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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Réalisation de l'inventaire du cycle de vie à partir des modèles « Aspen »
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3. Modélisation de la filière classique de production d'acier
Compte tenu de l'objectif indiqué précédemment, les modèles informatiques simplifiés doivent nous permettre de réaliser l'inventaire de matière et d'énergie pour une usine sidérurgique intégrée classique. Nous avons ainsi développé des modèles dans un contexte environnemental, c'est-à-dire permettant de déterminer les polluants émis par chaque usine. De plus, ces modèles sont sensibles à la variation de la mise au mille et au recyclage des différents produits pour permettre d'obtenir des produits de qualité, imposée par les sous-systèmes avals.
Par des tests de sensibilité effectués pour différents paramètres (teneur en soufre et en azote des combustibles, taux de matières volatiles, etc.) nous avons montré que les modèles sont « flexibles », c'est-à-dire qu'ils permettent de faire varier certaines données d'entrée en respectant les paramètres imposés.
D'une manière générale, l'approche de modélisation adoptée pour chaque sous-système (c'est-à-dire chaque procédé considéré) a été fondée sur des considérations physiques et chimiques et sur des observations expérimentales à l'échelle industrielle et/ou pilote.
Nous précisons que chaque modèle développé a été validé par des simulations faites avec des données provenant de l'industrie. En effet, les analyses comparatives des résultats des modèles avec les données industrielles étant très satisfaisantes, cela permet d'être confiant dans la pertinence des modèles développés.
Pour mieux faire comprendre la façon dont les modèles ont été développés sous Aspen, nous allons présenter l'exemple de la cokerie. Pour les autres modèles, nous ferons seulement une rétrospective des données d'entrée et nous présenterons les principaux résultats obtenus.
3.1 Présentation du modèle de la cokerie
Le principal rôle de la cokerie est la cokéfaction d'un mélange de charbon pour la production du coke qui alimente le haut-fourneau. La cokerie peut être décrite par deux circuits de matières indépendants (figure ...
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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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