Analyse du cycle de vie et durabilité de l'acier

Analyse du cycle de vie et durabilité de l'acier

L'industrie sidérurgique est la deuxième plus grande industrie au monde après l'industrie pétrolière et gazière. L'acier est utilisé dans presque tous les secteurs qui vont du bâtiment et de la construction, de l'emballage, de l'industrie du transport et du secteur de l'énergie et des énergies renouvelables. L'utilisation de l'acier se retrouve partout dans la société actuelle. Il n'y a pratiquement aucun matériau ou produit où l'acier n'est pas présent ou n'a pas joué un rôle dans leur production.

La production d'acier brut a plus que doublé au cours des trois dernières décennies, la production de 2020 s'élevant à 1 864 millions de tonnes et la production de 2019 à 1 869 millions de tonnes. L'acier continue d'être l'épine dorsale et le catalyseur de l'évolution et du progrès de la société. Cela fait du monde un meilleur endroit où vivre. Les villes intelligentes du futur doivent être construites sur de l'acier. L'acier étant un actif recyclable et réutilisable à l'infini, son utilisation contribue à réduire la charge sur les ressources de la terre.

Le niveau élevé de la production d'acier rend inévitablement le secteur sidérurgique plus responsable de son impact environnemental. Il est donc impératif d'analyser les processus de l'industrie sidérurgique afin de donner une image claire des principaux impacts environnementaux ainsi que des solutions possibles impliquant la mise en œuvre d'un paradigme d'économie circulaire.

L'acier a une combinaison de propriétés qui doivent être prises en compte dans le processus de prise de décision à l'état de conception. Ces propriétés comprennent (i) les propriétés chimiques, métallurgiques et mécaniques, (ii) les propriétés de résistance à la corrosion, (iii) les propriétés de résistance au feu, (iv) la recyclabilité, (v) la longue durée de vie (vi) les exigences d'entretien, (vii) les exigences d'hygiène, (viii) l'esthétique, et (ix) l'influence environnementale.

Les aciers peuvent être recyclés sans perte de qualité. Les liaisons métalliques étant restaurées lors de la resolidification, les aciers retrouvent continuellement leurs propriétés de performance d'origine, même après de multiples boucles de recyclage. Cela leur permet d'être utilisés encore et encore pour la même application. En revanche, les caractéristiques de performance de la plupart des matériaux non métalliques se dégradent après recyclage.

En règle générale, les produits sidérurgiques fabriqués selon la filière intégrée ont une teneur en rebuts de processus de retour limitée à une valeur comprise entre 10 % et 20 %, tandis que les produits sidérurgiques en fin de vie sont recyclés à des taux allant de 85 % à 95 %. La méthode du « contenu recyclé » n'intègre que les avantages environnementaux réalisés aujourd'hui, contrairement à la méthode de la « fin de vie » qui prend en compte en outre les avantages environnementaux futurs découlant des déchets générés en fin de vie. Pour la sidérurgie, le « taux de recyclage en fin de vie » est l'indicateur le plus approprié, alors que les volumes disponibles de ferraille en fin de vie sont insuffisants pour répondre à la demande actuelle. La figure 1 montre le cycle de vie de l'acier.

Fig 1 Cycle de vie de l'acier

La production d'acier primaire (vierge) comprend généralement l'extraction et la concentration du minerai, la fusion et l'affinage pour obtenir l'acier de la chimie spécifiée, avec un certain nombre de voies de traitement disponibles. À chaque étape, les impuretés et les sous-produits sont séparés et la concentration du fer dans le produit final augmente. L'affinage de l'acier à des puretés suffisantes nécessite fréquemment des étapes de fusion énergivores et contrôlées avec précision, qui reposent normalement sur l'utilisation de combustibles fossiles directement comme réducteur ou indirectement pour la chaleur et l'électricité. La production de fer et d'acier est à l'origine d'importantes émissions industrielles mondiales de dioxyde de carbone (CO2).

Dans le domaine de l'extraction et de la valorisation, il existe des procédés qui consistent à traiter les minerais en solution liquide pour concentrer le minerai en le séparant des minéraux associés. Dans certains procédés, des températures très élevées ne sont normalement pas nécessaires et le traitement peut avoir lieu à des pressions élevées qui nécessitent de l'énergie pour maintenir les pressions. En outre, il est plus probable que l'intensité énergétique des processus d'extraction et d'enrichissement augmente au fil du temps à mesure que les mines passent de minerais à haute teneur à des minerais à plus faible teneur et lors du démarrage de l'exploitation de gisements plus complexes. La consommation d'énergie peut être améliorée en augmentant l'efficacité des processus.

