Production et extraction des constituants de l’acier

L’acier est l’un des matériaux les plus utilisés au monde. Selon le « Planétoscope », 1,81 milliard de tonnes d’acier brut ont été produites en 2018. Ce chiffre monte à 1,87 milliard en 2019 (soit 3.4 % d’augmentation grâce à la Chine et le Moyen-Orient, Figaro/Flash Éco). Il est extrêmement durable et recyclable à l’infini. Mais, ce métal subit également de nombreuses transformations, toutes très consommatrices en énergie et polluantes. La production et l’extraction des constituants de l’acier soulèvent alors des questionnements sur leurs impacts environnementaux. Depuis plusieurs décennies, les industriels tentent de redorer le blason de leur profession. Pour y parvenir, ils instaurent des programmes visant à placer le développement durable au cœur de leurs activités

L’extraction des constituants de l’acier, le travail des mines

Les matières premières essentielles à la production de l’acier proviennent exclusivement des roches. Celles-ci s’extraient dans des mines à ciel ouvert ou souterraines. Les activités minières sont encadrées par le Code minier. Depuis 2017, les règles en matière de sécurité et d’écologie se renforce afin qu’elles respectent le droit de l’environnement. Un projet de loi a été adopté en première lecture le 25 janvier 2017, mais des discussions sont toujours en cours. La réforme du Code minier prévoit la révision des conditions d’octroi des titres miniers, ainsi qu’une meilleure prise en considération des impacts environnementaux. Par exemple, la loi vise à interdire définitivement l’exploitation du gaz de schiste. Les dernières nouvelles propositions de la loi visent à apporter plus de garanties pour améliorer l’acceptabilité sociale des projets… Et le gouvernement glisse le Code minier dans le projet de loi climat.

L’oxyde de fer

L’oxyde de fer est une matière naturelle abondante composée de fer et d’oxygène. On ne connaît pas exactement l’origine de cette ressource. Elle proviendrait d’une activité biologique photosynthétique marine, datant d’il y a près de quatre milliards d’années. En d’autres termes, l’oxyde de fer serait né de la réaction de la superposition de dépôts marins sous l’effet de l’énergie lumineuse du soleil. L’oxyde de fer était exploité en France (notamment en Lorraine) jusqu’en 1993. Mais sa teneur en fer était considérée comme trop pauvre (de 30 à 32 %). La plupart des minerais importés aujourd’hui en comprennent au moins 70 %. La France se fait donc livrer en oxyde de fer par la Suède, la Mauritanie, le Brésil et l’Australie.

Les principaux types d’oxydes de fer :

• La magnétite, de couleur jaune, est un oxyde magnétique.
• L’hématite, de couleur rouge, est un oxyde ferrique.
• Le wustite, de couleur noire, est un oxyde ferreux.

Les usines de fabrication de l’acier privilégient l’usage de l’hématite pour sa richesse naturelle en teneur en fer.

Le charbon :

Le charbon est un élément indispensable pour la fabrication de l’acier. Il sert de combustible pour fondre le minerai de fer dans les hauts fourneaux. Le charbon est une roche qui s’est fossilisée par sédimentation, c’est-à-dire par dépôts successifs de couches appelées « strates ». Le charbon est donc né de la dégradation des végétaux enfouis sous terre depuis des millions d’années. Les charbons les plus anciens et les plus recherchés datent de près de 300 millions d’années durant l’ère dite à juste titre du carbonifère. Celui-ci sert principalement de combustible. C’est pourquoi on l’appelle « énergie fossile ».

Le charbon se compose d’une grosse quantité de carbone. Cette ressource ne s’exploite en France depuis la fermeture de l’extraction houillère de « La Houve » en Moselle. Le charbon des anciennes exploitations a été récupéré jusqu’en fin 2014. Selon les statistiques du ministère de la Transition écologique et solidaire, 14 millions de tonnes de charbon ont été importées en 2015. Ces importations proviennent de l’Australie, de la Russie et de la Colombie.

L’agence internationale de l’énergie (AIE) classe le charbon brut selon son pouvoir calorifique (PCS), c’est-à-dire selon sa capacité à dégager de l’énergie lors de sa combustion. Les 3 grandes catégories sont :

• Le lignite, avec un PCS < 17 435 kJ/kg.
• Le charbon sous-bitumeux, avec un PCS compris entre 17 435 et 23 865 kJ/kg.
• La houille, avec un PCS > 23 865 kJ/kg.

