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Image : Un travailleur près d'un haut fourneau dans une aciérie.

Texte et photos : Janic Tremblay

Des solutions pour réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) existent ou sont en développement, et à terme, elles mèneront à la carboneutralité. Voici comment les aciéries et les cimenteries, de grandes pollueuses, attaquent de front cet enjeu planétaire.

Un champ et une cheminée au loin.
Image : Un champ et une cheminée au loin.
Photo: La cimenterie de Ciment-Québec depuis la route.  Crédit: Radio-Canada / Janic Tremblay

Le ciment

En roulant sans trop porter attention aux indications routières, on peut se perdre en cherchant sa destination sur les chemins de campagne dans la région de Portneuf. Mais il suffit de regarder le ciel, peu après La Butte-aux-Puces, pour apercevoir la colonne de fumée qui indique le chemin vers Ciment Québec.

La cimenterie bleue et jaune s’insère harmonieusement dans les prés environnants. Sauf que la fabrication du ciment, elle, n’est pas très verte. C’est l’une des grandes sources mondiales d’émissions de gaz carbonique.

À lui seul, le ciment représente environ 10 % du dioxyde de carbone (CO2) d’origine humaine. En moyenne, sur la planète, chaque tonne de ciment fabriqué émet aussi une tonne de GES. Et comme le ciment est l’un des composants essentiels du béton, le matériau le plus utilisé sur la planète, le problème des émissions est très préoccupant.

Portrait de Jean-Pierre Gaudreault.
Jean-Pierre Gaudreault au sommet de la cheminée principale de Ciment Québec, avec la carrière de calcaire de l'entreprise en arrière-planPhoto : Radio-Canada / Janic Tremblay

Un peu de science...

Une cimenterie, c’est un peu comme un volcan contrôlé, illustre Jean-Pierre Gaudreault, directeur des opérations manufacturières à Ciment Québec. Au fond de l’énorme cheminée principale, la pierre calcaire moulue est chauffée par des brûleurs à 1500 degrés Celsius et passe à l’état de lave. En refroidissant, cette lave devient du clinker, une sorte de pierre volcanique qui sera à son tour remoulue avec des additifs variables : le ciment.

En marge de la 26e Conférence des parties à la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (COP26) à Glasgow, en Écosse, l'émission Désautels le dimanche présente une série de reportages et d'entretiens sur l'enjeu de la carboneutralité.

Sauf que, comme le disait Lavoisier : « Rien ne se perd, rien ne se crée. » Au cours du chauffage, le carbonate de calcium de la pierre se sépare en oxyde de calcium, d’une part, et en dioxyde de carbone, d’autre part. C’est ce carbone qui se retrouve dans l’atmosphère; cela est inhérent au procédé. C’est pareil pour tous les cimentiers de la planète, explique Jean-Pierre Gaudreault.

« On ne peut pas y échapper. On émet au moins 500 kilogrammes de CO2 pour chaque tonne de ciment qu’on fabrique. »

— Une citation de  Jean-Pierre Gaudreault

Les émissions ne s’arrêtent pas là : il faut produire une chaleur immense pour alimenter les brûleurs des cimenteries. On y parvient uniquement en brûlant du carburant. La plupart du temps, il s’agit de sources fossiles; du charbon et du gaz naturel qui entraînent eux aussi des émissions d’une autre demi-tonne de CO2 par tonne de ciment produite.

Trou géant en escalier dans la terre.
L’immense carrière où Ciment Québec extrait son calcaire depuis plus de 50 ansPhoto : Radio-Canada / Janic Tremblay

Des carburants alternatifs

La seule variable sur laquelle on peut agir, ce sont les carburants qu'on utilise. C’est exactement ce que fait Ciment Québec. Cela lui permet de diminuer ses émissions de 300 kilogrammes par tonne et en fait l’une des plus propres de toute l’Amérique du Nord. L'entreprise brûle de la biomasse, des pneus, du bois, des résidus de la construction ou encore des huiles usées.

Tous ces matériaux sont acheminés sans relâche à la cimenterie. Les dormants de chemin de fer, un bois très contaminé, sont incinérés en toute sécurité. Or il en faut une quantité phénoménale; en un seul quart de travail, précise Jean-Pierre Gaudreault, une rangée de dormants de deux mètres sur deux mètres qui s’étend sur une centaine de mètres sera brûlée.