La pyrométallurgie implique le traitement de concentrés de minerai à haute température, afin de dépouiller le fer de ses constituants minéraux associés. Ceci, à son tour, nécessite l'utilisation de combustibles fossiles dans les fours de chauffage ou d'électricité pour alimenter les fours. En outre, l'industrie sidérurgique produit différents types de produits en acier. Ces différents types de produits sidérurgiques peuvent être fabriqués dans la même aciérie et à partir des mêmes processus de production primaires. Chacun de ces produits nécessite des voies de traitement différentes pour la production des produits utilisés par les consommateurs finaux. La figure 2 montre les principes de l'analyse du cycle de vie (ACV).

Fig 2 Principe de l'analyse du cycle de vie

Les scientifiques des matériaux et les développeurs de produits disposent désormais d'un nombre croissant d'outils qui leur permettent de tenir compte des implications environnementales de leurs choix de matériaux, mais en général, ces outils prennent en compte un petit nombre de paramètres environnementaux et de nombreuses lacunes en matière de données subsistent. Cependant, compte tenu de l'augmentation attendue de la demande mondiale future d'acier et de son importance dans les technologies actuelles, il est important que des données hautement reproductibles sur les charges environnementales de la production d'acier basées sur le cycle de vie soient disponibles et que les implications de la coproduction de plusieurs aciers les produits sont clairement compris.

Les activités humaines qui ont besoin de matériel et d'énergie pour se développer ont des effets irréversibles sur les systèmes écologiques et l'environnement tels que le changement climatique, l'épuisement des ressources naturelles, la production de déchets et la pollution, etc. La plupart de ces impacts ont des conséquences dangereuses pour la santé et la survie humaines et la plupart des ces effets ont des résultats à long terme. Dans le rapport Brundtland publié en 1987, le développement durable est défini comme « le développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs ». Sous-ensemble du développement durable qui évolue dans le monde depuis près de 25 à 30 ans, le rôle de l'environnement bâti est très important.

Le concept de développement durable, tel que défini dans le rapport Brundtland, est un défi très complexe et dynamique qui exige la contribution des secteurs d'activité les plus divers. Le changement climatique et l'utilisation durable des ressources naturelles font partie des principaux défis de la société d'aujourd'hui. Cela les place en tête de l'agenda environnemental politique, où ils sont susceptibles de rester dans un avenir prévisible

La durabilité concerne l'ensemble du cycle de production d'un produit, c'est-à-dire de l'acquisition des matières premières, en passant par la planification, la conception, la construction et l'exploitation, jusqu'à son utilisation et la gestion des déchets en fin de vie. C'est un grand et important défi pour l'avenir de l'industrie sidérurgique. Plusieurs efforts ont été faits par l'industrie sidérurgique pour réduire son empreinte carbone en augmentant la recyclabilité et en améliorant les procédés.

Dans le développement soutenu, il y a un encouragement pour le développement de méthodes qui sont économiquement et écologiquement saines. La production et la distribution des matériaux sont réalisées avec un minimum de transport. De plus, ces matériaux sont utilisés qui sont disponibles aussi près que possible.

La durabilité de l'acier comprend trois composantes, à savoir (i) environnementale, (ii) sociale et (iii) économique. L'industrie sidérurgique est une industrie très efficace pour améliorer le développement social, économique et environnemental durable et elle émerge comme une industrie très active dans les deux pays développés et en développement. L'industrie a besoin de ressources naturelles de la terre pour la production d'acier qui est utilisé pour construire des structures artificielles telles que des bâtiments, des ponts et des routes et dans des produits utilisés dans notre vie quotidienne.

L'analyse du cycle de vie de l'acier est effectuée pour déterminer l'impact environnemental. Trois aspects qui déterminent l'impact environnemental sont (i) la production de produit sidérurgique, (ii) l'utilisation du produit sidérurgique et (iii) le recyclage des matériaux en fin de vie. L'impact environnemental est influencé par (i) l'utilisation des ressources naturelles, (ii) la gestion de l'environnement et (iii) la prévention de la pollution de l'air, de l'eau et du sol par les gaz résiduaires, les liquides et les solides.

