Transport et mise en œuvre de l’acier

Le transport de l’acier représente une grosse quantité de matériaux à expédier, parfois à des endroits très éloignés du lieu de production. L’objet livré peut être soit un produit utilisable en l’état, soit être retravaillé par l’industrie qui le commande. Le bilan carbone de l’acier ne s’arrête donc pas à son processus de fabrication, mais continue de s’alourdir au stade du transport et de la mise en œuvre.

Fort de ce constat, quels sont concrètement les impacts environnementaux du transport et de la mise en œuvre de l’acier ?

Le transport de l’acier

Selon le Rapport sur l’état de l’environnement (REE), le transport est responsable de plus de 30 % des émissions de gaz à effet de serre (GES). Parmi ces émissions, 96 % proviennent de la combustion de carburants. Ce serait a priori le transport par poids lourds qui serait le plus polluant avec 23 % d’émission de GES. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les transports ferroviaires et aériens ne représentent finalement que 4,4 % des émissions totales de GES.

Par ailleurs, un soin particulier doit être apporté au transport de l’acier. En effet, même après traitement, ce métal peut s’oxyder sous l’effet de la pluie et de l’humidité. La rouille déforme le métal et le fragilise ! Si un risque de dommage mécanique était avéré, le produit serait à renvoyer à l’expéditeur. D’un point de vue écologique, ce trajet de retour doit être nécessairement évité, au vu des distances parcourues.

Depuis la station de laminage

Selon le type d’industrie, des produits finis spécifiques vont être livrés. Ainsi, les plaques d’acier d’une épaisseur supérieure à 10 mm sont transportées vers les usines de fabrication de biens d’équipements (navires, mâts d’éoliennes, etc.). Les tôles en feuilles ou en bobines de 1 à 25 mm sont envoyées aux industries de l’automobile. Les produits plats vont servir pour le bâtiment, les emballages métalliques, etc. Quant au secteur de la construction métallique et de l’industrie mécanique, ces derniers sont plutôt friands en produits longs (poutrelles, barres de toutes formes et de toutes les sections).

De façon générale, tous les produits finis doivent être emballés et protégés pour leur transport. Les tiges d’acier ou les billettes sont cerclées et filmées avant d’être transportées par semi-remorques à larges plateaux. Toutefois, certains produits sont plus délicats à acheminer. C’est le cas des bobines d’acier. Malgré leur résistance, il est fréquent qu’elles soient endommagées lors de leur transport. C’est pourquoi certaines sociétés de transport se mettent à pied d’œuvre pour renforcer les protections. En effet, certains tautliners (semi-remorques) sont équipés d’une fosse incurvée recouverte d’un tapis de polyuréthane. Pour un transport par train, la SNCF propose des wagons adaptés (wagon à berces revêtues avec bâchage mécanique). Dans tous les cas, la bobine doit rester immobile durant tout le trajet, car le frottement de celle-ci est source d’usure prématurée.

Les différents modes de transport de l’acier

La méthode de transport le plus écologique demeure celle du train à marchandises. Toutefois, c’est aussi par ce moyen que le risque de détérioration est le plus important (vibration des rails). Il faut néanmoins préciser que de gros progrès ont été réalisés par la société ferroviaire, avec une mise à disposition de wagons spéciaux (à berces, conteneurs, etc.).

Les transports par camion sont de loin les plus polluants. D’autant plus, que ces derniers circulent parfois à charge partielle. Par exemple, les bobines d’acier les plus lourdes font plus de 20 tonnes, alors qu’un camion a une charge utile d’environ 30 tonnes. Ce qui revient à dire que le semi-remorque ne transporte alors qu’une seule bobine à la fois. Toutefois, il existe bien une solution, mais qui est malheureusement parfois refusée par les communes pour de raisons de sécurité et de logistique. C’est en effet un souci auquel le groupe sidérurgique Arcelor Mittal a déjà été confronté. Dans une logique de développement durable, l’industriel négocie parfois avec les collectivités pour avoir recours à des camions « gros porteurs » qui peuvent contenir jusqu’à 45 tonnes d’acier.

