Les solutions pour fabriquer un acier plus vert

Le 11 octo­bre dernier, la loi indus­trie verte est adop­tée. Elle vise notam­ment à décar­bon­er les indus­tries exis­tantes. Un enjeu de taille : en France, l’industrie représente 18,1 % des émis­sions de gaz à effet de serre (GES) en 2022¹. La sidérurgie – l’industrie du fer et de l’acier – est l’un des secteurs les plus impor­tants à décar­bon­er. En France, il est le 4^ème secteur indus­triel le plus émet­teur de GES (20 % des GES de l’industrie, soit 4 % des émis­sions totales du pays). Mais à l’échelle mon­di­ale, le secteur se hisse en pre­mière place : env­i­ron 2,8 mil­liards de tonnes de CO₂ sont émis­es chaque année pour la pro­duc­tion d’acier, soit 7 % des émis­sions glob­ales de GES². Or, la demande explose. L’acier et le fer sont indis­pens­ables à la con­struc­tion, la mobil­ité ou encore la pro­duc­tion d’énergie renou­ve­lable – une éoli­enne est com­posée de plus de deux tiers d’acier ! À l’échelle mon­di­ale, les besoins pour­raient aug­menter de plus d’un tiers d’ici 2050 d’après les pro­jec­tions de l’Agence inter­na­tionale de l’énergie (AIE)³.

Fab­ri­quer de l’acier néces­site d’importantes quan­tités d’énergie : la fonte atteint par exem­ple 1 500 °C au sein du haut fourneau. Or, en 2019, les trois quarts de l’énergie con­som­mée par le secteur étaient four­nis par le char­bon. À ce jour, le recy­clage au sein de la fil­ière élec­trique est la voie la plus décar­bonée. Elle ne requiert qu’un huitième de l’énergie de l’acier pro­duit à par­tir de min­erai, et prin­ci­pale­ment sous forme d’électricité plutôt que de char­bon. « Il faut aug­menter la frac­tion recy­clée, mais cette fil­ière est lim­itée par la ressource : une grande par­tie de l’acier est, par exem­ple, immo­bil­isée pour des décen­nies dans les bâti­ments », explique Fab­rice Patisson.

À court terme, l’économie cir­cu­laire est le levi­er le plus promet­teur. Les inno­va­tions tech­nologiques de décar­bon­a­tion reposent sur un renou­velle­ment du parc de pro­duc­tion, dont la moyenne d’âge mon­di­ale s’élève à 13 ans, soit moins d’un tiers de la durée de vie clas­sique. Dans son scé­nario prospec­tif visant une réduc­tion de 50 % des émis­sions du secteur en 2050, l’AIE souligne que 40 % des réduc­tions cumulées d’émissions de GES entre 2020 et 2050 reposent sur l’économie cir­cu­laire. En clair, c’est le levi­er de la sobriété : en réduisant la demande, les émis­sions sont dimin­uées. Cela passe prin­ci­pale­ment par un allonge­ment de la durée de vie des bâti­ments, mais aus­si par l’amélioration des ren­de­ments de fab­ri­ca­tion, la réduc­tion de l’utilisation des voitures et leur allège­ment, l’amélioration de la con­cep­tion des bâti­ments ou encore la réu­til­i­sa­tion de l’acier.

En par­al­lèle, un pan­el d’options d’atténuation existe. Impos­si­ble de répon­dre aux besoins en hausse sans pro­duire d’acier pri­maire. Quel est l’un des leviers majeurs pour décar­bon­er sa pro­duc­tion ? Se pass­er de char­bon. Les impor­tantes émis­sions de GES de la sidérurgie s’expliquent en majeure par­tie par la for­ma­tion de CO₂ au sein des hauts fourneaux par réac­tion chim­ique, et les hautes tem­péra­tures req­ui­s­es. Le fer « vert » serait pro­duit grâce à la réduc­tion directe du min­erai de fer par élec­tric­ité ou hydrogène vert (H₂), au lieu du coke. Il peut ensuite être inté­gré dans la fil­ière élec­trique habituelle et être trans­for­mé en aci­er dans un four à arc élec­trique. Cette voie tech­nologique est dite « d’évitement direct du car­bone ». « À ce jour, le procédé de réduc­tion directe est con­nu et répan­du – cela représente env­i­ron 7 % de l’acier mon­di­al – mais il repose sur l’utilisation de syn­gaz (un gaz de syn­thèse issu de gaz naturel) qui con­tient env­i­ron 60 % de H₂, détaille Fab­rice Patis­son. Le plus gros chal­lenge est de pass­er à 100 % de H₂ à l’échelle indus­trielle. »