L'efficacité des matériaux du produit en acier est déterminée par trois critères, à savoir (i) réduire, (ii) réutiliser et (iii) recycler. Les quantités de matières premières nécessaires à la production d'acier doivent être réduites en améliorant l'efficacité des processus pour la réduction des émissions de CO2. Une fois la durée de vie d'un produit en acier terminée, une partie de l'acier contenu dans le produit peut être réutilisée sans aucune perte des propriétés de base de l'acier. Cela rend la réutilisation de l'acier très importante. L'acier est 100 % recyclable. Tous les déchets d'acier sont réutilisés dans la fabrication d'acier frais. De plus, les sous-produits produits lors de la production d'acier sont utilisés par diverses industries, ce qui réduit les besoins en matières premières de ces industries et contribue ainsi à la conservation des ressources naturelles.

L'impact social de l'acier est assez important. L'impact social est influencé par (i) le niveau de vie, (ii) l'éducation des personnes, (iii) la communauté et (iv) l'égalité des chances pour tous.

Un matériau durable ne nuit pas aux personnes qui travaillent à sa production ou qui le manipulent lors de son utilisation, de son recyclage et de son élimination finale. L'acier n'est nocif pour les personnes ni lors de sa production ni lors de son utilisation. Pour ces raisons, l'acier est le matériau principal utilisé dans plusieurs applications. La sécurité, tout comme un lieu de travail sain et sans blessure pour les employés, est la priorité essentielle de l'industrie sidérurgique. L'acier améliore également la qualité de vie en permettant des avancées techniques. C'est pourquoi les gens voient la présence de l'acier dans tout ce qu'ils utilisent dans leur vie quotidienne. En fait, la vie d'aujourd'hui n'est pas possible sans acier.

La composante économique de la durabilité de l'acier est très importante. Les facteurs influençant l'économie comprennent (i) le coût de production, (ii) le profit, (iii) les économies de coûts, (iv) la croissance économique et (v) la génération de revenus pour les investissements dans les activités de recherche et développement.

Le coût du cycle de vie (LCC) est un critère important pour la composante économique de la durabilité de l'acier. Le LCC est le coût d'un actif tout au long de son cycle de vie, tout en répondant aux exigences de performance (ISO 15686-5). C'est la somme de tous les coûts liés à un produit encourus au cours du cycle de vie qui comprend (i) la conception, (ii) la production/fabrication, (iii) son utilisation/exploitation, et (iv) la fin de vie. Le LCC est une procédure mathématique aidant à prendre des décisions d'investissement et/ou à comparer différentes options d'investissement. L'acier n'est pas cher si l'on tient compte du coût du cycle de vie. Le coût des autres matériaux augmente considérablement avec le temps, tandis que le coût de l'acier reste normalement constant.

Outre les aspects environnementaux, sociaux et économiques de la durabilité de l'acier, il existe trois domaines qui se chevauchent, tels que (i) environnemental-social, (ii) socio-économique et (iii) économique-environnemental. Le domaine environnemental et social comprend le souci de la préservation de l'environnement et des ressources naturelles, car ils ont des effets à la fois locaux et mondiaux. Le domaine socio-économique comprend des préoccupations en matière d'éthique, d'équité et de santé, de sécurité et de bien-être des employés. Le domaine économique et environnemental comprend l'efficacité opérationnelle, l'efficacité énergétique et l'utilisation des ressources renouvelables. La figure 3 montre tous les composants de la durabilité de l'acier.

Fig 3 Composants de la durabilité de l'acier

La clé de la durabilité de l'acier est la reconnaissance qu'une approche du cycle de vie complet est la meilleure façon d'évaluer l'impact sur l'environnement d'un produit. C'est donc aussi le meilleur moyen d'aider la société à prendre des décisions éclairées sur l'utilisation des matériaux et leur importance économique. Se concentrer uniquement sur un aspect de la vie d'un produit, comme la production de matériaux, déforme l'image réelle car il peut ignorer l'impact accru au cours d'une autre phase du cycle de vie, comme la phase d'utilisation.

La sélection des matériaux les plus appropriés pour toute application dépend de la prise en compte d'une série de facteurs techniques et économiques, y compris, par exemple, la fonctionnalité, la durabilité et le coût. Un facteur supplémentaire et de plus en plus important pour les personnes qui spécifient les matériaux, dans un monde où le développement durable est un enjeu clé, est la performance environnementale associée aux applications des matériaux du point de vue de la fabrication et de la performance des produits.

