Stockage d’énergie : l’UM6P ne cesse d’innover pour le phosphogypse recyclé

L’essentiel

• L’UM6P propose diverses solutions pour la valorisation du phosphogypse, un résidu classique de l’industrie des phosphates.
• Ce matériau, considéré comme un déchet, est en réalité riche en plusieurs éléments stratégiques et critiques pour le Maroc.
• Cependant, son exploitation présente des défis : la recherche et développement (R&D) est la clé pour débloquer les procédés nécessaires et exploiter le potentiel de cette ressource.
• À ce jour, le Laboratoire des matériaux inorganiques pour les technologies d’énergie durable (LIMSET) a conçu trois solutions pour utiliser le phosphogypse comme matériau de stockage thermique.
• La stratégie de l’UM6P consiste d’abord à protéger les savoir-faire par le biais de brevets, avant de nouer des partenariats nationaux et internationaux pour accélérer le déploiement des solutions mises au point.

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Les détails

Le groupe OCP ouvre la voie vers l’exploitation des ressources contenues dans le phosphogypse, résidu classique de l’industrie phosphatière.

Avec le soutien des laboratoires de l’Université Mohammed VI polytechnique (UM6P), qui constitue le bras R&D du groupe, et forte d’un personnel hautement qualifié, l’approche envers le phosphogypse a profondément évolué, passant de simple déchet à une ressource précieuse à exploiter.

Tout comme les phosphates et l’acide phosphorique, le phosphogypse recèle de nombreuses ressources dont l’exploitation pourrait, d’un côté, générer une plus-value considérable en dehors du traditionnel circuit roche-engrais-acide phosphorique, et de l’autre, réduire l’empreinte environnementale du groupe.

Le phosphogypse est en soi une véritable mine : il pourrait permettre l’accès à des matériaux non produits au Maroc, ou en quantité insuffisante, comme le soufre, le magnésium, et les terres rares.

À l’UM6P, l’ambition va au-delà de la simple valorisation des ressources du phosphogypse. L’université explore également des pistes innovantes susceptibles de donner naissance à de nouvelles industries. Parmi ces initiatives se trouve un projet inédit visant à transformer le phosphogypse en matériau de stockage thermique.

C’est au LIMSET, laboratoire dédié aux matériaux inorganiques pour les technologies d’énergie durable, que ce projet prend forme. Son directeur, Abdessamad Faik, a détaillé les travaux en cours. Ses équipes sont convaincues que leur solution pourrait atteindre une échelle industrielle, levant ainsi le principal obstacle des énergies renouvelables, à savoir leur intermittence.

Trois méthodes pour stocker l’énergie avec le phosphogypse

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

« Le stockage thermique englobe plusieurs aspects et technologies. Par exemple, dans le cadre du projet Noor Ouarzazate, on utilise des systèmes de stockage à base de sels fondus. Au niveau industriel, nous travaillons aussi sur des systèmes conçus pour stocker l’énergie thermique à grande échelle. C’est pour ces deux types de stockage que le phosphogypse pourra servir comme matière première », explique le Pr Abdessamad Faik.

Trois approches distinctes sont concrétisées.

La première consiste à utiliser le phosphogypse tel quel pour le stockage d’énergie thermique, dans une plage de température pouvant atteindre 300°C. Cette méthode évite des étapes de transformation énergivores tout en offrant une nouvelle vie à un sous-produit industriel.

La deuxième approche implique la transformation du phosphogypse en d’autres matériaux, comme l’oxyde de calcium, qui peuvent stocker l’énergie thermique à des températures plus élevées, entre 300 °C et 900 °C, en utilisant des mécanismes réactionnels tels que les cycles d’hydratation-déshydratation ou de carbonatation-décarbonatation.

La troisième méthode, récemment développée à l’UM6P, est la plus innovante. Elle consiste en un procédé d’extraction du soufre, qui diminue l’intensité énergétique de l’opération tout en produisant un coproduit potentiellement utilisable 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 envisageons une approche plus intégrée de la valorisation du phosphogypse. Nous avons démontré en laboratoire que ce sous-produit peut être directement utilisé 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 : un intérêts partagé entre le Maroc et la Chine

Sur le plan international, la Chine se positionne comme le premier producteur mondial de la majorité des métaux critiques. À première vue, on pourrait penser que sa position est uniquement due à l’abondance de ses ressources minérales.

En réalité, le pays a surtout su développer, au fil des décennies, un savoir-faire substantiel dans les procédés d’extraction et de valorisation de ces métaux. C’est grâce à des investissements massifs et continus dans la R&D que la Chine a pris de l’avance sur la plupart des autres pays, dominant ainsi de nombreux maillons de la chaîne de valeur, du raffinage à la transformation.

Le parallèle avec le phosphogypse est révélateur. Producteur majeur de phosphates, la Chine croit également au potentiel de ce sous-produit et investit dans la valorisation du phosphogypse issu de son industrie phosphatière.

Pour le Maroc, qui possède les plus grandes réserves mondiales de phosphates, cela représente une raison supplémentaire de ne pas rester à l’écart de cette course technologique.

Au-delà de son utilisation comme matériau de stockage, les recherches conduites à l’UM6P sur la valorisation du phosphogypse avancent plus rapidement que prévu, adoptant une logique de valorisation intégrale où chaque composant devient une ressource pour divers secteurs industriels : chimie, batteries, construction…

Diverses dimensions simultanées sont explorées dans le domaine de l’utilisation des matériaux. Elles recherchent la réduction de la consommation énergétique lors des procédés d’extraction et de purification, la diminution de l’empreinte carbone des matériaux produits, ainsi que l’amélioration de leur durabilité et de leur recyclabilité, le tout dans une dynamique d’économie circulaire.

« L’objectif est de mettre en place des procédés où chaque flux de matière est valorisé, transformant un déchet industriel en plusieurs produits de haute valeur ajoutée pour les secteurs de l’énergie, des matériaux de construction et des technologies de stockage », indique notre interlocuteur.

De la recherche à l’industrie : protéger d’abord, s’associer ensuite pour progresser

Pour le stockage d’énergie, le passage du laboratoire à une échelle industrielle repose sur une stratégie en deux phases : sécuriser d’abord la propriété intellectuelle, puis établir des partenariats nationaux et internationaux.

« Au LIMSET, nous avons constitué une équipe pluridisciplinaire avec des experts en développement des matériaux, couvrant l’ensemble de 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 au niveau du laboratoire », souligne le Pr Abdessamad Faik.

L’université dispose actuellement de toutes les ressources nécessaires pour démontrer la faisabilité de ces technologies et envisager leur industrialisation. « Cependant, pour tirer parti des développements réalisés dans le passé, en particulier par de grands acteurs dans le domaine des batteries, il est essentiel d’établir des relations qui nous permettront d’accélérer le déploiement de ces solutions à l’échelle industrielle », ajoute le chercheur.

« Notre priorité, au début, est de protéger notre savoir-faire au maximum, notamment par le biais de brevets. Une fois que la faisabilité technologique sera prouvée, nous pourrons établir des partenariats bénéfiques afin d’accélérer la maturation de ces technologies et de franchir le cap industriel », conclut-il.

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