Les ACV en action : comparaison de l'impact environnemental de l'acier duplex et de l'acier au carbone dans les infrastructures industrielles

Les ACV en action : comparaison de l'impact environnemental de l'acier duplex et de l'acier au carbone dans les infrastructures industrielles

Lors du choix des matériaux pour les infrastructures industrielles — allant des usines de traitement chimique aux plates-formes offshore et aux ponts — la décision reposait traditionnellement sur le coût initial et les propriétés mécaniques. Cependant, avec l'émergence des exigences environnementales, sociales et de gouvernance (ESG) et une véritable démarche de durabilité, la question s'est transformée : Quel matériau présente l'empreinte environnementale totale la plus faible sur l'ensemble de son cycle de vie ?

Une analyse du cycle de vie (ACV) fournit le cadre scientifique permettant d'y répondre. En comparant l'acier inoxydant duplex (par exemple, 2205) à l'acier au carbone (par exemple, A516 Gr. 70), il est possible d'aller au-delà des premières impressions et de faire un choix basé sur des données.

Qu'est-ce qu'une Analyse du Cycle de Vie (ACV) ?

Une ACV est une analyse de la naissance à l'élimination qui quantifie les impacts environnementaux d'un produit ou d'un système à travers toutes les étapes de son cycle de vie :

1. Acquisition et Production des Matières Premières (Naissance) : Extraction minière, fusion, alliage et mise en forme du métal.

2. Fabrication et Usinage (Portail) : Découpage, soudage et construction de la pièce.

3. Phase d'Utilisation : Performance pendant la durée d'exploitation de la structure.

4. Fin de vie (cimetière) : Démolition, recyclage et élimination.

Pour les matériaux structurels, la phase d'utilisation est souvent la plus significative , éclipsant les impacts liés à la production initiale.

Les prétendants : Un aperçu

• Acier au carbone (A516 Gr. 70) : L'industriel incontournable. Coût initial faible, résistance élevée, mais nécessite une protection anticorrosion robuste (revêtements, protection cathodique) dans les environnements agressifs.

• Acier inoxydable duplex (2205) : Un matériau haut de gamme. Coût initial plus élevé, mais offre une résistance et une protection contre la corrosion exceptionnelles, éliminant souvent le recours à des revêtements.

Comparaison LCA Étape par Étape

1. Phase de Production (Cradle-to-Gate)

• Acier au carbone : Présente une empreinte carbone initiale intégrée plus faible. La production est relativement efficace, nécessitant moins d'énergie que l'acier inoxydable. Son impact provient principalement de l'extraction du minerai de fer et de l'utilisation du charbon pour la réduction dans un haut-fourneau-convertisseur (BF-BOF).

  • Emprunte Carbone Typique : ~1,8 - 2,2 kg CO₂e par kg d'acier.

• Acier inoxydable duplex : Possède une empreinte initiale nettement plus élevée. La production énergivore d'éléments d'alliage critiques tels que le chrome, le nickel et le molybdène, ainsi que le processus de fusion en four électrique (EAF), augmente son impact. Toutefois, l'utilisation de ferraille recyclée (que l'acier inoxydable utilise très efficacement) peut atténuer cet effet.

  • Emprunte Carbone Typique : ~4,5 - 6,5 kg CO₂e par kg d'acier.

Conclusion : L'acier au carbone présente un avantage clair dans la phase de production, avec une empreinte carbone intégrée environ 60 à 70 % inférieure par kilogramme.

2. Phase de Fabrication et de Transformation

• Acier au carbone : Nécessite une préparation intensive de la surface (projection d'abrasifs) et l'application de systèmes de revêtements multicouches (apprêts, époxydes, couches de finition). Ces revêtements contiennent des COV (composés organiques volatils) et génèrent leur propre impact environnemental lié à la production et à l'application.

• Acier inoxydable duplex : Ne nécessite généralement aucun revêtement, permettant d'économiser d'importantes quantités d'énergie, de produits chimiques et de main-d'œuvre. Sa résistance supérieure peut permettre des sections plus minces réduisant ainsi le poids total de matériau requis. Bien que le soudage puisse nécessiter davantage d'expertise, il élimine les émissions provenant des processus de revêtement.

