Acier vert

Les chiffres précis des émissions annuelles de la sidérurgie mondiale varient selon les sources, l'année et les périmètres pris en compte. [1] cite le rapport World Energy Outlook 2023 de l'AIE, selon lequel la sidérurgie était responsable de 8 % des émissions de CO₂ et de 6 % des émissions de GES l'année précédente. [4] estime les émissions directes de la production de fer et d'acier à 2,6 GtCO₂ en 2019, soit 7 % des émissions de CO₂ du système énergétique mondial. [3] situe le secteur à environ 7-8 % des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine en utilisant un périmètre industriel plus large. Le chiffre de 8 % dans le script vient surtout de [1], mais sert aussi d'aperçu arrondi de ces estimations qui se recoupent.

Les émissions de dioxyde de carbone du secteur des transports dans le monde ont atteint environ 9 GtCO₂ en 2024, sur un total estimé à 41,6 GtCO2 (c'est-à-dire l'ensemble des émissions anthropiques de CO₂ dues à l'utilisation de combustibles fossiles et au secteur UTCATF [utilisation des terres, changement d'affectation des terres et foresterie], en tenant compte du puits lié à la carbonatation du ciment) ^[5,6]. L'aviation (internationale et intérieure) représentait 9,9 % des émissions du secteur des transports, soit 2,14 % des émissions mondiales de carbone (un peu moins d'un milliard de tonnes métriques). Le transport maritime (international, intérieur et pêche compris) représentait 10,67 % des émissions du secteur des transports, soit 2,31 % des émissions mondiales de carbone ^[5,6].

Une comparaison antérieure à la pandémie, utilisant des études dédiées à l'aviation et au transport maritime par rapport au même total mondial d'émissions de CO₂, permet de vérifier utilement cette estimation de 2024 et donne un résultat globalement similaire. En 2018, l'aviation mondiale a émis environ 1,034 GtCO₂ ^[7], tandis que le transport maritime a émis environ 1,056 GtCO₂ ^[8]. Les émissions combinées étaient donc d'environ 2,090 GtCO₂. Par rapport au total de 42,5 GtCO₂ du Global Carbon Budget pour la même année ^[6], l'aviation et le transport maritime représentaient ensemble environ 4,92 %. Une part de 8 % des émissions mondiales attribuable au secteur de la production d'acier serait donc supérieure d'environ 3,08 points de pourcentage, soit 1,63 fois les émissions combinées aviation-transport maritime. Cette comparaison ne porte que sur les émissions annuelles de CO₂ et n'inclut pas les effets de réchauffement supplémentaires de l'aviation non liés au CO₂.

Au moment de la rédaction, ce sont les meilleurs chiffres disponibles pour comparer directement les secteurs, en s'appuyant autant que possible sur des sources récentes et fiables (p. ex. les émissions maritimes fournies par l'Organisation maritime internationale). Mais ces comparaisons demandent de la prudence, car les estimations publiées peuvent couvrir des types ou catégories légèrement différents de gaz à effet de serre, d'activités et de sources d'émissions.

D'abord, différentes études peuvent présenter soit le CO₂ seul, tous les gaz à effet de serre, ou des valeurs en équivalent dioxyde de carbone (CO₂eq), qui incluent des gaz comme le méthane et le protoxyde d'azote, pondérés selon leur potentiel de réchauffement global par rapport à celui du CO₂. Ces mesures ne sont pas interchangeables ni directement comparables sans une normalisation cohérente, et présenter l'une plutôt qu'une autre peut modifier fortement la part apparente des émissions d'un secteur. Les sources, études et rapports d'organisations n'indiquent souvent pas clairement quelle mesure précise (/type de mesure des émissions) a été utilisée, et indiquent régulièrement l'une alors qu'ils veulent en fait dire l'autre (p. ex. en écrivant « CO₂ » alors qu'ils veulent dire « CO₂eq »).

Ensuite, le choix de la référence mondiale compte : certaines comparaisons se font uniquement par rapport au CO₂ lié à l'énergie, tandis que d'autres incluent toutes les sources anthropiques comme l'utilisation des terres, le changement d'affectation des terres et la foresterie (UTCATF), ce qui détermine le dénominateur et donc le pourcentage calculé pour le secteur.

