un second modèle, entraîné sur un jeu de données plus vaste reliant composition et propriétés, filtre la liste retenue avant que les conceptions choisies ne soient coulées et testées. Les nouveaux résultats sont ensuite versés dans la base de données, et le cycle suivant repart de là.

Le cas d'étude est la fonte ductile, un matériau connu pour tolérer les impuretés. L'équipe a fabriqué et testé 17 conceptions proposées par le cadre logiciel. 14 d'entre elles figuraient parmi les meilleures combinaisons de résistance et de ductilité du jeu de données existant sur la fonte recyclée. Par rapport à cette référence, les gains atteignent jusqu'à 15,2 % de résistance à la traction à allongement comparable, ou jusqu'à 73,2 % d'allongement à la rupture à résistance à la traction comparable. Les coûts de fabrication sont inférieurs de 8,1 % à ceux de la voie conventionnelle. Les auteurs affirment également que des alliages fabriqués entièrement à partir de ferraille peuvent surpasser des matériaux issus de la synthèse primaire, avec un impact environnemental moindre.

Pour les producteurs qui achètent et fondent la ferraille, le gain serait des alliages moins chers, qui n'ont pas besoin d'être dilués avec du métal vierge. Pour l'économie en général, cela ouvrirait une voie vers des aciers, alliages d'aluminium et de cuivre recyclés destinés aux transports, à l'énergie et à la fabrication, les auteurs estimant que le cadre pourrait être étendu au-delà de la fonte ductile. L'étude ne donne ni calendrier ni partenaire industriel. La prochaine étape décrite par les auteurs est un système plus autonome, dans lequel des agents d'IA spécialisés coordonneraient la conception, la planification des expériences et le contrôle des procédés. Ils jugent cette piste prometteuse, mais elle n'est pas présentée comme réalisée. D'ici là, les chiffres restent ceux d'une campagne de laboratoire, et la reproduction de ces résultats à l'échelle d'une fonderie reste l'épreuve à venir.