Le rôle de l'acier dans l'accélération de l'économie circulaire

La contribution de l'acier à l'économie circulaire

Il existe deux modèles économiques majeurs dans le monde : l'économie linéaire et l'économie circulaire. Cette dernière constitue une alternative à l'économie linéaire traditionnelle, où les ressources sont maintenues en usage le plus longtemps possible, en en extrayant la valeur maximale pendant leur utilisation, puis en récupérant et régénérant les produits et matériaux à la fin de chaque cycle de vie.

Depuis la dernière révolution industrielle, la croissance économique a été fortement liée à la consommation de ressources primaires. Les modèles d'économie circulaire tentent de découpler la croissance économique de l'utilisation des ressources, reconnaissant que les modes de consommation mondiaux actuels ne sont pas durables. Une transition est en cours, du système d'économie linéaire vers celui d'économie circulaire. L'acier étant omniprésent dans nos vies et au cœur de notre avenir durable, l'industrie sidérurgique fait partie intégrante de l'économie circulaire mondiale.

Les limites de l'économie linéaire

Tout au long de son évolution, l'économie industrielle n'a jamais dépassé une caractéristique fondamentale établie aux débuts de l'industrialisation : un modèle linéaire de consommation de ressources suivant un schéma « extraire-fabriquer-jeter ». Ce modèle repose sur de grandes quantités de ressources et d'énergie facilement accessibles, ce qui le rend de plus en plus inadapté à la réalité actuelle.

Les organisations extraient des matériaux, les transforment en produits, les vendent à des clients qui les jettent en fin de vie. C'est la norme dans l'économie linéaire (Fig. 1), sans considération pour les externalités. Ce comportement repose sur l'hypothèse que les ressources sont infinies et que des apports externes sont nécessaires pour soutenir la croissance économique.

Dans ce modèle, l'accent a été mis sur les améliorations d'efficacité. Une efficacité accrue réduit les matériaux et ressources nécessaires, diminuant ainsi les externalités par unité produite. Cependant, viser seulement l'efficacité — c'est-à-dire réduire les ressources et l'énergie fossile par unité de production — ne change pas la nature finie des stocks de ressources, mais ne fait que retarder l'inévitable. Un changement complet du système d'exploitation s'impose.

Vers une nouvelle mentalité

La mentalité évolue lentement. La dépendance à l'économie linéaire s'affaiblit face à des tendances disruptives puissantes qui façonneront l'économie pour les années à venir :

• La rareté des ressources et le durcissement des normes environnementales sont durables.
• La technologie de l'information permet cette transition.
• Un changement profond dans le comportement des consommateurs est observable.

Le concept d'économie circulaire

L'économie circulaire réagit à l'approche linéaire. Elle part du constat que les ressources de la planète ne sont pas infinies, et que la croissance et la valeur peuvent être créées sans apport de matières vierges externes. Au lieu de jeter matériaux, énergie et produits en fin de vie, le concept vise à courber cette ligne droite, reconnectant la fin au début pour former une boucle fermée.

Ce concept n'est pas nouveau, mais a été oublié à mesure que les sociétés s'enrichissaient et que les entreprises profitaient du renouvellement forcé des produits. L'économie circulaire vise à reconstruire le capital — financier, manufacturier, humain, social ou naturel — et améliore le flux de biens et de services.

Ses origines sont profondes et ne remontent pas à une seule date ou auteur. Ses applications pratiques aux systèmes économiques modernes et processus industriels ont gagné en élan depuis la fin des années 1970, grâce aux travaux d'universitaires, leaders d'opinion et entreprises. Plusieurs écoles de pensée l'ont affinée : design régénératif, économie de la performance, cadre « berceau au berceau », écologie industrielle et biomimétisme (basé sur la nature comme modèle, mesure et mentor).

Principes fondamentaux

Une économie circulaire est un système industriel restauratif ou régénératif par intention et conception. Elle repose sur la prémisse où produits ou pièces sont réparés, refabriqués, réutilisés, retournés et recyclés. Elle remplace le concept de « fin de vie » par la restauration, privilégie les énergies renouvelables, élimine les produits chimiques toxiques qui entravent la réutilisation, et vise l'élimination des déchets par une conception supérieure des matériaux, produits, systèmes et modèles d'affaires (Fig. 2).