La quantification des charges environnementales par étape du cycle de vie et de l'interdépendance des systèmes de production de produits sidérurgiques est nécessaire pour modéliser les changements mondiaux dans la technologie, la substitution des matériaux et la criticité des produits en termes de vulnérabilité de leur chaîne d'approvisionnement et de risque d'approvisionnement. Une compréhension globale permet une meilleure gestion des impacts et des avantages des produits sidérurgiques et une utilisation durable et éclairée des ressources.

L'acier est un matériau très durable utilisé dans de nombreuses applications qualifiées. Comme tous les matériaux, sa production et son utilisation affectent l'environnement de différentes manières. L'évaluation de l'impact environnemental global des produits nécessite une approche intégrée qui considère le produit tout au long de son cycle de vie. Cette évaluation est appelée « analyse du cycle de vie (ACV) ».

L'évaluation de la durabilité des projets peut être menée à l'aide d'un certain nombre d'outils qui ont été développés au cours des dernières années. L'une des méthodologies d'analyse les plus complètes et les plus détaillées, basée sur le concept de cycle de vie, est l'ACV. Elle prend en compte l'ensemble du cycle de vie d'un produit ou d'un système, depuis l'extraction des matières premières, en passant par la production de matériaux et les besoins énergétiques, jusqu'à l'utilisation et le traitement en fin de vie. Grâce à une telle vue d'ensemble systématique, les charges environnementales sont identifiées et éventuellement évitées. L'ACV peut aider à identifier les opportunités d'amélioration de la performance environnementale des projets à différents stades de leur cycle de vie. L'objectif d'une ACV est de créer le profil environnemental complet d'un produit sur l'ensemble de son cycle de vie, en montrant les résultats à l'aide d'indicateurs environnementaux de manière plus compréhensible.

Les premières études sur le concept de cycle de vie ont été réalisées entre la fin des années soixante et le début des années soixante-dix. Le concept de cycle de vie des produits ou de la fonction a été développé aux États-Unis dans le domaine des achats publics. Mais la première mention de « cycle de vie » avec ce nom était dans un rapport sur l'analyse du cycle de vie des coûts préparé par Novick pour RAND Corporation en 1959. À cette époque, « l'analyse du cycle de vie » (pas encore d'évaluation) est utilisée pour le coût. des systèmes d'armes, y compris l'achat, l'utilisation et les opérations de fin de vie. L'analyse du cycle de vie a également été utilisée comme outil pour améliorer la gestion budgétaire par le gouvernement.

En 1972, la consommation totale d'énergie dans la production de divers types de récipients à boissons, y compris le verre, le plastique, l'acier et l'aluminium, a été calculée par Ian Boustead en 1979, ce qui rend sa méthodologie applicable à une variété de matériaux. L'intérêt du public s'est accru et différentes études sur le cycle de vie ont été menées à cette époque. En 1992, des ateliers sur l'évaluation du cycle de vie (ACV) ont été organisés par la Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC), l'un d'entre eux portant sur l'évaluation de l'impact du cycle de vie et l'autre sur la qualité des données.

En 1993, des lignes directrices pour « L'évaluation du cycle de vie :un code de pratique », également connu sous le nom de « Bible de l'ACV », ont été publiées. Dans les années 1990, l'ACV a également été étudiée par divers groupes qui ont publié diverses directives telles que les directives néerlandaises sur l'ACV, et les pays nordiques, à savoir des auteurs suédois, finlandais, danois et norvégiens, ont publié des directives nordiques sur l'évaluation du cycle de vie. Le Programme des Nations Unies pour l'environnement a publié « l'évaluation du cycle de vie :qu'est-ce que c'est et comment le faire ». L'Agence européenne pour l'environnement a également publié « Life-cycle Assessment:A Guide to Approaches, Experiences and Information Sources ». Les « produits » sont définis comme un bien ou un service dans une étude ACV. L'ACV est aussi parfois appelée « approche du cycle de vie », « analyse du berceau à la tombe » ou « analyse du cycle de vie ». Une étude complète du berceau à la tombe examine la production depuis la matière première (berceau), en passant par la phase d'utilisation jusqu'à la fin de vie (tombe).

