Alors que l’attention mondiale se concentre de plus en plus sur les impacts du changement climatique et de l’environnement, le monde industriel en prend bonne note. Des mesures réactives sont mises en place dans presque tous les domaines de la vie humaine afin de déterminer comment, collectivement, nous pouvons freiner le rythme du changement climatique ; cela va de l’interdiction de l’utilisation des combustibles fossiles à l’augmentation des taxes sur les émissions. L'industrie du formage des métaux ne fait pas exception : des mesures ont déjà été prises dans une optique respectueuse de l'environnement, mais il reste encore beaucoup à faire avant de pouvoir parler d'une « industrie verte ». En réalité, une « industrie verte » repose sur une multitude de facteurs qui dépassent largement le cadre d'un secteur donné et sur lesquels celui-ci ne peut pas facilement influer. Cela dit, de petits changements à la base peuvent entraîner une évolution considérable de l'état général de l'environnement.
Cet article a pour objectif de mettre en évidence certains des principaux facteurs ayant un impact sur l'environnement, ainsi que les moyens de les contrer dans le cadre du chauffage des billettes.
L'environnement
Les secteurs des métaux ferreux et non ferreux représentent 8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre, soit plus de quatre fois celles du secteur aérien[1]. Le principal facteur à l'origine du changement climatique est le rejet de gaz à effet de serre[2]. Les gaz à effet de serre tirent leur nom de l'effet de serre qu'ils provoquent. Une couche isolante constituée de ces gaz, tels que le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄), etc., provoque une accumulation excessive de chaleur dans l'atmosphère, entraînant ainsi une élévation du niveau de la mer due à la fonte de la banquise.
On estime que d’ici 2050, compte tenu du rythme actuel de hausse des températures, la Terre sera 3 °C plus chaude qu’à l’époque préindustrielle. Le « scénario 2050 » prévoit qu’une telle hausse des températures entraînerait une élévation du niveau de la mer d’environ 3 mètres d’ici 2100 – une élévation qui verrait des pays comme les Pays-Bas en grande partie submergés[3]. Un scénario peut-être plus alarmant est celui de la « Terre serre ». Ce scénario part de l’hypothèse que si les températures augmentent de 2 °C par rapport aux niveaux préindustriels, les effets seront irréversibles : aucune mesure ne pourra être prise pour enrayer l’élévation du niveau de la mer ni empêcher les dommages irréparables causés aux écosystèmes. Ce chiffre de 2 °C a donc été retenu comme référence pour l’Accord de Paris[4].
Méthodes de chauffage des billettes
Le chauffage des billettes ferreuses et non ferreuses est un processus très gourmand en énergie. Le plus souvent, les billettes sont chauffées soit à l'aide de fours à gaz, soit par un procédé de chauffage par induction. Ces deux méthodes ont fait leurs preuves dans l'industrie depuis plusieurs décennies dans le domaine de l'extrusion et présentent chacune des avantages pratiques. Afin de pouvoir établir une comparaison valable, un four à gaz et un four à induction, offrant tous deux des températures et des débits massiques nominalement similaires, ont été sélectionnés.
†1 m³de gaznaturelcorrespond à environ 10,28 kW, en supposant un rendement de combustion de 100 %.
Gaz et induction
Historiquement, l’utilisation de chauffages au gaz est généralement plus répandue dans ce secteur. Ces équipements présentent souvent des coûts d’investissement légèrement inférieurs et, selon le pays d’utilisation, des coûts d’exploitation plus bas. Au troisième trimestre 2020, le coût moyen du gaz par kWh au Royaume-Uni s’élevait à 0,180 £. Le coût moyen de l’électricité par kWh, selon le même critère, était de 0,810 £[5]. Ces coûts d’exploitation plus faibles sont considérés comme attractifs à court terme. Cependant, le Comité sur le changement climatique estime que ces prix évolueront de manière spectaculaire d’ici 2030. Les prévisions indiquent une hausse de 100 % du prix du kWh de gaz naturel d’ici 2030, contre une augmentation de 42 % du prix du kWh d’électricité dans le secteur de la grande industrie[6]. Cette disparité est encore plus marquée dans d’autres pays européens.
Les fours à gaz nécessitent une période de préchauffage pour atteindre une température définie avant que les billettes puissent être chauffées. Cette durée dépend entièrement de la taille du four ainsi que de la qualité de l’isolation thermique. C’est pourquoi les fours à gaz ont tendance à rester « en marche » à la température souhaitée pendant de longues périodes, consommant ainsi de l’énergie, que les billettes soient en cours de chauffage ou non. En revanche, avec l’induction, l’énergie n’est consommée que lors du chauffage actif d’une billette et pratiquement aucune énergie n’est utilisée lorsque la billette ne subit pas le processus de chauffage. Cette méthode est parfois considérée comme plus flexible par les opérateurs de lignes de presse, car l’approvisionnement en billettes chauffées peut être adapté plus facilement aux cadences de la presse sans gaspillage d’énergie.
L’un des avantages du chauffage au gaz réside dans la simplicité de sa conception. Cela facilite l’installation et la mise en service par le personnel de l’usine. Cet aspect est souvent considéré comme un argument clé expliquant pourquoi une entreprise peut préférer un four de chauffage au gaz à une alternative plus sophistiquée sur le plan technologique. Lorsque les billettes traversent le four, elles s’homogénéisent à la température définie sur toute leur longueur. Ce processus prend nettement plus de temps qu’avec l’induction et peut souvent entraîner la formation d’incrustations à la surface des billettes, ce qui peut nuire à la qualité finale de l’extrusion.
