L'IA ouvre un avenir magnétique : 25 candidats sans terres rares découverts pour les moteurs de véhicules électriques

Dans un développement majeur pour la science des matériaux et l'industrie des véhicules électriques (VE), des chercheurs de l'Université du New Hampshire (UNH) ont utilisé l'intelligence artificielle (IA) pour identifier 25 nouveaux matériaux magnétiques prometteurs qui ne dépendent pas des terres rares. Cette découverte, détaillée dans une étude récente publiée dans Nature Communications, représente une étape importante vers la réduction de la dépendance du secteur technologique mondial vis-à-vis des chaînes d'approvisionnement volatiles et des processus miniers coûteux.

Depuis des décennies, les aimants permanents à haute performance essentiels aux moteurs de VE et aux éoliennes dépendent fortement des éléments de terres rares (Rare-Earth Elements) comme le néodyme et le dysprosium. Bien qu'efficaces, ces matériaux ont un coût environnemental et géopolitique élevé. La percée de l'équipe de l'UNH, alimentée par des algorithmes d'apprentissage automatique (Machine Learning) avancés, suggère que la solution à un avenir énergétique durable se cachait peut-être à la vue de tous, enfouie dans des décennies de littérature scientifique.

La Northeast Materials Database : Une carte au trésor numérique

Le cœur de cette réussite est la création de la Northeast Materials Database, une ressource massive en libre accès contenant 67 573 composés magnétiques. Contrairement aux méthodes expérimentales traditionnelles, qui impliquent souvent une synthèse par essais et erreurs en laboratoire, les chercheurs de l'UNH ont employé une approche pilotée par l'IA pour « extraire » les connaissances scientifiques existantes.

L'équipe, dirigée par l'étudiant en doctorat Suman Itani, a développé un système d'IA spécialisé capable de lire et d'interpréter des milliers d'articles scientifiques. Les algorithmes ont extrait des données expérimentales critiques, qui ont ensuite été utilisées pour entraîner des modèles informatiques afin de prédire deux caractéristiques vitales : si un matériau est magnétique et, surtout, sa température de Curie (Curie temperature) — le seuil auquel un matériau perd ses propriétés magnétiques.

« Nous nous attaquons à l'un des défis les plus difficiles de la science des matériaux — découvrir des alternatives durables aux aimants permanents — et nous sommes optimistes quant au fait que notre base de données expérimentale et les technologies d'IA en pleine croissance rendront cet objectif réalisable », a déclaré Jiadong Zang, professeur de physique à l'UNH et co-auteur de l'étude.

Ce processus de criblage à haut débit a filtré l'énorme ensemble de données pour n'en retenir que 25 composés auparavant non reconnus qui conservent leur magnétisme à des températures élevées. La stabilité à haute température est une exigence non négociable pour les moteurs de VE, qui génèrent une chaleur importante pendant leur fonctionnement.

Briser l'emprise des terres rares

L'importance de cette découverte ne peut être surestimée dans le contexte de l'économie mondiale actuelle. Les éléments de terres rares sont notoirement difficiles à extraire et à traiter, entraînant souvent des dommages environnementaux importants. De plus, la chaîne d'approvisionnement est fortement concentrée, créant des vulnérabilités pour les fabricants occidentaux de produits de haute technologie.

En identifiant des alternatives viables sans terres rares, la recherche de l'UNH offre une voie pour :

• Réduire les coûts de production : L'élimination des importations coûteuses de terres rares de l'équation pourrait réduire considérablement le coût de fabrication des moteurs électriques.
• Sécurité de la chaîne d'approvisionnement : L'approvisionnement en matériaux plus abondants et mieux répartis géologiquement réduit le risque de goulots d'étranglement commerciaux.
• Durabilité environnementale : La réduction de la demande pour l'extraction de terres rares atténue l'empreinte écologique associée aux technologies d'énergie propre.

Aperçu des principales conclusions de la recherche

Le tableau suivant résume les mesures critiques et les implications de l'étude de l'UNH, soulignant l'efficacité de l'approche pilotée par l'IA par rapport aux méthodes de découverte traditionnelles.

Accélérer le cycle de l'innovation

La méthodologie employée par l'équipe de l'UNH met en évidence un changement de paradigme dans la manière dont la découverte scientifique est menée. La voie « traditionnelle » de la découverte de matériaux est linéaire et nécessite beaucoup de main-d'œuvre : hypothèse, synthèse, test et répétition. En revanche, l'approche par l'IA utilisée ici agit comme un multiplicateur de force, permettant aux chercheurs de sauter la phase de synthèse initiale pour des milliers de candidats sans issue et de concentrer leur travail physique en laboratoire uniquement sur les pistes les plus prometteuses.

Yibo Zhang, chercheur postdoctoral impliqué dans le projet, a noté que les modèles de langage étendus (Large Language Models, LLM) utilisés dans cette étude ont des applications potentielles bien au-delà du magnétisme. La capacité de la technologie à convertir des données et de l'imagerie scientifique complexe en formats structurés et consultables pourrait révolutionner la façon dont nous préservons et utilisons les données scientifiques historiques en physique et en chimie.

Implications pour l'industrie des VE et au-delà

Pour l'industrie automobile, cette recherche arrive à un moment critique. Alors que les constructeurs font la course pour électrifier leurs flottes, la pénurie imminente de métaux de terres rares menace de ralentir la production et de faire gonfler les prix. Les 25 candidats identifiés par l'équipe de l'UNH agissent comme une « liste restreinte » pour la prochaine génération de développement de moteurs.

Bien que ces matériaux nécessitent encore une synthèse physique et des tests rigoureux pour valider leur viabilité commerciale, l'existence de la Northeast Materials Database fournit une feuille de route qui n'existait pas hier. Les fabricants peuvent désormais hiérarchiser leurs efforts de R&D sur ces composés à haute probabilité plutôt que de chercher au hasard.

De plus, l'impact s'étend aux énergies renouvelables. Les générateurs d'éoliennes, qui dépendent également d'aimants permanents massifs, pourraient bénéficier des mêmes réductions de coûts et gains d'efficacité.

Conclusion : Une voie vers l'avenir axée sur les données

La convergence de l'intelligence artificielle et de la science des matériaux s'avère être l'un des moteurs les plus puissants de l'innovation moderne. Les travaux de Suman Itani, Jiadong Zang et leurs collègues de l'Université du New Hampshire servent de preuve de concept puissante : l'IA ne génère pas seulement du nouveau texte ou des images ; elle peut déterrer des solutions physiques à des problèmes matériels du monde réel.

Alors que le département de l'Énergie des États-Unis continue de soutenir de telles initiatives, nous pouvons nous attendre à ce que l'écart entre le potentiel théorique et l'application industrielle se réduise. Pour le secteur des véhicules électriques, la route vers un avenir sans terres rares vient de devenir nettement plus claire. La prochaine phase consistera à transformer ces découvertes numériques en aimants tangibles qui alimenteront les roues de l'avenir.