Les usines de l’acier utilisent majoritairement de la houille qu’elles transforment en coke de charbon. Le coke s’obtient après cuisson du charbon à 1 250 °C pendant près de 20 h, dans une cokerie. 1 tonne de houille donne 750 kg de coke contenant 88 % de carbone, fournissant par cette opération un combustible à plus grand pouvoir calorifique. Les 12 % restants sont des cendres (9 %), de l’eau (1.7 %) et de l’azote (1.3 %).

L’usage de la chaux

La chaux se fabrique à partir de roche calcaire extraite des carrières. Bien qu’elle ne soit pas le constituant principal de l’acier, elle est essentielle ! En effet, la chaux s’utilise à chaque étape de sa production dans :

• Les hauts fourneaux, pour convertir le fer en fonte, lors de la première fusion,
• La station d’affinage, pour désulfurer l’acier et modifier sa morphologie, le rendant plus malléable lors de la phase de laminage (réduction de l’épaisseur du métal par écrasement de deux cylindres).

Les fours à arc électrique et dans les convertisseurs, pour éliminer les impuretés de l’acier (silice, soufre et phosphore).

L’usage des ferroalliages

Les ferroalliages s’incorporent lors du processus de la fabrication de l’acier pour lui conférer des caractéristiques particulières, selon l’usage recherché (architecture, ameublement, conditionnements alimentaires, machines-outils, etc.).

Les ferroalliages sont fabriqués dans des fours électriques ou dans des hauts fourneaux et sont composés à partir de :

• Manganèse, présent en grande quantité dans la nature sous forme de grès brun et exploité par les carrières. Le manganèse s’utilise comme alliage et permet d’augmenter l’élasticité de l’acier et apporte de la dureté.
• Le chrome, qui se trouve dans les roches magmatiques et qui s’extrait dans les mines. Le chrome permet à l’acier de ne pas ternir, de ne pas s’oxyder (corrosion) et de donner un aspect de brillance.
• Le silicium, très répandu, se retrouve dans les roches sédimentaires (sable ou grès), métamorphiques (schistes, gneiss, quartzites) et magmatiques. Il provient des carrières. Le silicium permet à l’acier de résister à des températures élevées et le protège de l’oxydation.
• Le titane, produit à partir de roches magmatiques et métamorphiques. Cette ressource s’exploite dans les mines. Le titane permet à l’acier de résister au feu et en réduit sa corrosion, l’aluminium, créé à partir de la transformation du minerai de bauxite qui est une roche sédimentaire. Elle s’extrait dans les mines. L’aluminium rend l’acier résistant aux intempéries, mais aussi plus malléable, plus facile à usiner et à mouler.

Les méthodes d’extraction des mines, en images

Les engins de chantier, en images

L’impact énergétique de l’extraction et de la production des matériaux constituant l’acier.

Comme les principales ressources proviennent des mines et des carrières de pays étrangers, la production des matériaux constituant l’acier provoque de multiples risques environnementaux :

1. L’extraction provoque l’érosion des roches et des sols.
2. En creusant toujours plus profondément pour obtenir les matières premières, les nappes phréatiques se mélangent avec d’autres éléments qui les polluent. Une exploitation peut priver d’eau certaines zones de pays étrangers situées à proximité. La qualité des eaux de rivières peut s’altérer profondément (cas de la Guinée, avec les mines de bauxite).
3. Une mine à ciel ouvert dénature le paysage.
4. Certaines ressources, une fois prélevées, dégagent des gaz toxiques dans l’atmosphère. C’est le cas du soufre qui provoque des pluies acides, du méthane, du CO₂ et des oxydes d’azote qui amplifient les émissions de gaz à effet de serre (GES).

Les solutions de développement durable apportées par les industriels

Depuis le Sommet de Rio de juin 1992, certains pays (dont la France) ont décidé d’entreprendre des actions en faveur du développement durable. L’objectif est d’offrir un meilleur confort aux usagers, de préserver les ressources naturelles et les écosystèmes et de réduire l’impact carbone. En un peu plus de 30 ans, les activités de sidérurgie se sont réduites de 50 % en Europe. Elles représentent actuellement moins de 6 % des émissions de CO₂. Malgré la hausse de la production industrielle, les gaz à effet de serre se sont réduits de près de 20 %.

Le programme des industries pour une production plus respectueuse de l’environnement comprend :

• – La réduction des extractions des matières premières.
• Les économies d’énergie, en améliorant l’efficacité énergétique des process.
• La réduction de la pollution, avec l’usage de combustibles plus verts (biomasse, par exemple) ;
• La revalorisation des déchets de production, avec le recyclage et la réutilisation des métaux (aujourd’hui évaluée à 25 % et devant atteindre 50 % en 2050).
• Le réaménagement des espaces utilisés par les mines et les carrières en fin de vie (création de zones de biodiversité, de parcelles de culture, etc.).