La pénurie de cuivre à venir : les nanotubes d’aluminium ou de carbone à la rescousse ?

Jun 13, 2023

Il est peu probable que l’utilisation de l’aluminium dans le câblage fasse sourire quiconque a dû y faire face dans une maison des années 1960 ou du début des années 1970. Les causes des incendies et autres accidents étaient innombrables, notamment l’incapacité à gérer la dilatation thermique plus élevée de l’aluminium, la nature électriquement isolante de l’oxyde d’aluminium et la fragilité générale de l’aluminium lorsqu’il est tordu.

Pourtant, si le cuivre est supérieur à l’aluminium en termes de conductivité électrique et de facilité d’installation, les prix du cuivre ont grimpé en flèche depuis les années 1970 et sont sur le point de s’envoler vers la Lune. Cela s’explique en grande partie par l’utilisation croissante du cuivre dans tous les domaines, depuis l’électronique et les moteurs électriques jusqu’aux générateurs, entraînée par le déploiement à grande échelle d’éoliennes et de véhicules électriques.

Alors que le monde s’efforce d’étendre massivement l’utilisation des voitures électriques et l’installation d’éoliennes, la demande de cuivre devrait dépasser l’offre actuelle de cuivre. L'aluminium étant susceptible de faire un grand retour, il vaut la peine de jeter un coup d'œil au câblage moderne à base d'aluminium, y compris l'aluminium cuivré et l'utilisation de remplacements à base de carbone.

Avec le recul, les prix du cuivre n’étaient pas encore si mauvais dans les années 1960 et 1970, comme le montre le graphique suivant des prix du cuivre au cours des 45 dernières années :

Ces augmentations de prix sont largement motivées par une demande croissante de véhicules électriques et d’éoliennes, qui devrait s’accélérer au cours des prochaines années, exerçant une pression supplémentaire sur les approvisionnements existants. Bien que l'USGS ait identifié des ressources de cuivre probablement non découvertes, cela nécessite la mise en place d'une opération minière, et tous les minerais de cuivre ne peuvent pas être extraits de manière économique et transformés en cuivre brut.

Plus tôt cette année, l'Agence internationale de l'énergie (AIE) a publié un rapport sur le rôle des minéraux essentiels dans la transition énergétique vers des sources à faibles émissions de carbone. Tirées de ce rapport, dans les images ci-dessous, nous pouvons voir les besoins relatifs en métal par type de source, par capacité de sortie nominale, ainsi que les besoins en matériaux pour les véhicules électriques (VE) par rapport aux voitures conventionnelles (ICE) :

Dans le même temps, la courbe de demande attendue pour le cuivre, à la lumière des politiques actuelles de développement durable, devrait ressembler à l'image ci-dessous, en contraste avec la production actuelle des mines de cuivre et les nouvelles opérations minières attendues.

Il n’est pas surprenant que, puisque bon nombre de ces politiques sont entrées en vigueur vers 2000 et que, parallèlement à la demande croissante d’autres secteurs, les prix du cuivre n’ont cessé d’augmenter, bien au-delà des sommets des années 1960 qui ont poussé les futurs propriétaires à choisir entre l’installation de câbles en cuivre ou en aluminium.

À ce rythme, nous pourrions assister à la fin de l’usage courant et de la disponibilité du cuivre dans quelques années. Dans le même temps, comme les propriétés du cuivre le rendent idéal pour certaines applications, d'autres utilisations qui pourraient convenir à des alternatives devront peut-être chercher ailleurs. Très probablement, cela signifierait que tout, depuis le câblage domestique jusqu'à l'électronique client, pourrait bientôt se retrouver hors du marché du cuivre. Quelles sont les alternatives et comment se comparent-elles au cuivre ?

Le cuivre est un favori pour le câblage électrique pour un certain nombre de raisons, dont la moindre n’est pas son excellente conductivité thermique et électrique. C'est pourquoi le cuivre est un matériau privilégié pour les dissipateurs thermiques et pour le câblage électrique des maisons et des appareils électriques. En comparaison, l’aluminium pur n’a que 61 % de la conductivité électrique du cuivre en section transversale.

Pourtant, l'aluminium présente un avantage majeur par rapport au cuivre : il est deux fois plus conducteur d'électricité en masse, en raison de la densité du cuivre à température ambiante de 8,96 g/cm3, contre 2,70 g/cm3 pour l'aluminium. C'est pour cette raison que les applications où le poids est un problème majeur, telles que le câblage de transmission et de distribution. En particulier lors du passage de gros faisceaux de câbles entre des pylônes, le rapport conductance/poids plus élevé de l'aluminium offre des avantages majeurs.