Les émissions du transport maritime international en particulier sont difficiles à suivre, car elles ont surtout lieu dans les eaux internationales. Historiquement, les données venaient souvent des ventes de carburant de soute plutôt que d'un suivi direct de l'activité des navires, ce qui ajoute de l'incertitude. L'OMI combine désormais les ventes de carburant, l'activité des navires (modélisation AIS) et les méthodes d'attribution des trajets, et les estimations peuvent varier selon les méthodes utilisées. On observe une situation similaire dans les données sur l'aviation. Avec les problèmes mentionnés plus haut dans la publication des chiffres, cela peut faire beaucoup varier les estimations mondiales disponibles des émissions, même pour le même secteur/la même activité.

1,892 Gt d'acier sont produites chaque année, dont 52 % sont utilisées dans la construction (983,84 Mt d'acier).

[14] indique que l'étendue urbaine mondiale a augmenté de 9 687 km² par an entre 1985 et 2015. Cela équivaut à (9 687/365 =) 26,539 km² par jour.

La superficie de Manhattan est de 59,1 km^2 A. : 59,1/26,539 = 2,2 jours

Cependant, il faut noter que le rythme de croissance actuel pourrait être encore plus rapide. La Banque mondiale ^B estime (en avril 2023) que 1,2 million de km² de nouvelles zones urbaines bâties devraient être ajoutés au monde d'ici 2030. Cela équivaut à un rythme annuel moyen d'expansion urbaine sur toute la décennie des années 2020 d'environ 120 000 km² par an, 328,77 km² par jour ou 13,698 km² par heure, soit l'équivalent de la superficie de Manhattan construite toutes les 4 heures.

On peut faire d'autres comparaisons : Si 983,84 Mt d'acier sont utilisées chaque année dans la construction (voir ci-dessus), cela équivaut à 2,7 Mt par jour. En comparaison, le pont du Golden Gate à San Francisco, aux États-Unis, contient ~75 000 tonnes métriques d'acier ^C, ce qui signifie qu'environ 36 ponts du Golden Gate pourraient être construits avec l'acier de construction utilisé chaque jour. Autre comparaison : l'Empire State Building contient ~51 700 tonnes métriques d'acier ^D,E, ce qui signifie qu'environ 52,2 Empire State Buildings pourraient être construits avec l'acier de construction utilisé chaque jour.

^A Présentation de New York | NYMTC

^B Présentation du développement urbain | Groupe de la Banque mondiale

^C Statistiques sur la conception et la construction | Statistiques et données | Golden Gate

^D Section métropolitaine de l'ASCE | Empire State Building

^E Empire State Building | Les plus hautes tours du monde

94 % du minerai extrait est du minerai de fer, et 98 % du minerai de fer sert à fabriquer de l’acier. Donc, 98 % de 94 % font 92 %. C’est une estimation calculée à partir des masses, pas une statistique mesurée.

[39] indique une réduction maximale potentielle des émissions pouvant aller jusqu'à 85 % ; toutefois, cela ne s'applique peut-être pas partout, et la source ne précise pas clairement un périmètre complet pour son estimation. En pratique, les économies d'émissions peuvent dépendre fortement de la part de ferraille dans le four à arc électrique, du mix électrique et de l'étendue du périmètre global pris en compte. Malgré tout, WorldSteel ^F rapporte des écarts tout aussi importants entre les filières de production d'acier à partir de minerai et de recyclage de ferraille : une moyenne mondiale de 2,34 tCO₂/t d'acier brut pour la filière traditionnelle haut fourneau-convertisseur à oxygène, et de 0,69 tCO₂/t pour la filière ferraille-four à arc électrique, soit une réduction moyenne d'environ 70,5 %.

^F Rapport sur les indicateurs de durabilité 2025 | Association mondiale de l'acier

Fuite désigne du CO₂ qui s’échappe du confinement prévu - par un puits, une faille, une fracture ou la roche de couverture - et qui peut atteindre une autre formation géologique, les eaux souterraines, les fonds marins ou l’atmosphère. Défaillance du stockage peut inclure une fuite, mais aussi une pression excessive, une migration imprévue ou une perte d’injectivité qui empêche le site de fonctionner comme prévu sans forcément libérer de CO₂ dans l’atmosphère. Aucune des deux n’est un résultat attendu sur un site bien choisi et bien géré. Les règles de l’UE exigent que les sites proposés démontrent l’absence de risque significatif de fuite et maintiennent des plans de surveillance et de mesures correctives.