Cela illustre le défi des cimenteries, qui cherchent à réduire leur empreinte avec les carburants alternatifs. Un organisme comme Recyc-Québec veut à tout prix éviter l’élimination des rebuts et mise davantage sur le recyclage ou la réutilisation, dit M. Gaudreault. On ne peut donc jamais connaître à l’avance la quantité de matière qu'on pourra brûler. Dans ce cas, il faut alors se tourner vers le charbon et le gaz naturel.

Hormis les entretiens annuels, il faut savoir qu’une cimenterie ne s’arrête jamais, car le coût énergétique de redémarrage du processus est très élevé; un peu comme une voiture qui file sur l’autoroute en consommant très peu et qui doit s’arrêter. Il faut consommer beaucoup d’essence pour retourner à la vitesse de pointe. La situation est la même pour Ciment Québec, qui ne peut pas lever le pied. En l’absence de carburants alternatifs, on peut facilement brûler plus d’une tonne de charbon à l’heure, ici.

Le viaduc de Millau traverse une vallée.
Le viaduc de Millau, en France. À lui seul, l’ouvrage a nécessité 206 000 tonnes de béton.Photo : Radio-Canada / Janic Tremblay

L'avenir du ciment

La réaction chimique ne changera pas, mais tout le monde mise sur la captation du carbone à la source dans les cimenteries. Jean-Pierre Gaudreault y croit : Je lis beaucoup là-dessus. La technologie évolue très vite; d’ici 10 ans, on y sera. Regardez le chemin parcouru avec les téléphones depuis le lancement de l'iPhone. Ce sera pareil pour nous.

En ce qui concerne l’apport énergétique, l’avenir des cimenteries pourrait passer par l’électricité avec les brûleurs au plasma. Des tests en ce sens sont en cours, mais rien qui ne puisse encore être déployé à grande échelle dans l’industrie. Dans une province comme le Québec, qui peut compter sur l’hydroélectricité, ce serait une évolution qui diminuerait beaucoup le bilan carbone des cimenteries.

La voie la plus prometteuse semble cependant être l’hydrogène vert, un combustible qui ne produirait que de la vapeur d’eau. Les brûleurs de Ciment Québec pourraient être modifiés pour fonctionner avec ce carburant. Des tests sont en cours, notamment en Angleterre. Néanmoins, pour l’instant, l’hydrogène vert n’est tout simplement pas disponible au Québec.

Portrait de Guillaume Lemieux.
Guillaume Lemieux, directeur de la commercialisation et des services techniques à Ciment Québec Photo : Radio-Canada / Janic Tremblay

Le problème des fuites carbone

En attendant l’hydrogène vert et une éventuelle captation de carbone à la source, Ciment Québec veut continuer de réduire son empreinte environnementale à l’aide de nouveaux procédés. L’intégration prochaine de calcaire très fin et non cuit dans le ciment pourrait encore permettre de faire baisser les émissions de 10 %. Ce type d’effort ne s’étend toutefois pas à toute l’industrie.

Sur le marché, il y a encore beaucoup de ciment produit dans des cimenteries alimentées uniquement au charbon. C'est un vrai problème pour Guillaume Lemieux, directeur de la commercialisation et des services techniques à Ciment Québec : On a des fuites carbone, du ciment qui arrive d’ailleurs sans aucune traçabilité environnementale, sans être assujetti au marché du carbone. Ça peut représenter 25 % du ciment consommé au Québec. Le gouvernement devrait faire quelque chose.

Un four dans une aciérie.
Image : Un four dans une aciérie.
Photo: Aciérie  Crédit: Radio-Canada / Janic Tremblay

L’acier

Si les émissions liées à la fabrication du ciment sont préoccupantes, celles de l’acier le sont encore plus. En moyenne dans le monde, chaque tonne d’acier produite entraîne le relâchement de 1,8 tonne de CO2. Ici aussi, les efforts à mettre en place pour parvenir à la carboneutralité seront titanesques.

La voie électrique

La sirène retentit dans l’aciérie d’ArcelorMittal à Contrecœur. Un gros chargement de ferraille vient d’être jeté dans une cuve, et on s’apprête à en refaire de l’acier. Le couvercle du four se referme, et trois immenses électrodes descendent lentement dans la cuve.

Quelques secondes plus tard, un assourdissant tambourinement emplit les lieux. La puissance du procédé est telle que même à distance respectable, l’onde de choc traverse et fait vibrer tout le corps. On a la vague sensation d’assister à un spectacle de rock.

