Les chercheurs étudient une nouvelle méthode propre et efficace pour la production de fer
Les chercheurs étudient une nouvelle méthode propre et efficace pour la production de fer
Minneapolis / St. PAUL (29/09/2025) – Une équipe de recherche de l’Université du Minnesota Twin Cities a étudié une nouvelle méthode pour produire du fer, la principale composante de l’acier. Pour la première fois, les chercheurs ont pu observer les réactions chimiques et la formation de fer en temps réel à l’échelle nanométrique.
Cette percée a le potentiel de transformer l’industrie mondiale de la production de fer et d’acier en améliorant l’efficacité énergétique et la réduction des coûts. L’étude a récemment été publiée dans Communications de la natureun journal scientifique à forte impact évalué par des pairs.
Selon le journal, l’industrie sidérurgique est le plus grand émetteur industriel de dioxyde de carbone, responsable d’environ 7% des émissions totales de dioxyde de carbone mondial. Les méthodes traditionnelles de production de fer sont lourdes de pollution, en s’appuyant sur du coke – un type de charbon – pour éliminer l’oxygène du minerai de fer – un processus qui est resté largement inchangé pendant des siècles.
Cette méthode élimine le CO2 Les émissions qui proviennent traditionnellement de la fabrication de fer qui peuvent être effectuées à température ambiante. Cela le rend potentiellement plus efficace et souhaitable pour l’industrie et ouvre de nouvelles voies vers l’innovation dans l’industrie manufacturière basée aux États-Unis.
Le nouveau processus utilise du plasma d’hydrogène gazeux, un gaz ionisé qui dissocie l’hydrogène gazeux produisant une abondance d’atomes d’hydrogène hautement réactifs. Lorsque le fer est exposé à ce plasma, les atomes d’hydrogène hautement réactifs dépouillent l’oxygène du minerai produisant du fer pur et de la vapeur d’eau.
« Nous avons développé une nouvelle technique qui nous permet de surveiller les interactions plasmatiques de matériau à l’échelle nanométrique, ce qui n’a jamais été fait auparavant », a déclaré Jae Hyun Nam, premier auteur sur le journal et un doctorat. Étudiant au Département de génie mécanique de l’Université du Minnesota.
L’équipe s’est associée à Hummingbird Scientific, une entreprise qui construit des produits pour les électrons, les rayons X et la microscopie ionique, pour créer un titulaire spécialisé qui s’inscrit à l’intérieur d’un microscope électronique à transmission.
«Surmonter les défis techniques de cette recherche a été l’une des expériences les plus difficiles que nous ayons faites», a déclaré Peter Bruggeman, auteur principal du journal et de l’Université du Minnesota, professeur à l’Université McKnight au Département de génie mécanique. «La génération de plasmas sur une échelle autour de la taille d’un cheveux humains, qui est nécessaire pour obtenir la résolution nanométrique, crée des défis d’ingénierie importants que nous avons abordés en collaboration avec Hummingbird Scientific.»
Les méthodes optiques précédentes ne pouvaient être vues que dans quelques centaines de nanomètres, – environ mille fois plus petites que le diamètre des cheveux humains. Cette nouvelle méthode permettra aux chercheurs de voir des choses à une résolution nanométrique, ce qui est 100 fois meilleur que les recherches antérieures.
«La création de plasma pourrait être énergiquement plus efficace que le chauffage du matériel», a déclaré Andre Mkhoyan, auteur principal du journal et professeur et Ray D. et présidente de Mary T. Johnson au Département de génie chimique et de sciences des matériaux de l’Université du Minnesota. «Cette innovation pourrait conduire à la modification des matériaux avec une consommation d’énergie plus faible, ce qui rend finalement les processus plus efficaces économiquement.»
Lisez l’article complet intitulé «Révèle les mécanismes de la réduction de l’oxyde de fer à plasma non thermique par le TEM de l’opérande nanométrique» sur le site Web de Nature Communications.
Publication originale
Auteurs:
Jae Hyun Nam, K. Andre Mkhoyan, Daan Hein Alsem et Peter J. Bruggeman.
Journal:
Communications de la nature
Doi:
10.1038 / s41467-025-62639-4
Titre de l’article:
Révélant les mécanismes de la réduction de l’oxyde de fer à plasma non thermique par l’opérande à l’échelle nanométrique
Date de publication de l’article:
14-août-2025
Source d’origine:
https://www.nature.com/articles/S41467-025-62639-4
Rhonda Zurn
Université du Minnesota
rzurn@umn.edu
Bureau: 612-626-7959
Questions fréquemment posées
Quelle est la principale découverte de la réduction des nanoparticules de magnétite dans le plasma?
L’étude a révélé que la réduction des nanoparticules de magnétite à fer à fer dans un environnement plasmatique est principalement entraînée par des radicaux hydrogène (H •), ce qui peut réduire efficacement les oxydes de fer même à basse température, contrairement aux méthodes de réduction thermique traditionnelles.
Comment la température du plasma affecte-t-elle le processus de réduction?
La température du plasma ne dépasse pas 700 K, ce qui n’est pas suffisamment élevé pour que la réduction thermique se produise. Au lieu de cela, la réduction est facilitée par la présence de radicaux hydrogène, ce qui rend le processus non thermique et efficace à des températures plus basses.
Quelle est la signification du modèle de réaction rétrécissant dans cette recherche?
Le modèle de réaction rétrécissant a été identifié comme l’étape de contrôle du taux dans le processus de réduction, indiquant que la réaction se produit à la frontière entre le fer réduit et l’oxyde de fer restant, qui est crucial pour comprendre comment la réduction se produit à l’échelle nanométrique.
