Les fabricants sont sous pression : ils doivent réduire leur empreinte carbone et cherchent donc de nouveaux moyens de produire de l’acier, se détournant des hauts fourneaux et des combustibles fossiles pour privilégier les aciéries vertes alimentées par de l’hydrogène.
L’acier est le métal le plus utilisé au monde, et c’est aussi l’un des matériaux les plus durables.
Une fois fabriqué, il peut être recyclé à l’infini sans perdre aucune de ses propriétés. Mais le processus actuel de production de l’acier n’est pas bon pour l’environnement. Sa fabrication est même l’un des plus gros responsables de la pollution par gaz à effet de serre, puisqu’elle est à l’origine de 8 % des émissions totales de carbone. C’est aussi le plus grand producteur de CO2 de toutes les industries lourdes. Le terme « acier vert » fait référence à un processus de fabrication révolutionnaire qui utilise de l’hydrogène en lieu et place des combustibles fossiles, pour une empreinte carbone minimale.
Face à la pression pour atteindre les objectifs mondiaux en matière de neutralité carbone, les décideurs politiques appellent l’ensemble du secteur de la sidérurgie à agir vite pour passer des hauts fourneaux à charbon à des méthodes de production à faible émission de carbone. C’est pourquoi nous entendons de plus en plus parler de l’acier vert, qui a le potentiel de réduire les émissions de carbone de 95 %.
Comment l’acier vert peut-il nous aider à atteindre la neutralité carbone ?
L’Agence internationale de l’énergie (AIE) affirme que si nous voulons atteindre les objectifs climatiques mondiaux, les émissions liées à l’acier doivent être réduites de moitié d’ici à 2050. Si l’industrie sidérurgique parvient à passer à l’acier vert, cela changera vraiment la donne.
Rien qu’en 2021, la production mondiale d’acier a atteint près de 2 000 millions de tonnes métriques, dont la majorité étaient fabriquées dans des hauts fourneaux alimentés au charbon. Ces fourneaux sont chauffés à plus de 1 000 degrés centigrades, ils nécessitent donc de grandes quantités d’énergie et rejettent d’énormes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
« Jusqu’à présent, les usines alimentées par des combustibles fossiles étaient le seul moyen viable d’obtenir du fer de bonne qualité à l’échelle nécessaire pour produire suffisamment d’acier », explique le groupe Mitsubishi Heavy Industries (MHI) dans son bulletin d’information, Spectra magazine. « Avec ce processus, très énergivore, le secteur produit plus de CO2 que d’acier : environ deux tonnes de CO2 sont émises pour chaque tonne d’acier liquide produite. »
La production d’acier vert évite d’avoir recours à des combustibles fossiles en les remplaçant par de l’hydrogène, qui n’émet que de l’eau lorsqu’il est brûlé. Si l’industrie de la sidérurgie utilisait de « l’hydrogène vert » produit uniquement à partir d’eau et d’électricité renouvelable, l’ensemble du processus pourrait être entièrement neutre en émissions de carbone.
Alors que la demande mondiale d’acier continue de monter en flèche, le secteur est confronté à un double défi : augmenter la production et inverser la tendance en matière d’émissions de carbone. Les grands noms du secteur ont donc commencé à étudier les moyens d’y parvenir, et les premières usines commerciales d’acier vert devraient entrer en service dans les trois prochaines années.
Comment l’acier vert est-il produit ?
Le passage des hauts fourneaux à l’hydrogène est fondamental pour produire de l’acier vert. Primetals Technologies (qui fait partie du groupe MHI) a déjà produit avec succès de l’acier vert à partir d’hydrogène dans son usine pilote HYFOR à Donawitz, en Autriche, mise en service au milieu de l’année 2021.
Entre-temps, à Boden, en Suède, la construction de la nouvelle usine H2 Green Steel est en cours. Elle produira son propre hydrogène vert sur place et prévoit de fabriquer les premiers lots commerciaux d’acier vert d’ici 2025.
Dans les deux cas, l’acier vert est fabriqué à partir de la réduction directe du fer (DRI), obtenue en utilisant de l’hydrogène au lieu du charbon. Cela signifie que le minerai de fer réagit avec des atomes d’hydrogène plutôt qu’avec des atomes de carbone, créant ainsi de l’eau au lieu du CO2 comme sous-produit. Pour réduire encore la consommation d’énergie, l’acier est fondu, coulé et laminé à chaud, en continu.