Le transport maritime est souvent privilégié pour les longues distances avec des produits lourds. Le transport aérien est quant à lui utilisé pour un acheminement plus rapide, mais ne convient pas pour tous les types de marchandises.

Les équipements de manutention et de levage de l’acier

Arrivé à destination, l’acier doit être déchargé. S’il parvient par bateau, sa manutention est simplifiée. En effet, les quais sont souvent équipés d’appareils de déchargement (portiques, ponts roulants). Le cas échéant, le matériel se transporte par l’intermédiaire d’élingues (cordage avec sangles et chaînes métalliques) ou de palans (systèmes à poulie).

Une fois l’acier livré à l’usine, cette dernière va utiliser deux autres types d’outils :

1. Des engins de manutention :
   1. La remorque roulante, qui est un simple plateau sur roulette, parfois motorisé.
   1. Chariot élévateur, qui peut s’accessoiriser pour déplacer des charges lourdes et permet de transporter jusqu’à 65 tonnes de matériaux ;
   1. Gerbeur, qui est très pratique pour accéder à des produits dans des lieux exigus et qui peut porter jusqu’à 85 tonnes d’acier.
2. Des engins de levage, qui sont principalement des ponts roulants de manutention ou de portiques. Ces outils servent à transporter des plaques ou des bobines, par exemple. Placés en hauteur, les objets sont tenus par des crochets, des pinces ou des aimants. Le déplacement se fait par un mouvement de translation du pont.

La mise en œuvre de l’acier

Il serait facile de penser que l’acier une fois arrivé à bon port est utilisé en l’état. Mais, ce n’est en réalité bien souvent que le début d’une nouvelle série d’étapes de transformation, toutes consommatrices en énergie. La mise en œuvre de l’acier fait appel à des machines capables de chauffer, plier, découper, écraser, souder, poinçonner, etc. Pour les ouvriers, la prudence est de rigueur !

Les dispositifs de sécurité pour la protection des ouvriers

Les activités sidérurgiques sont extrêmement dangereuses, c’est pourquoi un cadre sécuritaire très strict est instauré. Une erreur de manipulation ou une simple inattention peuvent être fatales. Les ouvriers s’exposent souvent à des polluants (plomb, particules fines, oxyde d’azote, vapeurs de chrome, de nickel ou de fer, acides, gaz et vapeurs nocifs).

Quelques exemples des mesures sécuritaires :

1. Les protections individuelles : les bottes, les lunettes de protection, le casque et les gants sont requis pour tous les ouvriers. En revanche, selon le poste des équipements plus spécifiques peuvent être requis (combinaisons ignifuges, guêtres, lunettes de protection contre les étincelles ou contre la lumière, cagouille ignifuge à voilette, etc.).
2. La formation sur l’utilisation des machines, sur le code gestuel à respecter et sur le rappel des règles de sécurité. Le personnel est régulièrement sensibilisé sur l’obligation de porter et d’entretenir leurs protections.
3. La manutention et l’inspection périodiques des machines et des outils. L’état d’usure est constamment vérifié, et dans la mesure du possible, les pannes sont anticipées. Les appareils défectueux se remplacent rapidement.
4. L’hygiène industrielle. Les locaux sont ventilés pour évacuer les polluants de l’air liés aux activités de tronçonnage, de découpage, de décapage et de finissage. Les machines les plus bruyantes sont isolées pour éviter l’exposition excessive au bruit des ouvriers.
5. La surveillance médicale, avec si nécessaire un monitorage biologique (prise de sang, contrôles et analyses en laboratoire, etc.).

Mise en œuvre par découpage mécanique ou thermique

Le découpage mécanique :

Le découpage mécanique est la première étape de la mise en œuvre de l’acier. C’est à ce stade que la première ébauche va être tracée et découpée. Pour les pièces de grandes tailles, le traçage se fait désormais de manière automatisée, par l’intermédiaire d’une machine numérique.

