Stockage d'énergie : la percée de l'UM6P pour offrir une seconde vie au phosphogypse

L’essentiel

• L'UM6P développe un ensemble de solutions pour la valorisation du phosphogypse, résidu industriel classique de l’industrie des phosphates.
• Ce matériau, qui s'apparente à un rejet, est en effet riche en plusieurs éléments stratégiques et critiques pour le Maroc.
• Cependant, son exploitation n'est pas simple : la R&D est la voie pour débloquer les procédés nécessaires et permettre d'exploiter tout le potentiel de cette ressource.
• À ce jour, le Laboratoire des matériaux inorganiques pour les technologies d'énergie durable (LIMSET) a développé trois solutions pour l’utilisation du phosphogypse comme matériau de stockage thermique.
• La stratégie de l'UM6P consiste d'abord à protéger le savoir-faire par des brevets, avant de nouer des partenariats nationaux et internationaux pour accélérer le déploiement des solutions développées.

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Les détails

Le groupe OCP trace la voie vers l'exploitation des ressources que recèle le phosphogypse, ce rejet industriel classique de l'industrie des phosphates.

Appuyée par les laboratoires de l'Université Mohammed VI polytechnique (UM6P), bras R&D du groupe, dotés de technologies de pointe et portés par un capital humain à expertise internationale, issu d'instituts de recherche de renommée mondiale, la perception du phosphogypse a profondément évolué, passant du statut de simple déchet à recycler à celui de véritable ressource à exploiter.

À l'image des phosphates et de l'acide phosphorique, le phosphogypse recèle lui aussi une multitude de ressources dont l'exploitation pourrait, d'une part, créer une plus-value importante hors du circuit classique roche-engrais-acide phosphorique et, d'autre part, réduire l'empreinte environnementale du groupe.

Le phosphogypse est une mine en soi : il pourrait donner accès à des matériaux qui ne sont pas produits au Maroc, ou qui le sont en quantité insuffisante, à savoir le soufre, le magnésium, les terres rares…

À l'UM6P, l'ambition dépasse la seule valorisation des ressources contenues dans le phosphogypse. L'université explore aussi des pistes novatrices, capables de faire naître de nouvelles générations d'industries. Parmi elles, une application inédite se développe discrètement au Maroc : transformer le phosphogypse en matériau de stockage thermique.

C'est au LIMSET, le Laboratoire des matériaux inorganiques pour les technologies d'énergie durable, que ce pari prend forme. Son directeur, Abdessamad Faik, nous a détaillé les travaux en cours. Ses équipes en sont convaincues : leur solution pourrait passer à l'échelle industrielle et lever le principal verrou des énergies renouvelables, leur intermittence.

Trois voies se dessinent pour stocker l'énergie grâce au phosphogypse

Dans le domaine de la transition énergétique, l'UM6P s'est positionnée sur plusieurs axes stratégiques. Ses plateformes de recherche développent de nouveaux matériaux actifs pour les batteries, des électrolytes solides ainsi que des matériaux dédiés au stockage thermique.

"Le stockage thermique recouvre plusieurs volets et plusieurs technologies. Dans le cadre du projet Noor Ouarzazate, par exemple, on trouve des systèmes de stockage à base de sels fondus. Au niveau industriel, nous travaillons également sur des systèmes destinés à stocker l'énergie thermique, à grande échelle. C'est pour ces deux types de stockage que le phosphogypse pourra être utilisé comme matière première", explique le Pr Abdessamad Faik.

Concrètement, trois approches distinctes sont développées.

La première consiste à utiliser le phosphogypse tel quel pour le stockage d'énergie thermique, dans une plage de température allant jusqu'à 300°C. Cette voie évite des étapes de transformation énergivores tout en offrant une seconde vie à un sous-produit industriel.

La deuxième repose sur la transformation du phosphogypse en d'autres matériaux, tels que l'oxyde de calcium, capables de stocker l'énergie thermique à des températures plus élevées, de 300 °C à 900 °C, grâce à d'autres mécanismes réactionnels comme les cycles d'hydratation-déshydratation ou de carbonatation-décarbonatation.