Il s’agit plutôt de fabrication d’acier à partir d’un four à arc électrique. François Perras, PDG d’ArcelorMittal Produits longs Canada, est formel : cette méthode est la plus propre qui soit en ce moment. Notre technologie nous permet de fabriquer de l’acier avec les plus faibles émissions de toute l’industrie.

Des experts indépendants confirment ses prétentions : son usine est en effet parmi les moins polluantes du monde. Pour une tonne d’acier fabriquée avec du minerai de fer, elle rejette 650 kilogrammes de carbone par tonne métrique d’acier, nettement en deçà de la moyenne mondiale. Quand il n’y a que de la ferraille, c’est environ deux fois moins.

Portrait de François Perras.
François Perras, PDG d’ArcelorMittal Produits longs CanadaPhoto : Radio-Canada / Janic Tremblay

Le Québec favorisé

François Perras est le premier à le reconnaître : le Québec est un endroit particulièrement hospitalier pour fabriquer de l’acier vert. Le minerai de fer est juste à côté, dans le nord du Québec, dit-il. On peut utiliser le chemin de fer et le Saint-Laurent pour le transporter. On peut compter sur de l’hydroélectricité et recourir à la technologie des fours électriques, qui est bien plus propre que les hauts fourneaux utilisés ailleurs dans le monde.

L’hydrogène, clé de voûte d’un acier encore plus vert

Néanmoins, l’aciérie est encore loin de la carboneutralité. Pour y parvenir, il faut continuer d’innover, et c’est ce qu'ArcelorMittal essaie de faire. À l'occasion d’un test, elle tentera bientôt de remplacer le gaz naturel utilisé dans la purification du minerai de fer par de l’hydrogène. Le procédé en est encore à l’étape de recherche et développement. Si c’est concluant, l'entreprise pense pouvoir encore réduire son empreinte carbone de moitié. Un pas de géant. À condition, évidemment, de pouvoir se procurer de l’hydrogène.

Pas de boni à la décarbonation

François Perras indique que ces efforts de décarbonation ne lui procurent pas d’avantages concurrentiels. Comme les représentants de Ciment Québec, il observe que l’acier en provenance de l’Asie n’est pas soumis à la tarification du carbone.

Il déplore aussi le fait que les efforts de décarbonation d’ArcelorMittal ne lui procurent aucun avantage concurrentiel. Même si notre empreinte carbone est beaucoup moins élevée, on n’a aucune prime quand on compétitionne pour des projets d’infrastructures ou dans le milieu automobile. Or, la crise climatique est planétaire. Il faut des solutions planétaires!

Équipement imposant en acier dans une usine.
Un four à arc électriquePhoto : Radio-Canada / Janic Tremblay

Le cas des hauts fourneaux

Ailleurs dans le monde, la décarbonation des aciéries sera beaucoup plus compliquée qu’au Québec. L’Allemagne, moteur économique de l’Europe, en est un bon exemple. Le pays est le cinquième producteur mondial d’acier et le premier en Europe.

L’économie allemande a besoin de beaucoup d’acier, notamment en raison de la forte demande de l’industrie automobile. Or les aciéries allemandes de la région de la Ruhr fonctionnent avec des hauts fourneaux, une technologie vieille de 250 ans. Ces fours carburent au charbon et au gaz naturel. En plus, ils ont recours au coke, issu du charbon, comme agent réducteur pour désoxyder le fer.

C’est la technologie utilisée par ThyssenKrupp à son usine de Duisbourg. Frank Arenhold, directeur de la division de l’acier vert, explique que selon les calculs mêmes de l'entreprise, pour chaque tonne d’acier fabriqué, environ 2,1 tonnes de CO2 sont relâchées dans l’air.

Comme la multinationale fabrique 10 millions de tonnes d’acier par an, elle émet plus de 20 millions de tonnes de gaz carbonique, ce qui en fait le plus grand pollueur d’Allemagne. Une situation qui doit absolument changer, tranche-t-il. Cet ingénieur, qui avait quitté l'entreprise il y a quelques années, y est revenu spécialement pour s’occuper de ce mandat de transformation verte. Et il a énormément de pain sur la planche.

Portrait de Frank Arenhold.
Frank Arenhold, directeur de la division de l’acier vert à ThyssenKrupp, est devant «son» usine à Duisbourg.Photo : Radio-Canada / Janic Tremblay

L’hydrogène (encore) au cœur de la transformation

Frank Arenhold nous montre un haut fourneau qui a été modifié au cours de la dernière année : On peut maintenant injecter de l’hydrogène par les tuyères disposées tout autour de la fournaise. On pourra ainsi se passer d’une certaine quantité de charbon qu’on emploie normalement dans l’étape de purification. On croit pouvoir diminuer nos émissions de 20 % environ avec cette technologie. C’est un petit pas, mais c’est quand même une avancée véritable.