Le découpage mécanique peut se faire par plusieurs méthodes :

1. Par sciage, avec une scie circulaire, une scie à ruban ou une scie rectiligne à mouvement alternatif.
2. Tronçonnage, qui requiert une meuleuse pneumatique.
3. Par cisaillage. La découpe s’effectue par compression sous l’action de deux lames (une fixe et une mobile) aux arêtes vives qui glissent l’une contre l’autre. Cette méthode peut créer une légère déformation.
4. Par poinçonnage ou estampage. La tôle d’acier se place sous une matrice. Un poinçon en descendant sur la matrice perce la tôle par compression. Ce système permet de faire un travail de précision, avec des formes complexes.
5. Par découpage par jet d’eau. Le métal est découpé à froid par un jet d’eau à ultra-haute pression (pression d’environ 6 500 bars). Le jet d’eau est projeté par une buse qui permet d’obtenir un filet surpuissant de l’épaisseur d’un cheveu. La finition est très précise. Pour les matériaux plus durs (acier de 30 cm d’épaisseur), un abrasif (grenat) est rajouté à l’eau. La puissance de découpe s’en voit ainsi décuplée.

Le découpage thermique :

Il est également possible d’utiliser des machines thermiques :

1. Par oxycoupage, c’est le principe de découpage au chalumeau. Une flamme de plus de 1 300 °C se produit à l’aide d’un gaz (acétylène, gaz naturel, propane, hydrogène, etc.) mélangé à de l’oxygène pur.
2. Par laser. La découpe s’effectue par l’intermédiaire de rayons lumineux stimulés par des radiations. Le laser génère une grosse quantité d’énergie et provoque le fusion du métal qui se vaporise.
3. Par jet de plasma. La méthode est similaire à celle de l’oxycoupage, sauf qu’il s’agit non pas d’un chalumeau, mais d’un gaz ionisé (argon-hydrogène, azote-vortex d’eau, air ou oxygène) appelé le « plasma ». Une fois celui-ci échauffé, la température monte à plus de 20 000 degrés.

Le formage à chaud ou à froid

Le formage appelé également « forgeage par matriçage » permet de donner une forme à un acier sous l’effet d’une presse. La méthode peut se réaliser à chaud pour rendre l’acier plus malléable. L’acier est ensuite chauffé dans un four à haute température (jusqu’à 1 150 °C). Ainsi, sa résistance et son élasticité augmentent. La pièce est ensuite déplacée par un convoyeur vers une matrice qui sous l’effet de la pression d’un poinçon va former des pièces complexes. Cette méthode s’utilise très souvent en industrie automobile pour fabriquer des composants structurels, tels que des châssis ou des capots.

Mais le formage peut également s’effectuer à froid, c’est-à-dire à température ambiante. Dans ce cas, on utilise une presse pouvant exercer une pression de plus de 500 tonnes et deux matrices pour obtenir la forme. Cette technique est intéressante, car la finition est de meilleure qualité. De plus, cela évite le traitement thermique secondaire avant l’usinage qui consomme beaucoup d’énergie.

La technique qui consiste à réduire la section d’un fil par effet de traction s’appelle le « tréfilage ». Le fil est tiré à travers un orifice préalablement lubrifié et calibré selon la réduction souhaitée. Cette solution purement mécanique s’affranchit de toute technologie poussée et ne demande aucune chaleur. C’est donc une solution plus vertueuse de l’environnement.

L’assemblage

En assemblant plusieurs éléments en acier, il est possible de répartir la transmission des efforts d’un élément à l’autre. L’assemblage peut s’effectuer par :

• Boulonnage. Les boulons permettent la fixation du produit tout en restant démontables. Cette technique favorise le réemploi des objets métalliques, et donc le développement durable ;
• Le rivetage : qui s’utilise pour lier des éléments de faible épaisseur (tôle, par exemple). Ce système est semi-démontable, car le rivet sera détruit, mais la pièce en acier ne sera pas endommagée ;
• Le soudage : est une opération de micrométallurgie qui assure une « soudure locale » par phénomène de fusion. Le soudage peut se faire à l’arc électrique, au laser ou à la flamme.