L’acier est un matériau essentiel pour de nombreux secteurs, comme la construction, l’automobile ou les énergies renouvelables. Mais sa production est aussi très émettrice de gaz à effet de serre : chaque tonne d’acier produite génère environ 1,9 tonne de CO2, ce qui représente 7% des émissions mondiales. Face à l’urgence climatique, comment rendre la production d’acier plus verte et plus durable ?
Les solutions technologiques pour décarboner l’acier
Plusieurs pistes sont explorées pour réduire l’empreinte carbone de l’acier, qui repose principalement sur la réduction du minerai de fer par le charbon dans des hauts fourneaux. Parmi elles, on peut citer :
- Le remplacement du charbon par de l’hydrogène vert, produit à partir d’électricité renouvelable, comme le font déjà des entreprises comme ArcelorMittal ou ThyssenKrupp. L’hydrogène permet de réduire le minerai de fer sans émettre de CO2, mais nécessite des investissements importants et une disponibilité suffisante d’électricité verte.
- Le captage et le stockage du CO2 (CCS) ou son utilisation (CCU), qui consistent à récupérer le CO2 émis par les procédés sidérurgiques et à le séquestrer dans des réservoirs souterrains ou à le valoriser dans d’autres secteurs, comme la chimie ou les biocarburants. Ces technologies sont encore en développement et présentent des défis techniques et économiques.
- L’électrolyse directe du fer, qui consiste à dissoudre le minerai de fer dans un bain électrolytique et à le séparer de l’oxygène par un courant électrique. Ce procédé ne produit pas de CO2, mais requiert une température très élevée et une grande quantité d’énergie.
Voici une vidéo expliquant le processus de fabrication d’acier :
Le rôle des microstructures dans la qualité de l’acier
Au-delà de ces innovations technologiques, il existe un autre levier pour rendre la production d’acier plus verte : l’optimisation des microstructures. Les microstructures sont l’ensemble des arrangements atomiques qui composent un matériau métallique. Elles déterminent les propriétés mécaniques, physiques et chimiques de l’acier, comme sa résistance, sa ductilité ou sa corrosion.
En contrôlant les paramètres de fabrication de l’acier, comme la température, la pression ou la vitesse de refroidissement, il est possible de modifier les microstructures et d’améliorer la qualité de l’acier. Par exemple, en augmentant la proportion de ferrite, une phase cristalline plus douce et plus ductile que la martensite, on peut obtenir un acier plus résistant aux chocs et aux fissures.
L’amélioration des microstructures permet ainsi de réduire la quantité d’acier nécessaire pour une même application, ce qui diminue les besoins en matières premières et en énergie, et donc les émissions de CO2. Elle permet aussi de prolonger la durée de vie des produits en acier, ce qui réduit les déchets et favorise le recyclage.
Les microstructures sont donc un élément clé pour une production d’acier plus verte et plus efficace. Des recherches sont menées pour mieux comprendre et maîtriser les mécanismes qui régissent les microstructures, notamment grâce à la modélisation numérique et à la caractérisation avancée. Ces travaux contribuent à développer des aciers plus performants et plus respectueux de l’environnement.