Cette conversion touche seulement un seul des hauts fourneaux de l'entreprise qui correspond à 10 % de la production. C’est encore un projet pilote qui n’était pas en exploitation lors de notre visite. Il a coûté 1,5 milliard de dollars canadiens.

Pour toutes les installations de ThyssenKrupp, la facture dépassera les 10 milliards de dollars. Graduellement, l'entreprise veut aussi éliminer les hauts fourneaux d’ici à 2050 et passer à l’électricité en vue d’atteindre la carboneutralité.

Des tuyaux longent une route.
Entrée des installations de la division Carbon2Chem de ThyssenKruppPhoto : Radio-Canada / Janic Tremblay

Capturer et réutiliser le carbone

Parallèlement à cela, ThyssenKrupp travaille sur un autre volet important : la captation du carbone à la source afin de le revendre à l'industrie chimique sous forme de gaz de synthèse.

C'est le physicien Markus Oles qui est chargé de ce projet, appelé Carbon2Chem. Nous avons beaucoup de carbone. Or, l’industrie chimique en a besoin pour la fabrication de son gaz de synthèse qu’elle utilise pour faire du méthanol, par exemple. Nous voulons capturer notre carbone et fabriquer du gaz de synthèse afin de le leur revendre.

Markus Oles explique que cette vision permet de faire d’une pierre deux coups, car non seulement on évite le relâchement du CO2 de l’aciérie dans l’atmosphère, mais en plus, on évite également une importante consommation d’énergie du côté de l’industrie chimique; une énergie qui vient souvent elle aussi des carburants fossiles.

En ce moment, Carbon2Chem n'en est qu'à l'étape du projet pilote. L'entreprise veut montrer que la technologie est fiable et que les investisseurs peuvent maintenant s'y intéresser.

Markus Oles devant un immense équipement.
Le physicien Markus Oles devant l’électrolyseur bâti pour le projet Carbon2ChemPhoto : Radio-Canada / Janic Tremblay

Trouver de l’électricité

L’hydrogène vert jouera un rôle clé dans la transformation de ThyssenKrupp. À elle seule, l'entreprise en aurait besoin de 720 000 tonnes par année; une quantité ahurissante compte tenu de la capacité actuelle de production dans le monde. Il faut de l’électricité verte pour la produire. Afin de bien saisir l’ampleur des besoins de ThyssenKrupp, mentionnons que pour alimenter les électrolyseurs nécessaires à cette production d’hydrogène, il faudrait 3800 éoliennes.

Comme l’explique Frank Arenhold, l’Allemagne ne construira pas toute cette infrastructure énergétique. Il faudra donc importer de l’hydrogène vert en provenance de l’Afrique du Nord ou même de l’Australie en transitant par le port de Rotterdam. L’impact carbone du transport serait marginal, selon lui. Il sera aussi nécessaire de construire les infrastructures nécessaires et de mettre en place un réseau de distribution paneuropéen. Il faudra enfin créer et réguler un marché de l’hydrogène. Nous aurons besoin de l’aide publique et de l’appui des politiciens, sinon nous n’y arriverons pas. Il y a une vraie possibilité de voir l’industrie sidérurgique allemande disparaître si nous ne prenons pas tout ça très au sérieux.

Des devoirs pour les gouvernements du monde entier

Tous les invités et experts interviewés dans la préparation de ce reportage sont formels : pour trouver une solution aux problèmes de l’industrie lourde, le marché de l’hydrogène vert doit prendre son envol dès que possible, car les émissions des aciéries et des cimenteries sont largement attribuables à leur consommation énergétique.

L’hydrogène vert n’émet que de la vapeur d’eau. En ce moment, c’est la meilleure façon de stocker l’énergie du vent et du soleil afin de pouvoir l’utiliser pour les besoins de l’industrie lourde. Sauf que la capacité de production actuelle est insignifiante compte tenu des immenses besoins. Cela doit changer.

Par ailleurs, la recherche et le développement sont tout aussi importants pour mettre au point des solutions de captation du carbone à la source applicables à toutes les industries. Il faudra sans doute des aides gouvernementales massives partout sur la planète pour y parvenir.

À venir...

La semaine prochaine : quand un petit village renonce aux carburants fossiles et adopte le vent, le soleil et le biogaz pour ses besoins énergétiques.

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