En novembre 1993, la normalisation de l'ACV débute à l'ISO (Organisation internationale de normalisation) avec le sous-comité SC 5 du comité technique (TC 207) à Paris. La norme était basée sur le code de pratique qui a été développé par SETAC. À l'heure actuelle, l'ISO a publié une série de normes appelée série 14040 et des rapports techniques pour l'ACV. Cette série de normes ISO 14040 décrit l'approche et la rigueur auxquelles l'ACV doit se conformer, y compris la nécessité pour des tiers indépendants d'examiner le travail de manière critique.

La série de normes ISO 14000 comprend la norme ISO 14001 sur les systèmes de management environnemental. La série de normes ISO 14040 comprend l'ISO 14040 avec le titre "Principes et cadre", l'ISO 14041 avec le titre "Définition des objectifs et de la portée et l'analyse de l'inventaire", l'ISO 14042 avec le titre "Analyse de l'impact du cycle de vie" (LCIA), l'ISO 14043 avec le titre « Interprétation du cycle de vie », ISO 14040 avec le titre « Exigences et lignes directrices », ISO 14047 avec le titre « Exemples d'application de l'ISO 14042 », ISO 14048 avec le titre « Format de documentation des données » et ISO14049 avec le titre « Exemples d'application de l'ISO 14041'. Selon la série de normes ISO 14040, l'ACV est utilisée pour le développement et l'amélioration de produits, la planification stratégique, l'élaboration de politiques publiques, le marketing et à d'autres fins.

L'ACV est un outil d'évaluation des aspects environnementaux des produits à toutes les étapes de leur cycle de vie. L'ACV est définie dans la norme ISO 14040 comme la « compilation et l'évaluation des intrants, des extrants et des impacts environnementaux potentiels d'un système de produits tout au long de son cycle de vie ». Le cycle de vie d'un produit comprend tous les processus, de l'acquisition des matières premières à la production et à la fabrication des matériaux, en passant par l'utilisation et l'élimination finale, y compris les options de récupération. Tout transport dans ces phases est également à comptabiliser,

LCA comprend toutes les phases, y compris le transport dans la production et également la phase opérationnelle des biens et services. Dans une étude ACV comparative, ce ne sont pas les produits eux-mêmes qui sont à comparer mais aussi la fonction de ces produits qui doit être prise en compte. LCA a une approche holistique, qui place les impacts environnementaux dans un cadre cohérent, où et quand ils se produisent.

L'ACV est actuellement l'une des méthodes d'évaluation de la durabilité les plus largement reconnues et utilisées. Il repose sur la collecte et la gestion des données d'impact environnemental le plus souvent tirées des bases de données d'inventaire du cycle de vie (ICV) disponibles. La méthodologie ACV et les données LCI aident l'industrie à (i) fournir des informations aux clients, ainsi qu'à leurs clients, (ii) comprendre la contribution de l'acier à la performance environnementale des systèmes de produits dans différentes applications, (iii) soutenir l'évaluation de la technologie ( l'analyse comparative, la détermination et la hiérarchisation des programmes d'amélioration environnementale), (iv) réaliser des études d'impact pour réduire les impacts de ses propres processus sur l'environnement et travailler en étroite collaboration avec ses clients pour acquérir des connaissances sur l'impact total de l'utilisation de l'acier des produits sur l'environnement, tout au long de leur cycle de vie complet, et (v) accroître les connaissances du public sur les avantages environnementaux du cycle de vie de l'utilisation de l'acier dans les applications et où il peut être efficace pour améliorer la performance environnementale. L'ACV joue également un rôle essentiel dans les exigences organisationnelles en matière de rapports sur l'environnement et les émissions de gaz à effet de serre, le soutien au marketing et aux ventes, et la garantie de la conformité aux réglementations et aux initiatives volontaires telles que les déclarations environnementales de produits.

Il y a actuellement une prise de conscience dans le monde entier que la conception des produits et le comportement des consommateurs peuvent affecter la performance environnementale globale et l'efficacité d'un produit. Les organisations qui fabriquent les produits accordent une plus grande attention à la fabrication, à l'utilisation et à la fin de vie, ce qui est un facteur de plus en plus important pour les concepteurs qui spécifient les matériaux. L'ACV est "une approche holistique basée sur une méthodologie robuste pour convertir la science en informations par une évaluation quantitative des impacts environnementaux des produits, tout au long de leur cycle de vie".

