Entretien du numéro de septembre/octobre 2022, mis en ligne en janvier 2023. Taso Arima présente la stratégie d’IperionX à cette date ; capacités, prix et perspectives sont à lire dans ce contexte historique.
Le titane est utilisé dans des applications aussi diverses que l’aéronautique, les implants, la joaillerie ou les échangeurs thermiques. Son intérêt repose notamment sur son rapport résistance/masse et sa résistance à la corrosion. Il n’est pas rare dans la croûte terrestre ; obtenir un métal de la pureté voulue puis le transformer reste toutefois exigeant et coûteux. C’est dans cette chaîne de production qu’IperionX cherche à intervenir.
Ce contexte manufacturier et économique a attiré l’attention d’Anastasios “Taso” Arima, fondateur et CEO d’IperionX, qui a fait de la revitalisation d’une industrie américaine du titane à faible coût et à faible teneur en carbone un objectif commercial clé.
« Le titane a le potentiel pour devenir un matériau critique clé pouvant se substituer aux métaux à plus forte teneur en carbone plus largement utilisés, notamment l’acier inoxydable et l’aluminium. C’est un métal supérieur à l’acier inoxydable et à l’aluminium en raison de ses propriétés telles qu’un rapport résistance/poids élevé et une excellente résistance à la corrosion. Il est essentiel pour les secteurs mondiaux de l’aérospatiale, de la médecine, de l’espace et de la défense. Sans oublier que le titane figure dans la liste des 50 principaux minéraux jugés essentiels à la sécurité économique et nationale par le ministère américain de l’Intérieur », a déclaré Taso à 3D ADEPT Media.
La supériorité évoquée ici par Taso dépend de l’application et ne vaut pas pour tout critère de choix. Le titane figure dans la liste américaine de 50 minéraux critiques publiée en 2022, sans que celle-ci constitue un classement de performance des matériaux.
IperionX présente alors une ambition industrielle américaine couvrant l’approvisionnement et la production de titane. Taso Arima décrit ci-dessous le rapprochement d’un projet minier au Tennessee et de technologies de transformation du métal.
« J’ai développé avec succès l’un des principaux projets de lithium en Amérique du Nord, Piedmont Lithium. Une fois que ce projet était bien avancé et qu’une solide équipe de gestion était en place, j’ai commencé à examiner d’autres chaînes d’approvisionnement aux États-Unis qui sont vulnérables et qui doivent être relocalisées ; le titane se distinguait particulièrement. Nous avons identifié très rapidement que les chaînes d’approvisionnement en minerai et en métal de titane devaient être reconstruites aux États-Unis. Nous avons obtenu un très grand gisement minéral dans le Tennessee et l’avons associé à une technologie de production de titane métal avancée et hautement durable », souligne Taso.
Les étapes rapportées à l’époque comprennent un partenariat avec l’ORNL, la production de titane sphérique, une cotation au Nasdaq et un partenariat avec l’horloger de luxe Panerai.
L’entreprise décrit plusieurs voies de production : valorisation de déchets de titane et transformation de matières d’origine minérale. La possibilité d’utiliser un flux de déchets à 100 % ne signifie pas que toute sa production provient de ce flux, ni que l’ensemble du procédé est exempt de pertes ou d’émissions.
Comment fonctionne ce processus de production ?
Afin de comprendre les capacités de ce processus de production, il est essentiel de faire la lumière sur les différents types de titane pour les non-initiés à cette sphère. En effet, déterminer que le titane est le bon métal pour une production est une chose, choisir le bon grade de ce matériau en est une autre – et certainement l’une des étapes les plus cruciales car le bon grade est essentiel pour garantir la réussite d’une production.
Quatre grades commerciaux de titane pur (grades 1, 2, 3 et 4) ont été identifiés sur le marché de la fabrication. En ce qui concerne les alliages de titane, certains des grades les plus connus sont le titane de grade 5 (Ti 6Al-4V), les grades 7, 12 et 23 (Ti 6AL-4V ELI).
Les propriétés varient selon le grade, la composition, la teneur en impuretés et l’état métallurgique. Résistance à la corrosion, résistance mécanique, ductilité et comportement thermique doivent donc être évalués pour l’application considérée.
Taso prend l’exemple d’une poudre sphérique Ti-6Al-4V (Ti64), pour laquelle il indique que son équipe a atteint les spécifications visées du grade 5. Très employé dans l’industrie, cet alliage ne représente pas à lui seul tous les usages du titane.
Les possibilités de traitement thermique, de soudage et de tenue en température dépendent des spécifications retenues et de l’état de la pièce. Un chiffre de température isolé ne constitue pas une limite de service valable pour toute pièce imprimée.
Les alliages de titane sont utilisés dans des pièces aéronautiques, des équipements industriels et certains dispositifs médicaux. Le grade, le procédé et les traitements doivent être adaptés et qualifiés ; un grade 5 standard et un grade à éléments interstitiels très faibles, comme le grade 23, ne sont pas interchangeables sans justification.
Selon la description fournie par IperionX en 2022, pour produire une telle poudre d’alliage de titane sphérique de haute qualité et la rendre compatible avec la FA, l’équipe d’IperionX s’appuie sur un processus de production breveté en trois étapes : elle s’est approvisionnée en minéraux de titane de qualité moyenne (ilménite) qu’elle a transformés en une matière première de dioxyde de titane à +99 % en utilisant les technologies exclusives du rutile synthétique et du processus de grillage et d’hydrolyse alcaline (“ARH”). Ils ont mélangé la matière première de titane de haute qualité avec des oxydes d’éléments d’alliage et l’ont réduite à l’aide de la technologie brevetée de réduction métallo-thermique assistée par l’hydrogène (“HAMR”) pour obtenir des poudres de titane angulaires. La dernière étape consiste à utiliser la technologie brevetée de granulation, frittage et désoxygénation (“GSD”) pour produire l’alliage de poudre de titane sphérique de haute qualité Ti64.