L'essence de l'économie circulaire est de découpler la création de valeur de la consommation de ressources naturelles finies, et de remplacer le concept de fin de vie où les produits deviennent naturellement des déchets. Grâce à un changement dans la conception des produits, matériaux et systèmes, ainsi qu'un changement du concept de propriété via de nouveaux modèles d'affaires, les déchets peuvent être limités et ultimement éliminés.

Le recyclage des matériaux est un principe clé : les matériaux sont réutilisés pour fabriquer de nouveaux produits au lieu d'être incinérés ou enfouis. Mais l'économie circulaire va au-delà du recyclage. Elle nécessite des changements fondamentaux pour soutenir le recyclage et maximiser la valeur du capital naturel, impliquant : (i) la recirculation des matériaux, (ii) l'efficacité matérielle des produits, et (iii) de nouveaux modèles d'affaires — tous réduisant la demande de matières vierges, donc l'extraction de matières premières et la production avec moins d'émissions de CO₂.

L'économie circulaire maintient la valeur dans un produit en fin de vie utile tout en réduisant ou éliminant les déchets. Cette idée est fondamentale au concept de triple bottom line de la durabilité, qui met l'accent sur l'interaction entre facteurs environnementaux, sociaux et économiques. Sans approche par cycle de vie, une véritable économie circulaire est impossible.

Principes simples de l'économie circulaire

1. Éliminer les déchets par la conception : Les produits sont conçus et optimisés pour un cycle de démontage et de réutilisation. Ces cycles serrés de composants et produits définissent l'économie circulaire et la distinguent de l'élimination et même du recyclage, où de grandes quantités d'énergie et de main-d'œuvre incorporées sont perdues.
2. Différencier composants consommables et durables : Les consommables sont faits d'ingrédients biologiques (« nutriments ») non toxiques, voire bénéfiques, pouvant retourner à la biosphère. Les durables (moteurs, ordinateurs) sont faits de nutriments techniques inadaptés à la biosphère (métaux, plastiques), conçus dès le départ pour la réutilisation.
3. Énergie renouvelable : L'énergie nécessaire au cycle doit être renouvelable, pour diminuer la dépendance aux ressources et augmenter la résilience du système (ex. : chocs pétroliers).

Réutilisation vs recyclage dans la construction

Dans l'économie circulaire, les qualités de fin de vie des produits de construction sont cruciales. Il faut distinguer réutilisation et recyclage. Le recyclage convertit des déchets en nouveaux matériaux/produits (mêmes ou différents), nécessitant généralement de l'énergie. Il peut être en boucle fermée (vrai recyclage) ou en « downcycling » (dégradation). La réutilisation est l'usage subséquent d'un objet (sous sa forme originale) après sa première vie, avec modifications mineures seulement.

La distinction entre deux types de recyclage est importante car leur bénéfice environnemental varie considérablement (évalué par analyse de cycle de vie) :

• Recyclage en boucle fermée : Produits recyclés en produits aux propriétés matérielles identiques. Exemple : recyclage de l'acier par refusion.
• Downcycling : Conversion en matériaux de qualité inférieure et fonctionnalité réduite. Exemple : broyage de matériaux réfractaires pour produire du mortier réfractaire.

Le diagramme d'Ellen MacArthur (Fig. 3) classe conceptuellement les options de gestion des déchets selon leur bénéfice environnemental, concept central des cadres de politique de déchets de l'UE depuis des années.

L'acier et l'économie circulaire

L'acier possède d'excellentes qualités pour l'économie circulaire : matériau fort, durable, polyvalent et recyclable ; système de structure léger, flexible, adaptable et réutilisable. Un avantage clé : l'acier peut être conçu pour répondre aux exigences spécifiques de résistance, durabilité et recyclage en fin de vie de presque toute application. La combinaison résistance, recyclabilité, disponibilité, polyvalence et abordabilité rend l'acier unique.