Remplacer « le charbon dans le haut-fourneau » désigne le remplacement de l'étape classique de réduction au charbon en haut-fourneau par une réduction directe au gaz, qui se fait généralement dans un four à cuve/four de réduction directe séparé ; cela ne veut pas dire remplacer simplement le charbon par du gaz fossile dans le même haut-fourneau.

Les autres méthodes de DRI ont des niveaux d'émissions très différents. [60] indique que le DRI au charbon peut réduire les émissions de 38 % par rapport à la méthode traditionnelle haut-fourneau/convertisseur à oxygène. Le gaz fossile, lui, avec son mélange habituel de CH₄, H₂ et CO, réduit les émissions de 61 %. Remplacer entièrement le gaz fossile par du H₂ peut réduire les émissions de 97 %. Mais ces estimations ne sont pas universelles, et les réductions exactes dépendront non seulement de l'agent réducteur principal utilisé dans le procédé, mais aussi du reste de la configuration DRI, du mix énergétique et du périmètre du système. À noter, les émissions liées à la production de H₂ avant son utilisation dans la fabrication de l'acier ne sont pas incluses dans les estimations du DRI à l'hydrogène. L'hydrogène vert utilise une électricité bas carbone, mais des émissions peuvent encore être liées au transport & aux infrastructures (voir ci-dessous). Même si l'utilisation de gaz fossile dans le DRI émet moins que le charbon, les combustibles fossiles restent utilisés donc les émissions sont inévitables.

L'hydrogène vert est produit en utilisant de l'électricité renouvelable pour séparer l'eau en hydrogène et oxygène par électrolyse. Cela élimine les émissions liées à la production d'hydrogène à partir de combustibles fossiles. Quand l'hydrogène entre dans le processus de fabrication de l'acier, à l'étape de réduction du fer qui sépare le fer de son minerai, il réagit avec les oxydes de fer du minerai et se combine à l'oxygène pour produire de la vapeur d'eau plutôt que du CO₂.

Mais l'ensemble du processus peut tout de même causer certaines émissions. Ces émissions indirectes et associées peuvent venir des infrastructures utilisées pour produire, transporter et stocker l'hydrogène vert, ou de l'électricité tirée d'un réseau dont le mix énergétique n'est pas encore totalement décarboné. En pratique, l'hydrogène décrit comme « vert » n'est donc pas toujours produit uniquement avec de l'électricité renouvelable sur toute la chaîne.

L'acier à l'hydrogène vert peut donc s'approcher très près de zéro émission, sans forcément parvenir à une absence totale d'émissions de carbone. En réalité, l'acier fabriqué avec de l'hydrogène renouvelable produit environ 0,08 kg de CO₂ par kg d'acier ^[67].

L'hydrogène bleu et l'hydrogène gris ont des émissions associées mieux définies. L'hydrogène gris est généralement produit à partir de gaz fossile par un procédé appelé reformage du méthane à la vapeur (SMR), qui sépare l'hydrogène du méthane dans le mélange de gaz fossile et libère du CO₂. C'est actuellement la façon la plus courante et la moins chère de produire de l'hydrogène. L'hydrogène bleu est produit par le même procédé de base, mais associé à une technologie de captage et stockage du CO₂ (CSC) pour empêcher que la plupart de ces émissions de production ne s'échappent dans l'atmosphère. Comme le processus de captage ne retient pas tout, l'hydrogène bleu produit encore certaines émissions atmosphériques.

Quand l'une ou l'autre forme d'hydrogène est utilisée pour séparer le fer de son minerai, la réaction de réduction elle-même ne produit toujours que de l'eau plutôt que du CO₂. La principale différence vient des émissions en amont créées plus tôt, lors de la production initiale de l'hydrogène. De petites émissions peuvent aussi rester ailleurs dans le processus de fabrication de l'acier, notamment à cause de l'électricité et du carbone utilisés dans le four à arc électrique.