Le principal avantage de l’induction réside dans sa capacité à permettre un chauffage progressif. Ce type de chauffage est utilisé pour créer un gradient sur toute la longueur d’une billette – un facteur clé pour réduire l’usure des matrices de presse tout en permettant une extrusion isotherme à pleine vitesse de presse. La conception des fours à gaz comprend un revêtement qui doit être remplacé périodiquement, ce qui peut entraîner des temps d’arrêt prolongés sur les lignes de presse. De même, les bobines d’induction doivent également être remplacées, bien que cette opération ne prenne parfois que trente minutes. Ces dernières années, des progrès technologiques ont été réalisés concernant les systèmes de récupération des gaz de combustion etlesépurateurs de CO₂. Ceux-ci permettent respectivement d’obtenir un rendement plus élevé et de réduire les émissions.
Autres méthodes
Les méthodes de chauffage des billettes ne se limitent pas aux deux procédés susmentionnés. Les réchauffeurs magnétiques et l'utilisation de supraconducteurs commencent à s'imposer dans ce secteur. Ces deux méthodes fonctionnent à l'électricité, et non à partir de combustibles fossiles.
Impact environnemental
Les deux méthodes de chauffage des billettes évoquées dans cet article ont un impact négatif sur l’environnement en raison des émissions de gaz à effet de serre qu’elles génèrent. Dans le cas du chauffage au gaz, leCO₂ estémis sur le site de production. Le chauffage par induction dépend entièrement du réseau électrique de chaque pays et, par conséquent, du mix énergétique local. À l’aide dela figure 1, ilest possible d’établir lesémissionspotentiellesde CO₂pour chaque cas. La combustion du gaz naturel rejette 0,185 kg/kWh deCO₂, tandis que la production d’électricité au Royaume-Uni en rejette 0,256 kg/kWh[7].
La grande différence entre ces deux méthodes tient en grande partie aux temps de « fonctionnement » de chaque système : l'induction ne consomme de l'énergie qu'au moment du traitement de chaque billette. À mesure que le Royaume-Uni s'oriente vers les énergies renouvelables, lesémissions de CO₂, qui s'élèvent actuellement à 0,256 kg/kWh, devraient baisser pour atteindre 0,100 kg/kWh d'ici 2030[8].
Comme le montrela figure 3, lesémissionsde CO₂prévues devraient diminuer dans le cadre de la stratégie climatique britannique « Zéro émission nette d'ici 2050 ».
À partir des valeurs déterminées dansles figures 2 et 3, il est possible de calculer lesémissions de CO₂prévues sur une période de 10 ans.
Les données dela figure 4se basent sur un débit de 1 000 kg/h, 16 heures par jour, 5 jours par semaine, 52 semaines par an. À elles seules, ces valeurs ne sont pas particulièrement faciles à appréhender d’un point de vue personnel. On peut toutefois se les représenter plus facilement comme suit. Un Boeing 747-400 à pleine charge émet environ 90 kg/h deCO₂ parheure de vol et par passager[9]. Les émissions sur 10 ans d’un four de chauffage de billettes au gaz relativement petit, tel que spécifié dansla figure 1, correspondentapproximativement à34 allers-retoursen Boeing 747 entre Heathrow et JFK. Ouà27 allers-retours en Aston Martin DB9 jusqu’à la Lune.
Un tel impact sur l'environnement n'est pas viable.
L'avenir
Le marché de l'extrusion des métaux ferreux et non ferreux est en pleine expansion. Les chiffres actuels estiment le taux de croissance annuel composé (TCAC) à 3,8 % entre 2021 et 2027[10]pour l’extrusion d’aluminium. Ce TCAC prévu entraînerait une augmentation du chiffre d’affaires du marché, qui passerait de 57,3 milliards de dollars à 91,67 milliards de dollars d’ici 2027. Cela aura inévitablement un impact de plus en plus important sur l’environnement à mesure que le secteur se développe.
Le gouvernement britannique a récemment lancé une initiative à l’intention des grandes industries, proposant des subventions destinées à améliorer l’efficacité énergétique et à réduire l’empreinte carbone. La phase 1 prévoit jusqu’à 40 millions de livres sterling pour « des projets mettant en œuvre des technologies qui améliorent l’efficacité énergétique des procédés industriels » et « des études de faisabilité et d’ingénierie portant sur l’efficacité énergétique et les mesures de décarbonisation en profondeur pour les procédés industriels »[11]. D'autres pays, comme la Norvège, ont récemment multiplié par quatre le prix de la tonne deCO₂ émise[12]. Les progrès réalisés dans le domaine de la récupération des gaz de combustion etdes épurateurs de CO₂pour les fours à gaz contribuent à améliorer l'efficacité énergétique et à réduireles émissions de CO₂.
Les mesures réactives sont celles sur lesquelles nous nous sommes appuyés en tant que société, mais elles ne constituent qu’un simple pansement. Nous devons passer d’une approche réactive à une approche proactive. Nous devons mettre en œuvre activement des changements plus respectueux de l’environnement. Au niveau individuel, il est facile de se désintéresser des décisions prises en matière d’environnement. Nous pouvons choisir l’option la plus simple ou la moins chère, car c’est justement cela : plus simple et moins cher. Ce qui est plus difficile à accepter, ce sont les dégâts que nous avons causés, que nous causons et que nous causerons à notre planète. Mais des changements peuvent être mis en œuvre pour mettre fin à ces ravages. L’humanité est confrontée à une crise climatique. Il est possible d’y mettre un terme.
Thomas Postins, ingénieur diplômé
Responsable commercial chez Banyard – Inductotherm Heating and Welding
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