Innovation et performance

La recherche produit de nouveaux aciers plus résistants et plus légers. Les éoliennes, vitales pour l'énergie éolienne propre, sont déjà 50 % plus légères qu'il y a dix ans. Pour une tour de 70 m, cela représente une réduction de 200 tonnes d'émissions de CO₂. Grâce à leur rapport résistance/poids supérieur, les nouveaux aciers permettent des sections de tour jusqu'à 30 m, réduisant les émissions lors du transport et de l'assemblage.

Des aciers de grade supérieur sont développés pour la construction : bâtiments plus grands et plus hauts, plus efficaces, avec un minimum de déchets. L'utilisation d'aciers de grade supérieur réduit la quantité d'acier nécessaire. Les coûts de transport baissent grâce à des composants plus fins et plus légers. Les temps de traitement en usine et sur chantier raccourcissent, notamment grâce à la réduction du nombre de soudures. Il devient possible de réduire le nombre de poteaux et de les amincir, créant de plus grands espaces et de meilleures opportunités de design. Ces aciers permettent des structures intégrant des mécanismes de dissipation absorbant l'essentiel de l'énergie sismique d'un séisme.

Durabilité et longévité

L'économie circulaire favorise des vies produits plus longues. Plus un produit dure, moins de matières premières sont nécessaires. La durabilité contribue à réduire l'épuisement des ressources. Maintenir les produits à leur plus haute utilité et valeur le plus longtemps possible est un pilier de l'économie circulaire. Les produits en acier sont intrinsèquement durables : non seulement ils durent longtemps, mais plusieurs aciers peuvent être réutilisés après leur première vie.

L'acier facilite sa propre longévité. Les bâtiments à structure acier s'adaptent facilement si la configuration doit changer. Le bâtiment peut être démonté et reconstruit avec un minimum de perturbation. Les structures extérieures en acier robustes permettent de multiples reconfigurations internes. Entrepôts ou bâtiments industriels en acier se convertissent aisément en espaces de vie ou de travail modernes, prolongeant la vie utile du bâtiment (et de l'acier qu'il contient) pour économiser ressources et coûts.

Polyvalence et recyclabilité infinie

L'acier est polyvalent tant par sa métallurgie/chimie que comme produit. Il est infiniment recyclable. Les éléments de structure sont durables, robustes, dimensionnellement stables, boulonnables, formant des assemblages intrinsèquement démontables et réutilisables. Les structures en acier s'étendent et se reconfigurent facilement sur site.

L'acier n'est pas un matériau unique. Il existe plusieurs grades, des aciers doux conventionnels aux aciers à haute résistance, aciers avancés à haute résistance, et aciers spéciaux comme les inoxydables. Chaque grade a des propriétés conçues pour son application. Il y a plus de 3 500 compositions/grades différents aux propriétés physiques, chimiques et environnementales variées. En ajoutant les tailles et formes de produits, ce chiffre se multiplie. Chaque variété est adaptée à des applications sectorielles diverses : emballage, ingénierie, électroménager, véhicules, construction. Environ 75 % des aciers modernes ont été développés ces 20-30 dernières années. Si la Tour Eiffel était reconstruite aujourd'hui, elle ne nécessiterait qu'un tiers de l'acier original (1889) grâce aux améliorations de résistance et qualité.

Cette polyvalence favorise le recyclage : la ferraille d'acier peut être mélangée pour produire différents types d'acier (grades et produits) répondant aux demandes changeantes. Exemple : acier de machines industrielles obsolètes recyclé en automobiles ou électroménagers contemporains, qui pourront être recyclés en futures applications encore inconnues.

Prolongation de la vie des produits

Théoriquement, tout nouvel acier peut être fait d'acier recyclé. Mais ce n'est pas praticable en raison de la longue vie des produits en acier, due à leur résistance et durabilité. Environ 75 % des produits en acier jamais fabriqués sont encore en usage aujourd'hui. Bâtiments et structures en acier durent 40 à 100 ans et plus avec une maintenance adéquate.

Prolonger la vie des produits passe par la flexibilité et l'adaptabilité au changement, pour durer plus longtemps et extraire plus de valeur des matériaux et ressources utilisés. Le rythme du changement n'a jamais été plus grand : nouveaux modes de travail, services de bâtiment, technologies de l'information, démographie, législation — tous imposent de nouvelles exigences aux produits en acier. Les produits durables doivent être flexibles face aux changements d'usage et adaptables aux besoins futurs, qu'ils soient réglementaires ou marché.

