Le cobalt est utilisé dans les batteries lithium-ion pour véhicules électriques, jouant donc un rôle important dans la transition énergétique. Cependant, ce métal gris argenté est considéré comme une matière première critique pour plusieurs raisons : le cobalt est rare. Sa part dans la croûte terrestre totale ne représente que 0,004 pour cent. Les réserves mondiales de cobalt sont estimées à 7,2 millions de tonnes. Plus de la moitié, soit environ quatre millions de tonnes, se trouvent sur le territoire de la République Démocratique du Congo. Les conditions de travail dans les mines de ce pays d'Afrique centrale instable sont souvent mauvaises, et les dommages environnementaux causés par l'extraction du minerai sont importants.
Que ce soit en raison d'une sécurité d'approvisionnement insuffisante, de prix trop élevés sur le marché mondial, de préoccupations éthiques, d'interdictions ou d'innovations de produits avec de meilleures propriétés matérielles : il existe de nombreuses raisons pour les entreprises de se tourner vers des matériaux alternatifs. « Il existe des bases de données que les développeurs de produits peuvent utiliser pour la recherche. Cependant, elles ne fournissent souvent pas de résultats exploitables, car elles ne tiennent pas compte du cas d'utilisation exact dans l'entreprise », déclare Charlotte Schmidt de l'équipe de recherche en durabilité et gestion de la conformité des matériaux à l'Institut Fraunhofer pour la technologie de production et l'automatisation IPA.
L'IA est utilisée pour explorer des publications scientifiques
Pour faciliter la recherche et obtenir des résultats plus pertinents, Schmidt a développé avec deux collègues un outil de substitution de matériaux assisté par IA. À travers une interface de saisie, les utilisateurs doivent d'abord indiquer des détails spécifiques sur le matériau ou la matière première qu'ils souhaitent remplacer, puis mentionner les propriétés requises du matériau alternatif ainsi que des informations sur le contexte de l'utilisation souhaitée du matériau. Une recherche par IA suit, au cours de laquelle la base de données « Semantic Scholar » est explorée en fonction des données spécifiques et des exigences des utilisateurs. En comparant les saisies des utilisateurs avec les informations disponibles dans la base de données, l'IA identifie des matériaux alternatifs appropriés.
La connexion IA pour la substitution de matériaux n'est qu'un des nombreux éléments avec lesquels les chercheurs soutiennent les entreprises dans leur recherche de matières premières, matériaux ou substances chimiques alternatives. En effet, après que l'IA a rempli sa tâche, ils soumettent les substituts proposés ainsi que les matériaux de base à une évaluation complète, prenant en compte des aspects juridiques, écologiques et sociaux ainsi que la sécurité d'approvisionnement. En étroite collaboration avec l'entreprise concernée, les scientifiques vérifient ensuite dans quelle mesure les matériaux proposés répondent aux exigences spécifiques. À la fin du processus, un rapport est établi. Celui-ci présente les substituts les plus appropriés ainsi que l'évaluation des différents critères. Cela offre aux scientifiques une base de décision solide pour les entreprises.
Les premiers tests montrent : la connexion IA est prometteuse
Comme alternative au cobalt, l'outil de substitution de matériaux assisté par IA propose entre autres le fer. « Ce n'est pas une nouvelle découverte que le lithium-fer-phosphate peut également être utilisé pour les cathodes des batteries au lieu du lithium-nickel-manganèse-cobalt-oxyde », déclare Schmidt. « Mais ces résultats et d'autres nous ont montré que la connexion IA dans la recherche de matériaux alternatifs est prometteuse. »
L'outil de substitution de matériaux assisté par IA a été développé dans le cadre du projet de recherche « Ultraeffizienzfabrik – Deep Dive », qui a débuté en avril 2024 et se poursuivra jusqu'à fin août 2025. Le projet de recherche est soutenu par le ministère de l'Environnement, du Climat et de l'Économie de Baden-Württemberg avec un financement total de 1,4 million d'euros. Les partenaires du projet incluent, en plus de Fraunhofer IPA, Fraunhofer IAO, le Centre pour la numérisation, le leadership et la durabilité Schwarzwald gGmbH (Campus-Schwarzwald), Umwelttechnik BW GmbH, Alpirsbacher Klosterbräu Glauner GmbH, Ansmann AG et Protektorwerk Florenz Maisch GmbH & Co. KG, ainsi que comme partenaire associé ZECHA Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH.
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