Parmi les outils et méthodologies disponibles pour évaluer les performances environnementales, sociales et économiques des matériaux et des produits de consommation (y compris leur impact sur le changement climatique et les ressources naturelles), l'ACV propose une approche globale qui prend en compte les impacts potentiels à toutes les étapes de la fabrication, du produit l'utilisation et la fin de vie (réutilisation, recyclage ou élimination). Il est basé sur une méthodologie solide et des rapports transparents et constitue donc un outil important pour aider à l'élaboration des politiques.

La première étape pour tenter de "boucler la boucle" des cycles de vie des produits grâce à un recyclage et une réutilisation accrus consiste à analyser efficacement et systématiquement, en termes environnementaux, ces systèmes de produits par le biais de l'ACV.

L'ACV est un outil d'aide à la quantification et à l'évaluation des charges et des impacts environnementaux associés aux systèmes de produits et aux activités, depuis l'extraction des matières premières dans le sol jusqu'à la fin de vie et l'élimination des déchets. L'outil est de plus en plus utilisé par les industries, les gouvernements et les groupes environnementaux pour aider à la prise de décision concernant les stratégies liées à l'environnement et la sélection des matériaux.

LCI est une méthode structurée, complète et standardisée au niveau international. Il quantifie toutes les émissions et ressources pertinentes consommées, ainsi que les impacts environnementaux et sanitaires connexes et les problèmes de suppression des ressources qui sont associés à l'ensemble du cycle de vie des produits. LCI est l'une des phases d'une ACV. Les données LCI quantifient le matériau, l'énergie et les émissions associées à un système fonctionnel (par exemple, la fabrication de 1 kg de bobine laminée à chaud). Ces données LCI constituent la base des ACV complètes, y compris la LCIA, à travers des frontières plus larges et des cycles de vie complets des produits. En outre, ces données peuvent être utilisées pour résoudre des problèmes spécifiques tels que l'empreinte carbone des produits.

Des données d'étude importantes sur la consommation d'énergie tout au long du cycle de vie et les impacts environnementaux plus larges des aciers sont disponibles dans diverses bases de données LCI. L'acier est un matériau constitutif majeur pour une large gamme d'applications et de produits du marché, comme dans les secteurs de l'automobile, de la construction et de l'emballage. L'industrie sidérurgique a reconnu, très tôt, la nécessité de développer une méthodologie solide pour collecter des données LCI à l'échelle mondiale, afin de soutenir les marchés et les clients. Les données LCI de l'industrie sidérurgique, la World Steel Association quantifie les entrées (utilisation des ressources, énergie) et les sorties (émissions environnementales) « du berceau à la porte » de la production d'acier à partir (i) de l'extraction des ressources et de l'utilisation de matériaux recyclés, (ii) de la production des produits sidérurgiques jusqu'aux portes de l'aciérie, et (iii) la récupération et le recyclage de l'acier en fin de vie.

Le consortium ULCOS (Ultra-Low Carbon dioxide Steelmaking), composé d'entreprises sidérurgiques européennes, de partenaires énergétiques et d'ingénierie, d'instituts de recherche et d'universités, tente actuellement de développer des technologies permettant de réduire les émissions de CO2 de la production d'acier et utilise l'ACV comme l'une de ses principales évaluations environnementales. outils. La recherche a jusqu'à présent étudié plus de 80 technologies de réduction du CO2 et en a sélectionné certaines et évalue actuellement, entre autres aspects, leurs caractéristiques environnementales via l'utilisation du paradigme du cycle de vie. Plus précisément, un LCI de la filière sidérurgique classique intégrée a été associé à un logiciel de simulation de processus pour modéliser les émissions de CO2 de processus potentiellement plus durables impliquant de nouvelles technologies, des réducteurs et des méthodes de capture et de stockage du CO2.

L'ACV permet d'évaluer un système de produits d'un point de vue environnemental en considérant de manière holistique toutes les étapes du cycle de vie du produit, allant de l'extraction des matières premières à l'élimination finale du produit. Il est normalement utilisé comme outil pour quantifier les charges environnementales à l'échelle du système (du berceau à la porte ou du berceau à la tombe) des produits, des services et des technologies. Un tel outil a été utilisé dans le passé pour évaluer la performance environnementale des systèmes de produits en acier.