Les gros composants structurels en acier nécessitent une planification de fin de vie. Mais la ferraille d'acier ayant de la valeur, l'incitation à la récupérer et la recycler est forte et plus rentable que la mise en décharge.

Quatre avantages compétitifs : Réduire, Réutiliser, Refabriquer, Recycler

Dans une économie circulaire bien structurée, l'acier a des avantages compétitifs significatifs sur les matériaux concurrents, définis par quatre mots-clés (Fig. 2) :

• Réduire : Réduire le poids des produits, donc la quantité de matière utilisée. Clé de l'économie circulaire. Grâce aux investissements en R&D, technologie et planification, les producteurs d'acier ont drastiquement réduit les matières premières et l'énergie nécessaires à la fabrication d'acier ces 50-60 dernières années. Ils promeuvent activement les aciers à haute et très haute résistance pour diverses applications, contribuant à l'allègement (éoliennes, automobiles, panneaux de construction) — moins d'acier pour la même résistance et fonctionnalité.
• Réutiliser : Grâce à sa durabilité, l'acier peut être réutilisé ou réaffecté de multiples façons, avec ou sans refabrication. Déjà pratiqué pour composants automobiles, bâtiments, rails, etc. La réutilisation ne se limite pas à l'application originale (ex. : épées converties en socs dans l'Antiquité). Elle se fait où c'est techniquement possible sans réduire sécurité, propriétés mécaniques ou garanties. Le taux de réutilisation augmentera avec l'éco-conception, la conception pour réutilisation/recyclage et l'efficacité des ressources.
• Refabriquer : Large gamme de produits en acier déjà refabriqués : machines-outils, moteurs électriques, transmissions automatiques, mobilier de bureau, électroménagers, moteurs automobiles, éoliennes. La refabrication restaure des produits durables usagés à un état quasi neuf. Différente de la réparation (rendre simplement opérationnel), elle implique démontage complet, nettoyage, examen, reconditionnement aux spécifications OEM ou remplacement par pièces neuves, réassemblage et tests.
• Recycler : Le recyclage de l'acier existe depuis sa première fabrication. Il assure que la valeur des matières premières investies dans la sidérurgie dure bien au-delà de la fin de vie d'un produit en acier, l'acier restant une ressource permanente pour la société. Tous les produits en acier sont intrinsèquement recyclables ; les éléments structurels sont aussi intrinsèquement réutilisables. L'acier est 100 % recyclable en boucle fermée, sans perte de qualité. L'acier recyclé conserve les propriétés de l'acier original. La haute valeur de la ferraille assure la viabilité économique du recyclage. L'acier est aujourd'hui le matériau le plus recyclé au monde.

Les deux matières premières et la récupération magnétique

Les deux principales matières premières sont le minerai de fer (un des éléments les plus abondants sur Terre) et la ferraille (acier recyclé). Une fois produit (à partir de minerai), l'acier devient une ressource permanente pour la société, tant qu'il est récupéré à la fin de chaque cycle de vie, car il est 100 % recyclable sans perte de qualité.

La propriété magnétique de l'acier assure sa récupération facile et peu coûteuse pour le recyclage. Par séparation magnétique, la ferraille post-consommation est aisément récupérée de presque tout flux de déchets. Une revue mondiale de l'acier montre des taux de récupération variant de 50 % pour petits appareils électriques et électroménagers, à plus de 90 % pour machines. Des taux jusqu'à 98 % pour l'acier structurel dans bâtiments commerciaux et industriels sont atteints.

Chiffres clés du recyclage

• Environ 650 millions de tonnes de ferraille pré- et post-consommation recyclées annuellement → économies significatives d'énergie et matières premières.
• Toute la ferraille de production et transformation aval (ferraille pré-consommation) est collectée et recyclée directement dans les processus de production.
• Le contenu recyclé de tout produit en acier varie de 5 % à 100 %.
• Plus de 23 milliards de tonnes de ferraille recyclées depuis le début de la production d'acier.