Selon [67], l'acier produit avec de l'hydrogène bleu émet environ 0,22 kg de CO₂ par kg d'acier, en supposant que 85 % des émissions liées à la production d'hydrogène sont captées. À comparer avec 1,87 kg de CO₂ pour l'acier classique à base de charbon et 0,38 kg de CO₂ pour l'acier à base de charbon équipé d'un captage du CO₂, pour lequel un taux de captage distinct de 80 % est supposé ^[67].

Plus de 95 % de l'hydrogène utilisé dans le monde est produit avec du gaz fossile, surtout sans aucune forme de captage du CO₂. Si cet hydrogène gris classique est utilisé dans la fabrication d'acier DRI à base d'hydrogène, [67] estime les émissions à environ 0,7 kg de CO₂ par kg d'acier ^[67]. C'est nettement moins que la production classique d'acier à base de charbon, mais bien plus que pour l'acier fabriqué avec de l'hydrogène vert.

Dans ces calculs, la plupart des émissions restantes sont celles qui ont échappé au CSC, car il ne capte pas tout le CO₂ produit lors de la fabrication classique de l'acier ou de la production d'hydrogène bleu.

L'économie potentielle d'émissions de plus de 95 % décrit donc un scénario idéal de DRI à l'hydrogène vert plutôt qu'un résultat universel valable pour toutes les formes d'acier à base d'hydrogène ^[60,67]. [67] estime environ 0,08 kg de CO₂ par kg d'acier dans son cas avec hydrogène renouvelable ; comparé aux 1,87 kg de CO₂/kg de l'acier classique à base de charbon, cela équivaut à une réduction de 95,7 % ^[67]. Au final, le résultat dépend de la production d'hydrogène, de l'intensité carbone de l'électricité, des matières premières et de la ferraille utilisées, ainsi que des périmètres d'émissions et du système retenus.

L’acier n’est pas du fer pur : c’est un alliage qui contient normalement une petite quantité de carbone, soigneusement contrôlée, ce qui lui donne les propriétés voulues. Donc, même lorsque l’hydrogène remplace le carbone lors de la première étape de réduction du fer, il faut encore un peu de carbone quand le fer est transformé en acier.

Les sidérurgistes utilisent aussi du carbone pour plusieurs tâches techniques dans un four à arc électrique, qui ne sont pas détaillées dans le script. Cela comprend l’ajustement de la teneur finale en carbone (y compris la carburisation), l’élimination de l’oxygène restant (désoxydation) et la formation du laitier (Quand l’acier fond, les impuretés remontent à la surface et forment une couche de déchets liquides appelée laitier. Le carbone injecté dans le mélange réagit avec le minerai de fer et produit des bulles de monoxyde de carbone, qui font gonfler le laitier en mousse. Cette couche de laitier mousseux aide à protéger le four de la chaleur intense et améliore ses performances en gardant la chaleur dans le métal fondu, ce qui réduit l’énergie nécessaire).

La ferraille sert surtout de source recyclée de fer et d’acier déjà fabriqué (charge métallique), plutôt que de remplacer un apport volontaire de carbone, même si le carbone déjà présent dans sa composition contribue au bilan carbone final du four. La fabrication d’acier dans un four à arc électrique peut donc encore nécessiter l’ajout de carbone.

Les résidus de déchets d’origine biologique peuvent fournir une source supplémentaire de carbone, mais ils doivent d’abord être transformés en une forme adaptée de biocarbone ou de biochar. Des déchets plastiques et pneus en fin-de-vie correctement préparés peuvent aussi servir d’agents réducteurs carbonés ou de moussage du laitier, ou aider à fournir de l’énergie, en remplaçant une partie du coke ou du charbon habituellement utilisés.

Mais la plupart des plastiques et une grande partie du carbone contenu dans les pneus viennent à l’origine de combustibles fossiles, donc leur utilisation peut encore libérer du CO₂ fossile. Le bénéfice environnemental dépend donc du déchet utilisé (composition de la charge), de sa transformation (prétraitement), de la quantité de carbone fossile nouvellement extrait (vierge) qu’il remplace, des performances du four et des étapes du cycle de vie prises en compte. Utiliser des déchets peut réduire la demande en carbone fossile classique, mais ne rend pas automatiquement le procédé zéro-carbone.

L'acier produit selon la méthode à l'hydrogène est testé dans plusieurs pays :

[76] Allemagne, [77] Autriche, [78] Pays-Bas, [79,80] Royaume-Uni, [81] Corée du Sud