Les moteurs d'ACV sont soutenus par le « principe des lignes directrices volontaires nationales » puisqu'ils (i) fournissent des biens et des services qui contribuent à la durabilité tout au long de leur cycle de vie, (ii) garantissent une utilisation optimale des ressources tout au long du cycle de vie du produit, de la conception à l'élimination, et (iii) veiller à ce que tout le monde, tels que les concepteurs, les producteurs, les membres de la chaîne de valeur, les clients et les recycleurs, soit connecté et promeuve la consommation durable. L'ACV aide également au «rapport de responsabilité d'entreprise» puisqu'elle fournit des rapports sur les produits ou services dont la conception a intégré des préoccupations, des risques et / ou des opportunités sociaux ou environnementaux et qu'elle fournit des détails sur la réduction lors de l'approvisionnement  / production / distribution et utilisation par consommateurs en termes d'utilisation des ressources (énergie, eau, matières premières, etc.) par unité de produit

En règle générale, l'étude ACV commence par la définition de l'objectif et de la portée comme première phase et passe à la phase d'analyse de l'inventaire, continue à la phase d'évaluation de l'impact et comme dernière phase, l'étude se termine par l'interprétation. L'ACV est un processus informatique (mathématique) dans lequel les praticiens peuvent avoir besoin de revenir à d'autres phases telles que la définition de l'objectif et de la portée. La relation entre ces phases est illustrée à la Fig 4 qui montre le cadre de l'ACV qui a été adopté à partir de la norme ISO 14040.

Fig 4 Cadre d'analyse du cycle de vie  

Le cycle de vie d'un produit est modélisé comme un système de produits qui remplit une ou plusieurs fonctions définies. Un système de produits est défini avec sa fonction et subdivisé en un ensemble de processus unitaires liés par des flux. Les processus unitaires comprennent les entrées et les sorties du système de produits et génèrent les sorties des autres processus à la suite de ses activités. Un système de produits peut également relier d'autres systèmes de produits par des flux de produits.

L'objectif d'une étude ACV est d'inclure (i) l'application prévue et le public de l'étude, (ii) les raisons de mener l'étude, et (iii) si les résultats de l'étude sont destinés à être utilisés dans des affirmations comparatives et divulgués à le public. Le champ d'application comprend (i) la définition du système de produits, (ii) les fonctions et les aspects fonctionnels, (iii) les limites du système d'unités, (iv) les procédures d'attribution, (v) les catégories d'impact, (vi) les exigences en matière de données, (vii) les hypothèses, ( viii) les limites, (ix) les exigences initiales en matière de qualité des données, (x) le type d'examen critique et (xi) le type et le format du rapport requis pour l'étude. La portée doit être suffisante dans l'étendue, la profondeur et le détail de l'étude. La limite du système définit les processus unitaires qui doivent être inclus dans le système en fonction de la définition de l'objectif et de la portée de l'étude.

L'objectif principal de l'unité fonctionnelle est de fournir un système de référence mesurable. Pour rendre cela possible et assurer la comparabilité des résultats de l'ACV, un flux de référence doit également être déterminé. Le flux de référence désigne la quantité de produits nécessaires pour remplir la fonction. Par exemple, lorsqu'une surface peinte est étudiée, il n'est pas utile de comparer deux types de peinture différents avec une unité fonctionnelle d'un litre de peinture. En effet, deux types de peinture différents n'offrent pas les mêmes performances. Au lieu de cela, il convient de déterminer "un mètre carré de surface peinte avec un degré particulier de revêtement et une durée de vie de 10 ans" comme unité fonctionnelle.

La phase d'analyse de l'inventaire implique la collecte et le calcul des données d'entrée et de sortie pertinentes du système de produits. L'analyse de l'inventaire est un processus informatique. Pendant que les données sont collectées et que l'on en apprend davantage sur le système, de nouvelles exigences ou limitations en matière de données peuvent survenir. Parfois, une révision est nécessaire dans l'objectif ou la portée de l'étude. Les exemples de types de données à collecter incluent les matières premières, les apports d'énergie et les émissions dans l'air et dans l'eau, les sorties, etc. Dans cette phase, traitant des systèmes impliquant une gamme de produits et de systèmes de recyclage, les procédures d'allocation doivent considération. Il est possible d'allouer les entrées et les sorties aux différents produits selon la procédure d'allocation. Cette phase est l'un des processus les plus longs et les plus coûteux d'une étude ACV. 