Clarification sur le terme « recyclage »

Tous les types d'acier peuvent être recyclés en nouvel acier de divers grades, conservant leurs propriétés matérielles intrinsèques. Ainsi, la ferraille d'aciers à faible valeur peut être convertie en aciers à haute valeur par traitement et métallurgie appropriés. Pour d'autres matériaux, ce n'est généralement pas possible : la qualité du matériau recyclé est souvent dégradée (downcycling), comme pour le béton, le bois et l'aluminium.

Le recyclage est crucial dans l'économie circulaire car il préserve les ressources précieuses. En plus des efforts de l'industrie pour augmenter les taux de récupération, des initiatives avec d'autres industries métalliques et instituts de recherche visent à identifier les pertes tout au long des cycles de vie des produits, pour les minimiser et améliorer encore les taux de recyclage de l'acier et autres matériaux.

Défis et axes de focus pour l'industrie sidérurgique

L'industrie continue d'intégrer ces avantages dans ses opérations pour souligner les atouts de l'acier aux décideurs. La coopération de toute la chaîne de production est essentielle pour garantir que produits réutilisés ou refabriqués aient les mêmes propriétés que les nouveaux aciers. Pour contribuer davantage à l'économie circulaire, l'industrie doit se concentrer sur :

• Eau : Restituer à la société l'eau utilisée en production dans un état identique ou meilleur ; minimiser les émissions atmosphériques.
• Matières premières (coke, minerai) : Une fois consommées, elles ne peuvent être remplacées, réduisant la capacité des générations futures à produire de l'acier. Ce défi est relevé par la réutilisation, refabrication et recyclage : concevoir pour réutilisation facile et recycler un maximum d'acier en fin de vie pour en faire de nouveaux produits. Cela nécessite que, dans le temps, des quantités suffisantes d'acier réutilisable et recyclable soient disponibles pour satisfaire la demande. Le concept d'approvisionnement responsable doit être approfondi, en considérant l'approvisionnement en matériaux dans la chaîne d'approvisionnement.
• Émissions atmosphériques (CO₂, GES) : Réductibles en assurant que l'application de l'acier mène à des émissions réduites en phase d'utilisation (ex. : aciers à haute résistance ou plus efficaces dans les moteurs).
• Matériaux concurrents « légers » : Certains ont des propriétés de légèreté (densité plus faible) et peuvent réduire les émissions de produits énergivores en phase d'utilisation. Mais ils sont souvent bien plus intensifs en énergie et CO₂ à produire que l'acier, annulant les bénéfices de la phase d'utilisation.

La pensée par cycle de vie

L'acier est partout dans nos vies et au cœur de l'avenir durable. L'industrie sidérurgique est partie intégrante de l'économie circulaire mondiale. Cette dernière promeut le zéro déchet, réduit la quantité de matériaux utilisés, encourage réutilisation et recyclage — tous avantages fondamentaux de l'acier. Une approche par cycle de vie est cruciale pour une véritable durabilité.

Actuellement, les politiques se basent souvent sur la seule « phase d'utilisation » d'un produit (ex. : consommation d'énergie d'un réfrigérateur, émissions de CO₂ en conduisant). Cette focalisation peut mener à employer des matériaux alternatifs de densité inférieure, plus chers, mais ayant un fardeau environnemental plus élevé sur l'ensemble du cycle de vie. Cette limitation à la phase d'utilisation ne peut plus durer. La pensée par cycle de vie (PVC) est requise pour toutes les décisions de fabrication.

Tout produit vendu/acheté a un cycle de vie : fabrication, utilisation, puis réutilisation, recyclage ou élimination. L'acier entrant dans le flux de déchets est facilement séparable et collectable des autres matériaux pour recyclage, par aimants. La PVC est la pensée holistique nécessaire pour résoudre durablement les problèmes sociétaux. Elle exige de considérer matières premières, consommation d'énergie, déchets et émissions à chaque phase, de la conception à la fin de vie utile. En PVC, un produit bien conçu contenant de l'acier est destiné à la réutilisation ou au recyclage de ses composants en fin de vie.