Conclusion : L'acier inoxydable duplex remporte souvent la victoire à ce stade, en supprimant les coûts environnementaux liés aux systèmes de revêtements et en permettant un design léger.

3. Phase d'utilisation : Le facteur décisif

C'est ici que l'analyse du cycle de vie change. La phase d'utilisation peut représenter plus de 90 % de l'impact total du cycle de vie d'une structure.

• Acier au carbone : Nécessite un entretien continu. Les revêtements se dégradent et doivent être réparés ou réappliqués tous les 5 à 15 ans. Cela implique :

  • Production de nouveaux revêtements.

  • Préparation de surface énergivore (nécessitant souvent de contenir des débris de sablage dangereux).

  • Transport des équipes et du matériel.

  • Temps d'arrêt de production durant l'entretien, interrompant les revenus et obligeant d'autres parties de l'usine à fonctionner moins efficacement.

  • Risque de défaillance : Si le revêtement échoue prématurément, une corrosion catastrophique peut entraîner des fuites, des déversements et des réparations imprévues entraînant des coûts environnementaux et économiques considérables.

• Acier inoxydable duplex : Sa couche passive fournit une résistance à la corrosion sans entretien pendant des décennies. Il n'y a pas d'émissions liées aux revêtements récurrents, pas d'arrêt pour maintenance, et un risque de défaillance largement réduit. Une structure duplex peut durer plus de 40 ans sans aucune intervention.

Conclusion : L'acier inoxydable duplex remporte largement la phase d'utilisation. L'évitement des cycles répétés de maintenance et des émissions associées constitue son principal avantage environnemental.

4. Phase de fin de vie

• Les deux matériaux : Sont 100 % recyclables sans perte de propriétés. L'acier inoxydable a une valeur de recyclage plus élevée en raison de sa teneur en alliage, créant un fort incitatif économique au recyclage. En fin de vie, les deux matériaux sont généralement recyclés en nouvel acier, créditant efficacement le prochain cycle de production et réduisant le besoin de minerai vierge.

Conclusion : Match nul. Les deux matériaux excellent en matière de circularité.

Conclusion de l'ACV : Cela dépend du contexte

Le matériau « meilleur » n'est pas universel ; il dépend du degré de corrosivité de l'environnement et la durée de vie prévue de l'actif.

Un exemple pratique : Passerelle offshore

• Option A (Acier au carbone) : 100 tonnes d'acier A516. Nécessite un repeint tous les 10 ans. Sur une durée de vie de 30 ans, cela implique deux campagnes d'entretien majeures, chacune entraînant une empreinte carbone significative liée aux peintures, au sablage, au carburant des navires et à l'arrêt de la production.

• Option B (Duplex 2205) : 70 tonnes de Duplex (en raison de sa résistance plus élevée, de ses sections plus minces). Il n'a pas besoin d'entretien pendant plus de 30 ans.

Résultat de l'ACL: Alors que la production de 70 tonnes de duplex a un coût initial de carbone plus élevé que celle de 100 tonnes d'acier au carbone, la production de émissions évitées de maintenance les résultats de cette étude sont très intéressants.

Les ingénieurs

Arrêtez de prendre des décisions matérielles basées uniquement sur le coût initial ou le carbone incorporé. Pour construire de façon vraiment durable:

1. Effectuer une ACV simplifiée: Modéliser les cycles de maintenance prévus pour l'acier au carbone. Facteur dans le carbone incorporé des revêtements, le transport et le coût des temps d'arrêt.

2. Donnez la priorité à la durabilité: Dans des environnements corrosifs, le matériau le plus durable est celui qui dure le plus longtemps avec le moins d'interventions. La longévité est la forme ultime de réduction des déchets.

3. Spécifiez pour la Résilience : Choisir un matériau tel que l'acier inoxydable duplex représente un investissement visant à réduire les perturbations opérationnelles, à diminuer les émissions sur l'ensemble du cycle de vie et à améliorer les performances environnementales. Cela transforme un centre de coûts en une proposition de valeur fondée sur la durabilité et la fiabilité.