La phase d'évaluation de l'impact du cycle de vie est une approche relative basée sur une unité fonctionnelle qui doit être soigneusement planifiée pour mettre en œuvre l'objectif et la portée de l'étude. L'objectif de cette phase est d'évaluer les impacts environnementaux potentiels du produit ou du service en fonction des résultats de l'analyse d'inventaire du cycle de vie sur leur cycle de vie. La phase d'évaluation d'impact comprend deux éléments, à savoir (i) qui est obligatoire et (ii) qui est facultatif. Les éléments obligatoires sont (i) la sélection des catégories d'impact, des indicateurs de catégorie et des modèles de caractérisation, et (ii) la classification et la caractérisation. Les éléments facultatifs sont la normalisation, le regroupement, l'attribution de pondération et l'analyse de la qualité des données.

Il existe deux principales méthodes d'évaluation d'impact. Il s'agit de la méthode axée sur les problèmes (points médians) et de la méthode axée sur les dommages (points finaux). La méthode du point médian implique des impacts environnementaux tels que le changement climatique, l'acidification, l'eutrophisation, la création potentielle d'ozone photochimique et la toxicité humaine. La méthode des points finaux est une méthode axée sur les dommages qui classe les flux dans divers groupes de dommages environnementaux tels que les êtres humains et les ressources. Les différentes catégories d'impacts et leurs définitions sont données dans l'onglet 1.

Onglet 1 Catégories d'impact courantes utilisées dans une ACV
Catégorie d'impact	Définition
Réchauffement climatique	Augmentation de la température moyenne de la Terre
Épuisement des minéraux et des combustibles fossiles	Consumption of non-renewable energy or material resources
Photochemical oxidation (smog)	Emission of substances (VOCs, nitrogen oxides) to air
Human toxicity	Human exposure to an increased concentration of toxic substances in the environment
Ozone depletion	Increase of stratospheric ozone breakdown
Eutrophication	Increased concentration of chemical nutrients in water and on land
Water use	Consumption of water
Land use	Modification of land for various uses
Acidification	Emission of acidifying substances to air and water
Ecotoxicity	Emission of organic substances and chemicals to air, water and land
Note:LCA – Life cycle assessment, VOCs – Volatile organic compounds

Life cycle interpretation is the final phase of the LCA, in which the results of study is summarized and discussed. In this phase of LCA, the results of the inventory analysis and the impact assessment are evaluated together.  Life cycle interpretation reveals   conclusion which is to be consistent with the defined goal and scope and which offers suggestions.

Among the tools available to evaluate environmental performance, LCA provides a holistic approach to evaluate environmental performance by considering the potential impacts from all stages of manufacture, product use and end-of-life stages. This is referred to as the cradle-to-grave approach. LCA is well established as a sound environmental assessment tool which is easy to implement, and cost effective and produces affordable and beneficial solutions for material decision making and product design.

The use of LCA is becoming more widespread since it takes into account the environmental impacts of the manufacturing processes of a product, the extraction of the raw materials used by these processes, the use and maintenance of the product by the consumer, its end–of-life (reuse, recycling or disposal) as well as the various methods of transport occurring between every link of the chain. Presently, there is an increasing number of national or regional databases are available which cover major industrial sectors. Many manufacturing organizations have LCA departments and there are more and more LCA software packages are now available. It is also now a subject which is taught at universities.

In Europe, an environmental product declaration (EPD) is a standardized way of quantifying the environmental impact of a product or system following life cycle analysis. For a steelmaker, it is also strategically important to demonstrate this life-style approach (in terms of governments and policies) so that the long service-life, re-use and multi-recycling characteristics of steel are adequately appreciated and measured.

The LCA data can also be used for other purposes including (i) eco-design / design for recycling applications, (ii) benchmarking of specific products, (iii) procurement and supply chain decisions, (iv) inclusion in ‘Type I Ecolabel’ criteria for products, (v) inclusion in life cycle based ‘Type III environmental product declarations’ for specific products, and (vi) the analysis of specific indicators, e.g. carbon footprints or primary energy consumption.

Thinking in life cycles has an important advantage. With LCA, the whole lifespan of a product can be evaluated i.e. the production, use and disposal at the end of life. Environmental impacts occur along the entire supply chain i.e. at the production site itself as well as in the extraction of raw materials and their transport, and at power plants supplying the energy to the production site. Capturing both direct and indirect impacts can help to avoid shifting environmental burden from one life cycle stage to another. Environmental regulations which only regulate one phase (use) of a product’s life cycle can create unintended consequences, i.e. increased CO2 emissions.  Correct modelling of the recycling potential of steel products at the end-of-life phase is critical for our sector to compete with other materials and demonstrate the performance of steel solutions to meet the demand for ‘best in class’ sustainable uses.