La voie hydrogène est la plus avancée : par­mi les 60 pro­jets de décar­bon­a­tion de l’acier recen­sés en Europe en novem­bre 2022, 42 reposent sur l’utilisation d’hydrogène⁵. En Suède, le pro­jet pilote Hybrit pro­duit depuis 2021 les pre­mières tonnes d’acier au monde grâce à ce procédé. Il pour­rait per­me­t­tre de réduire les émis­sions de CO₂ de 85 %⁶. « Désor­mais, le développe­ment de la fil­ière repose sur la volon­té et la capac­ité d’investissement des sidérur­gistes », estime Fab­rice Patis­son. Quant aux besoins en élec­tric­ité – si l’hydrogène est pro­duit par élec­trol­yse de l’eau, ils s’élèveraient à 370 TWh pour décar­bon­er l’ensemble de la pro­duc­tion pri­maire d’acier de l’UE⁷, soit 14 % de la pro­duc­tion totale actuelle d’électricité⁸.

Une autre voie tech­nologique – com­plé­men­taire à la voie d’évitement du car­bone – existe : celle « d’utilisation intel­li­gente du car­bone ». Cela passe en pre­mier lieu par une opti­mi­sa­tion des procédés de pro­duc­tion exis­tants. Même si la fil­ière maîtrise les hauts fourneaux, des amélio­ra­tions restent pos­si­bles. Il a par exem­ple été mon­tré que plus de la moitié de l’énergie achetée par les sidérur­gistes était per­due au cours du procédé⁹. Utilis­er les meilleures tech­nolo­gies disponibles et opti­miser les procédés pour­raient per­me­t­tre de réduire les émis­sions cumulées du secteur de 21 % entre 2020 et 2050 à l’échelle mon­di­ale, d’après le scé­nario prospec­tif de l’AIE visant à réduire de 50 % les émis­sions du secteur d’ici 2050. Cela passe par le déploiement de sys­tèmes de récupéra­tion de chaleur, amélior­er la qual­ité du coke, rem­plac­er par­tielle­ment le char­bon par du gaz naturel ou des bioén­er­gies ou encore implé­menter des out­ils de main­te­nance prédictive.

La cap­ture et le stock­age du car­bone sont une option intéres­sante à court terme, avant que les tech­nolo­gies pro­pres – comme l’hydrogène – soient déployées.

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Utilis­er intel­ligem­ment le car­bone passe aus­si par sa val­ori­sa­tion. Comme dans de nom­breux secteurs indus­triels, la cap­ture et la val­ori­sa­tion ou le stock­age du CO₂ sont con­sid­érés comme indis­pens­ables pour réus­sir la tran­si­tion d’ici 2050. Pour l’AIE, elle pour­rait per­me­t­tre de capter 6 % des émis­sions générées de 2020 à 2050, avec un taux atteignant 25 % de cap­ture par an en 2050. Seule une unité com­mer­ciale stock­ant le CO₂ existe actuelle­ment dans le monde, aux Émi­rats Arabes Unis. Quelques pro­jets de val­ori­sa­tion sont en cours de développe­ment. « La cap­ture du CO₂ est plus facile dans l’industrie sidérurgique que dans d’autres, com­plète Fab­rice Patis­son. La cap­ture et le stock­age sont une option intéres­sante à court terme, avant que les tech­nolo­gies pro­pres – comme l’hydrogène – soient déployées. »

Enfin, l’UE et la France sont engagées dans une poli­tique de relo­cal­i­sa­tion de l’activité indus­trielle. Exit les émis­sions liées au trans­port des pro­duits. Le mix énergé­tique français, à l’empreinte car­bone rel­a­tive­ment faible, est égale­ment un avan­tage en ter­mes d’émissions de GES. «  En mutu­al­isant les ser­vices, la chaîne logis­tique, l’énergie et les matières pre­mières, les impacts envi­ron­nemen­taux et les coûts sont min­imisés. » Il est pos­si­ble de dimin­uer les émis­sions de GES jusqu’à 75% si l’on com­pare au même parc sans coopéra­tion¹⁰. Le site d’ArcelorMittal de Dunkerque est un exem­ple en la matière : le laiti­er – un copro­duit des hauts fourneaux – est val­orisé en matéri­au de con­struc­tion et la chaleur fatale est injec­tée sur le réseau munic­i­pal de chauffage de Dunkerque¹¹. Deux nou­veaux réac­teurs nucléaires EPR doivent y être implan­tés, ain­si qu’une unité de pro­duc­tion d’hydrogène vert, qui pour­ra ali­menter la future unité de réduc­tion directe du min­erai par hydrogène d’ArcelorMittal¹². « Inté­gr­er le vecteur hydrogène dans les éco­parcs per­met de ren­dre la fil­ière rentable, économique­ment mais aus­si pour l’environnement, con­clut Mar­i­anne Boix. C’est une oppor­tu­nité très intéres­sante dans ce con­texte. »

Anaïs Marechal