Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les contraintes économiques et les exigences environnementales croissantes conduisent la sidérurgie à réduire ses rejets, notamment les tonnes d’oxyde de carbone produites. L’analyse de cycle de vie (ACV) est reconnue maintenant comme l’approche la plus holistique d’évaluation des systèmes industriels, à condition que les données d’inventaire soient de très bonne qualité. Cet article expose une nouvelle démarche d'analyse de l'inventaire du cycle de vie qui s’appuie sur un couplage méthodologique entre la méthode classique et l’utilisation d’un logiciel de génie de type « flowsheeting ». Son application à la filière sidérurgique permet d’améliorer l’efficacité environnementale et la productivité des procédés d’élaboration de l’acier et de développer des techniques de recyclage et de valorisation.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Ana-Maria IOSIF : Docteur, Ingénieur de recherche - ArcelorMittal R&D
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François HANROT : Docteur, Ingénieur de recherche - ArcelorMittal R&D
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Denis ABLITZER : Professeur à l'École des Mines de Nancy
INTRODUCTION
L'industrie sidérurgique est un important émetteur de gaz à effet de serre. La filière classique de production d'acier génère en effet aujourd'hui approximativement deux tonnes de dioxyde de carbone par tonne d'acier produite. Les contraintes économiques et les exigences environnementales croissantes conduisent la sidérurgie à envisager des politiques innovantes pour réduire ces rejets, pour développer des techniques de recyclage et de valorisation, pour adapter et optimiser les procédés d'élaboration de l'acier. Il apparaît maintenant évident que les méthodes actuelles de production d'acier devront être profondément remaniées et que de nouvelles technologies devront être étudiées et validées pour pouvoir, à moyen terme, être mises en œuvre à grande échelle.
L'évaluation environnementale des procédés sidérurgiques classiques, selon une approche globale de type « cycle de vie », permet d'améliorer significativement leur efficacité environnementale et leur productivité. Cette évaluation est recommandée avant la mise en place des programmes de recherche et surtout avant le développement des unités. L'analyse du cycle de vie (ACV) est reconnue comme l"approche la plus holistique d'évaluation environnementale des systèmes industriels. Malgré la normalisation internationale de cette méthodologie (ISO 14040 ) , il reste encore des cas pour lesquels les résultats d'une étude d'ACV engendrent des commentaires contradictoires remettant en question leur crédibilité. Il est généralement reconnu qu'assurer une bonne qualité des données de l'inventaire du cycle de vie est une des conditions à remplir afin de garantir la qualité des résultats de l'ACV.
Dans ce dossier, nous proposons une nouvelle démarche d'analyse de l'inventaire du cycle de vie en vue d'améliorer la qualité des données utilisées pour la réalisation de l'étude ACV. La démarche proposée s'appuie sur un couplage méthodologique entre la méthode classique d'ACV et un logiciel de génie des procédés de type « flowsheeting ». Par la suite, ce couplage est appliqué à la filière classique de l'acier.
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Modélisation de la filière classique de production d'acier
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2. Couplage méthodologique
Le mode opératoire original développé pour la réalisation de l'inventaire consiste à réaliser une base de données à partir de modèles physico-chimiques simplifiés pour les sous-systèmes définis sur la figure 1.
Ainsi est réalisé un couplage entre la méthodologie de l'ACV et celle du génie des procédés car la partie la plus importante de l'inventaire est réalisée à l'aide du logiciel de type « flowsheeting » Aspen Plus (figure 2).
il existe d'autres logiciels de type « flowsheeting » : – Hysis (produit aussi par Aspen Tech) mais avec une base thermodynamique plus simplifiée ; – Metsim, étudié mais moins performant qu'Aspen Plus.
Aspen Plus est un logiciel de modélisation de procédé en régime permanent, équipé d'une base de données thermodynamiques utilisée pour calculer les bilans de matière et d'énergie. Ce logiciel permet d'effectuer des simulations de procédés (c'est ce qui nous intéresse), de générer des tables de propriétés physiques et chimiques. Le principe général du logiciel est de modéliser chaque opération unitaire d'un procédé par un bloc prédéfini ou par un bloc utilisateur. Les blocs sont ensuite reliés entre eux par des flèches représentant les différents flux de matière, de chaleur ou de travail. Pour ces flux, il est nécessaire de préciser les caractéristiques d'entrée.
À l'aide du logiciel Aspen, nous avons mis en œuvre la modélisation de chaque sous-système de la filière classique de production d'acier : cokerie, agglomération, haut-fourneau, convertisseur et laminoir à chaud.
Compte tenu de la nature même du logiciel, le sous-système « coulée continue » se prête en revanche mal à la modélisation sous Aspen. En réalité, la coulée continue est principalement caractérisée par des phénomènes thermiques de changement de phase. Ainsi, pour la réalisation des bilans massique et énergétique de ce sous-système nous nous...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ISO 14041 - Environmental Management. Life Cycle Assessment. Principles and Framework. - Genève, International Organisation for Standard (2006).
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(2) - SUH (Y.-J.) - Élaboration d'un guide pour l'amélioration et l'évaluation de la qualité d'inventaire de l'ACV. - Institut National des Sciences Appliquées, Lyon, 17-27 (2002).
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(3) - ISO 14044 - Environmental Management. Life Cycle Assessment. Life cycle assessment. Requirements and Guidelines. - International Organisation for Standard (2006).
-
(4) - LABOUZE (E.), BLANC (I.), ROUSSEAUX (P.), GAVEGLIA (V.) - Évaluation de la qualité des données d'inventaires des ACV. - no 96-1002/A- 1003/1A. Villeurbanne, Association RECORD, 4 (1998).
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(5) - ROUSSEAUX (P.) - Analyse du Cycle de Vie (ACV). - Techniques de l'ingénieur [G 5 500] (2005).
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(6) - * - Aspen...
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