Taso évoque ensuite la voie distincte utilisant des déchets de titane :
« Nous pouvons traiter cette ferraille pour créer une poudre de titane angulaire et sphérique sous forme de titane commercialement pur, ou sous forme de divers alliages de titane à utiliser dans des applications comprenant la fabrication additive et la métallurgie des poudres », explique Taso.
Si le procédé Kroll conventionnel reste la technologie dominante pour la production de titane métal, le fondateur d’IperionX souligne que le fait d’éviter ce procédé a permis à l’équipe de contourner une série de procédés de fusion du titane à forte intensité énergétique, de fabrication de lingots, de production de fils et d’atomisation de gaz, qui au final prennent du temps, augmentent le coût final du matériau et ne sont pas nécessairement respectueux de l’environnement.
Dans quelle mesure les technologies brevetées de traitement du titane d’IperionX sont-elles durables ?
Comme discuté avec Michela Ferraro-Cuda dans l’article consacré à la FA des métaux précieux (page 33 de cette édition de 3D ADEPT Mag), « une organisation peut vraiment dire qu’elle est durable lorsqu’elle est responsable vis-à-vis de ces trois aspects : elle doit être rentable, et responsable vis-à-vis de ses collaborateurs et de la planète. »
Pour apprécier la durabilité de ces voies, il faut examiner les matières entrantes, l’énergie, les réactifs, la récupération, les pertes et les étapes aval. Le témoignage d’IperionX expose sa stratégie de circularité ; il ne remplace pas une analyse de cycle de vie sur un périmètre défini.
« Dans notre économie actuelle, nous prenons souvent des matériaux sur la Terre, nous en faisons des produits et nous finissons par les jeter comme des déchets – le processus est linéaire. Les entreprises de l’industrie des minéraux ont tendance à produire beaucoup de déchets avec leurs procédés et les produits ne sont pas recyclés. À l’heure actuelle, une quantité importante de déchets de titane finit à la décharge et est trop difficile à recycler en raison de sa forte teneur en oxygène, mais avec notre technologie, tout cela va changer. Notre technologie HAMR nous permet de réduire considérablement la teneur en oxygène du titane produit à partir de ferraille, et permet une chaîne d’approvisionnement en titane entièrement recyclée, de haute qualité, intégrée et à faible coût », souligne le représentant de la société.
Le schéma suivant présente la comparaison proposée par IperionX en 2022 entre la chaîne conventionnelle et ses technologies. Il décrit des voies de transformation ; il ne constitue pas à lui seul une mesure d’empreinte carbone.
Taso souligne : « Nos technologies peuvent produire du titane soit à partir de déchets de titane à 100 %, soit à partir de minéraux de titane conventionnels. Alors que cette image montre la production de titane à partir de minéraux de titane, que nous avons le potentiel d’approvisionner de manière durable à partir de notre projet Titan au Tennessee, nous pouvons également faire exactement la même chose mais avec des déchets de titane. »
La fiche ARPA-E de février 2017 présente une simulation technico-économique de l’université de l’Utah, réalisée avec ExtendSim pour une production à grande échelle.
Dans ce modèle, HAMR consommait 50 % moins d’énergie et produisait 30 % moins d’émissions que Kroll, purification supplémentaire comprise. Ces résultats dépendent du périmètre et des hypothèses ; ce ne sont pas des relevés d’usine IperionX.
Pour GSD, elle estimait une baisse de coût supérieure à 50 %. Le passage à l’échelle restait un défi.
À long terme, du point de vue des coûts et grâce à des partenariats avec des organisations telles que l’ORNL, Taso a déclaré que son « processus pourra potentiellement réduire les coûts de fabrication de plus de 75 % » – en tenant compte du fait que le prix cité en 2022 de la poudre sphérique se situe généralement entre 150 et 250 dollars par kilogramme.
La réduction de plus de 75 % demeure une perspective formulée par Taso. Les prix de 150 à 250 dollars US/kg évoqués dans l’entretien sont des indications historiques, pas un tarif actuel ni une comparaison commerciale à périmètre égal.
La prochaine étape qu’on peut attendre d’IperionX
Même si son objectif à l’époque est d’apporter une valeur ajoutée au marché de la fabrication additive, il convient de noter qu’IperionX peut produire des poudres sphériques et angulaires. Pour relocaliser la chaîne d’approvisionnement en titane, l’entreprise concentre pour l’instant ses activités aux États-Unis. Pour Taso, « les États-Unis doivent réduire leur dépendance vis-à-vis du titane russe et chinois. Rendre ces processus plus durables et à faible coût est essentiel pour assurer un meilleur avenir aux générations à venir. »
« Au fur et à mesure que nous nous développons et continuons à changer d’échelle, nous pensons que nous avons le potentiel de produire à un point de prix très compétitif avec la possibilité de capturer des parts de marché sur les marchés de l’aluminium et de l’acier inoxydable. Pour l’instant, nous devons nous concentrer sur la réapparition de chaînes d’approvisionnement nationales en titane, mais créées de manière durable et à faible coût », conclut Taso.
Cet entretien a été initialement publié dans le numéro de septembre/octobre 2022 de 3D ADEPT Mag.
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