Ce n'est qu'en calculant ressources, énergie, déchets et émissions à chaque étape que le véritable impact environnemental d'un produit peut être défini. Cela permet aussi d'identifier où sa durabilité environnementale long terme peut être améliorée. Par exemple, la légère augmentation de consommation d'énergie ou l'ajout d'éléments d'alliage pour produire des aciers à haute résistance est compensée plusieurs fois sur le cycle de vie du produit. Ces aciers permettent des produits plus légers, économisant souvent de l'énergie en phase d'utilisation (ex. : secteur automobile → économie de carburant), et moins d'énergie sur l'ensemble du cycle de vie.

Autre raison pour la PVC : en connaissant l'impact réel de chaque étape de vie, les meilleures décisions sur les matériaux peuvent être prises. Exemple : outre les aciers à haute résistance, des matériaux à faible densité (aluminium, fibre de carbone, magnésium, plastiques) sont parfois utilisés pour alléger les applications. À première vue, ils pèsent moins (densité inférieure) et semblent intéressants. Mais en considérant le cycle de vie total, l'acier reste compétitif grâce à sa résistance, durabilité, recyclabilité, polyvalence et coût. La comparaison des émissions de CO₂ est montrée en Fig. 4. En fin de vie, ces matériaux peuvent devoir aller en décharge (pas de recyclage/réutilisation économique) ou être downcyclés. Cette information doit être connue avant les décisions matériaux clés. Tout le cycle de vie, de l'extraction au recyclage/élimination fin de vie, doit être considéré.

Une approche par cycle de vie est requise dans le concept d'économie circulaire pour créer un monde plus efficient en ressources, focalisé sur la minimisation des déchets. L'industrie sidérurgique minimise les déchets depuis longtemps pour raisons économiques. L'économie circulaire promeut le zéro déchet, réduit les matériaux utilisés, encourage réutilisation et recyclage — avantages fondamentaux de l'acier. L'approche par cycle de vie est très importante pour une véritable durabilité.

Les sous-produits de l'acier

L'efficacité matérielle est intégrale au processus moderne de sidérurgie. Objectif : utiliser toutes les matières premières à pleine capacité et éliminer les déchets de la fabrication d'acier. Cela inclut la symbiose industrielle où presque chaque sous-produit formé pendant la sidérurgie est utilisé dans de nouveaux produits. Cela minimise les déchets envoyés en décharge, réduit les émissions et préserve les matières premières.

Comme tout processus manufacturier à grande échelle, la production de fer et d'acier génère des sous-produits. En moyenne, 1 tonne d'acier produit 200 kg (voie four à arc électrique avec ferraille) à 400 kg (voie haut fourneau - convertisseur basique) de sous-produits. Les principaux sont : scories (90 %), poussières et boues. Le taux mondial moyen de récupération des scories varie de >80 % pour scories de sidérurgie à près de 100 % pour scories de réduction du fer. Les scories servent à fabriquer ciment, engrais, enrobés. Les gaz de process de réduction du fer et sidérurgie sont typiquement utilisés dans l'usine (remplaçant vapeur et électricité) ou exportés vers le réseau local. D'autres sous-produits comme les poussières sont récupérés pour leur haute teneur métallique. La Fig. 5 montre la génération des sous-produits et leurs usages.

Pour de meilleurs résultats, ces dernières années, plusieurs initiatives ont appliqué de nouvelles approches et techniques pour la gestion des sous-produits en sidérurgie, augmentant leur recyclage. Exemples : recyclage interne de certains sous-produits dans les processus de frittage et pelletisation pour sinter/pellets de haute qualité tout en réduisant impacts environnementaux et coûts ; poussières récupérées du traitement des gaz de four à arc électrique substituant les argiles dans la fabrication traditionnelle de briques (économies d'énergie, réduction impacts, bénéfices économiques) ; modèles de simulation identifiant la qualité des scories de convertisseur basique, four à arc électrique et four à poche pour réutilisation interne, apportant améliorations économiques et environnementales significatives vs usage actuel. Cependant, une marge significative d'amélioration subsiste pour augmenter les taux de récupération, atteindre bénéfices environnementaux et économiques, selon les principes de symbiose industrielle.