La troisième, récemment mise au point à l'UM6P, est la plus innovante. Il s'agit d'un procédé d'extraction du soufre, qui réduit l'intensité énergétique de l'opération tout en générant un coproduit potentiellement valorisable dans les batteries de nouvelle génération. Cette stratégie de co-valorisation améliore à la fois les performances environnementales et la rentabilité économique de l'ensemble de la chaîne de valorisation.

"À l'UM6P, nous explorons une approche encore plus intégrée de la valorisation du phosphogypse. Nous avons démontré, à l'échelle du laboratoire, que ce sous-produit peut être utilisé directement comme matériau de stockage thermique (Thermal Energy Storage – TES). Cette technologie a déjà fait l'objet d'un premier brevet", précise le directeur du LIMSET.

Le phosphogypse : le Maroc y croit, la Chine aussi

Si l'on se projette ailleurs, la Chine s'impose aujourd'hui comme le premier producteur mondial de la majorité des métaux critiques. On pourrait penser, de prime abord, que cette position tient aux seules richesses de son sous-sol.

En réalité, le pays a surtout développé, au fil des décennies, un véritable savoir-faire dans les procédés d'extraction et de valorisation de ces métaux. C'est grâce à un investissement massif et continu dans la R&D que la Chine a su exceller dans ce domaine et creuser l'écart avec la plupart des autres pays, jusqu'à dominer des maillons entiers de la chaîne de valeur, du raffinage à la transformation.

Le parallèle avec le phosphogypse est éclairant. Elle-même grande productrice de phosphates, la Chine croit au potentiel de ce sous-produit et développe la valorisation du phosphogypse issu de son industrie phosphatière.

Une raison de plus, pour le Maroc qui détient les premières réserves mondiales de phosphates, de ne pas rester en marge de cette course technologique.

Au-delà de son utilisation comme matériau de stockage, les recherches menées à l'UM6P sur la valorisation du phosphogypse avancent plus vite que prévu, selon une logique de valorisation intégrale où chaque constituant devient une ressource pour différentes filières industrielles : chimie, batteries, construction…

Dans l'axe de l'utilisation des matériaux, les recherches portent sur plusieurs dimensions simultanément. Elles visent la réduction de la consommation énergétique des procédés d'extraction et de purification, la diminution de l'empreinte carbone des matériaux produits, ainsi que l'amélioration de leur durée de vie et de leur recyclabilité, le tout dans une logique d'économie circulaire.

"L'objectif est de concevoir des procédés où chaque flux de matière est valorisé, transformant un résidu industriel en plusieurs produits à haute valeur ajoutée destinés aux secteurs de l'énergie, des matériaux de construction et des technologies de stockage", indique notre interlocuteur.

Du laboratoire à l'industrie : protéger d'abord, s'allier ensuite pour accélérer

Concernant le stockage d'énergie, pour passer du laboratoire à l'échelle industrielle, l'université mise justement sur une stratégie en deux temps : sécuriser d'abord la propriété intellectuelle, puis s'appuyer sur des partenariats nationaux et internationaux.

"Au niveau du LIMSET, nous disposons d'une équipe multidisciplinaire, avec des experts en développement des matériaux couvrant toute la chaîne, de la simulation à l'échelle atomique jusqu'à l'application, en passant par la simulation CFD. Ces compétences nous permettent d'atteindre une maturité à l'échelle du laboratoire", souligne le Pr Abdessamad Faik.

L'université dispose actuellement de tous les moyens pour démontrer la faisabilité de ces technologies, et même pour envisager leur industrialisation. "Mais pour tirer profit des développements menés par le passé, notamment par des acteurs forts dans le domaine des batteries, nous devons établir des relations qui nous permettent d'accélérer le déploiement de ces solutions à l'échelle industrielle", poursuit le chercheur.

"Notre priorité, au départ, est de protéger au maximum notre savoir-faire, notamment par des brevets. Une fois la faisabilité de la technologie démontrée, nous pourrons nouer des partenariats gagnant-gagnant afin d'accélérer la maturité de ces technologies et de franchir le cap industriel", conclut-il.