Créer l’usine de fabrication d’acier vert nouvelle génération
Toutes les initiatives similaires axées sur la production d’acier à base d’hydrogène contribueront à sensibiliser sur le sujet et à attirer les investissements. À mesure que cette dynamique s’intensifie, davantage d’entreprises de sidérurgie devraient passer à des processus de réduction des émissions de carbone plutôt que de réinvestir dans leurs infrastructures existantes, alimentées au charbon. Quand on sait que 71 % des hauts fourneaux doivent faire l’objet d’une rénovation majeure avant 2030 et que le pourcentage restant devra s’y plier d’ici 2040, il est clair que nous avons en ce moment une opportunité cruciale pour nous lancer dans la production d’acier vert plutôt que de nous enfermer dans une dépendance au carbone.
Bien sûr, il ne faut pas sous-estimer la tâche considérable que représente le remplacement de tous les hauts fourneaux du monde. Les fabricants d’acier devront mettre en service de nouvelles usines et concevoir des lignes de production d’acier entièrement nouvelles, un travail considérable qui coûte cher. Et ils devront en plus avoir accès à des réserves abondantes d’hydrogène neutres en carbone.
Pour accélérer la transition, McKinsey recommande aux fabricants d’acier de suivre une feuille de route claire en matière de réduction des émissions de carbone. Selon le rapport, « cela pourrait impliquer de passer d’abord par l’optimisation des processus des hauts fourneaux, puis par l’utilisation de fours électriques à arc (EAF) fonctionnant avec de la ferraille et de la DRI alimentée au gaz naturel, et enfin, d’adopter une production EAF neutre en carbone utilisant un mélange de ferraille et de DRI à base d’hydrogène ».
Comment Dassault Systèmes contribue-t-il à la transition vers l’acier vert ?
Parmi toutes ces transformations radicales, la technologie numérique jouera un rôle essentiel en aidant les producteurs d’acier à repenser et à optimiser leurs usines de fabrication et à créer des processus de production entièrement intégrés.
Dassault Systèmes travaille déjà avec des leaders de l’industrie sur la manière dont ils effectueront la transition vers la production d’acier vert et sur la technologie nécessaire pour les soutenir. Ils auront notamment besoin d’outils puissants pour concevoir et mettre au point leurs nouvelles installations et simuler leurs processus dans le monde virtuel, avant de passer à la production. Ils devront également utiliser des fonctionnalités performantes de gestion du cycle de vie des produits et de planification de la production afin d’optimiser leurs ressources et de parvenir à une transparence totale tout au long de la chaîne de valeur. À cet égard, deux évolutions technologiques majeures joueront un rôle essentiel :
– Les jumeaux virtuels :
Pour gérer la complexité de la conception, de la construction et de l’exploitation des nouvelles installations, les entreprises sidérurgiques modéliseront, testeront et optimiseront l’ensemble de leurs opérations dans le monde virtuel. Le jumeau virtuel suivra l’usine à chaque étape de son cycle de vie, de la mise en service à la maintenance. Il permettra aux entreprises d’effectuer un suivi de l’ensemble des actifs physiques et des systèmes, et de saisir et stocker les connaissances relatives à l’usine, ce qui les aidera à simplifier la production, à réduire les coûts, à minimiser les temps d’arrêt, à améliorer la sécurité des travailleurs et bien plus.
– L’analyse du cycle de vie (LCA) :
À mesure que les objectifs de développement durable prennent de l’importance dans les programmes des entreprises sidérurgiques, des acheteurs, des investisseurs et des décideurs politiques, la capacité à contrôler et à mesurer l’impact environnemental de l’acier tout au long de son cycle de vie deviendra essentielle. Construite sur la base de la technologie 3DEXPERIENCE, la solution Sustainable Innovation Intelligence permettra aux entreprises du secteur de la sidérurgie d’effectuer une analyse du cycle de vie (LCA) approfondie et de mesurer précisément l’impact environnemental total de l’acier qu’elles fabriquent. En combinant les données de la LCA avec la technologie de jumeau virtuel, elles pourront définir des paramètres optimaux pour prévenir les déperditions énergétiques à chaque étape du processus.
Dassault Systèmes est un partenaire clé dans la transformation de la fabrication de l’acier
Au cours des prochaines années, les principaux acteurs de l’industrie, dont Dassault Systèmes, prendront des décisions cruciales qui définiront l’avenir de la sidérurgie. Les prochaines innovations feront tomber les barrières de coût, de nouveaux écosystèmes se formeront, de nouvelles forces de travail devront être créées et de nouvelles politiques mettront la durabilité sous les feux de la rampe. La course à l’acier vert a déjà commencé, et les gagnants seront ceux qui sont prêts à s’adapter, à adopter la transformation numérique et à investir dans les bonnes technologies pour faire de l’objectif de neutralité carbone une réalité.
Rebecca Lambert is a skilled content creator and journalist based in the UK. Since she was a young girl, Rebecca has been captivating readers with her words, covering virtually any and every subject matter.