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Le Fer est il une ressource écologique par nature ?

Grégory Launay - Dernière mise à jour : 07 novembre 2010


Une voiture est composée en grande majorité de métal et même plus précisément de fer (sous forme d’acier et de fonte). Le fer est l’une des principales ressources naturelles utilisées dans l’industrie, il n’est donc pas complètement stupide de s’interroger sur le rythme d’épuisement de cette ressource et les problèmes d’approvisionnement futurs.


Les stocks et les flux de dame nature

Avant toute chose il bon de rappeler que l’espèce humaine jouit de ressources naturelles que l’on peut ranger sous trois formes :

  • un stock de matières organisées utilisé pour l’approvisionnement énergétique : pétrole, charbon, uranium, etc.
  • un stock de matières organisées utilisé comme matériaux de bases pour construire tout un tas de choses : fer, aluminium, plomb, lithium, etc.
  • un flux énergétique continu (le soleil) qui contribue en partie à régénérer les deux stocks précédents


Les trois sources de basse entropie – Source : Nicolas Jonquères, CEA

Un observateur avisé comme Hiroshi Komoyama fait remarquer que vivre essentiellement sur les stocks (ce que nous faisons aujourd’hui, c’est bien plus facile) ne peut durer qu’un temps. Mais vivre sur le flux est bien plus compliqué car l’énergie y est moins concentrée, plus aléatoire, pas forcément disponible où on veut, quand on veut et en quantité désirée.

Pour savoir si vivre sur le stock est réellement un problème pour l’humanité (c'est-à-dire aux échelles de temps humaine), il faut d’abord bien prendre conscience de la taille du stock et de la vitesse à laquelle il décroit. C’est ce que je vous propose de faire ici pour le fer (et ici pour le pétrole).


Le minerai de Fer : qu’est ce que c’est, à quoi sert-il ?

Ce qu’on appelle du minerai de fer est une roche qui contient une grande quantité de fer, généralement combiné à de l’oxygène. Il en existe de nombreux types, on distingue les carbonates de fer (comme la sidérite : FeCO3), les sulfures de fer (comme la pyrite : FeS2), et les oxydes de fer (comme l’hématite : Fe2O3). La proportion de fer dans ces roches peut varier de 30% à 70% avec à la clé des intérêts commerciaux évidemment différents. Dans les gisements réellement exploités à ce jour, la teneur moyenne en fer est entre 50 et 60%.

C’est à partir de ces minerais que le fer est extrait puis transformé (en fonte et en acier principalement) pour fabriquer tous les objets de la vie quotidienne que nous connaissons : bâtiments, ponts, voitures, électroménager, etc.

Les premiers usages du fer remontent à -1100 avant JC et sont étroitement liés à la maîtrise du feu, l’extraction d’un métal de bonne qualité nécessitant de chauffer le minerai à plusieurs milliers de degrés. Ces températures sont non seulement difficiles à obtenir mais nécessitent une quantité très importante de combustible (et génèrent donc de très fortes émissions de CO2). C’est le charbon de bois qui fut utilisé les premiers temps et les quantités furent telles que l’industrie métallurgique naissante a contribué de manière radicale à changer le paysage forestier européen. La première révolution industrielle changea ensuite complètement les ordres de grandeurs des quantités produites grâce à l’avènement de la thermodynamique et de l’usage du charbon.

Malgré le remplacement du fer dans certaines utilisations par des matériaux plus « modernes » (les plastiques et aluminium notamment), l’essor des pays émergents depuis le début des années 2000 a continué de faire exploser la demande mondiale.


Production mondiale de minerai de fer de 1904 à 2009 en millions de tonnes – Source : USGS 2010

Les principaux producteurs historiques sont l’Australie et le Brésil, richement dotés de ressources. La Chine est également devenue depuis peu un producteur très important pour tenter de satisfaire une demande intérieure en pleine explosion.


Principaux pays producteurs de minerai de fer en en 2009 – Source : USGS 2010

Le fer obtenu est ensuite traité pour être utilisé en très grande majorité sous forme de fonte ou d’acier (c’est du fer contenant moins d’1% de carbone). Les principales utilisations sont alors pour la fabrication d’habitats, de ponts, de voitures, de machines à laver, de boites d’épinards, etc.


Poids des différents secteurs dans la consommation totale d’acier en moyenne sur la période 2005 / 2009 dans l’Union Européenne – Source : Eurofer, 2010


Une production en croissance, pour combien de temps encore ?

Pour y voir clair sur ce point il est indispensable de rappeler quelques éléments de vocabulaire :

  • est appelée « ressource » l’ensemble des gisements connus dont on peut imaginer qu’ils seront un jour techniquement exploitables.
  • est appelée « réserve » la fraction de la ressource qui est techniquement et économiquement exploitable à l’instant où l’on donne le chiffre

D’après l’USGS la ressource en fer se monte à quelque 800 milliards de tonnes. La réserve quand à elle est bien plus basse à 160 milliards. Le total déjà produit est d’environ 50 milliards de tonnes.

La réserve dite « 2P » (l’évaluation statistique de ce que l’on sortira réellement de terre) sera entre les deux. La World Steel Association l’évalue à 370 milliards de tonnes. Basons-nous sur ce chiffre pour essayer d’évaluer la production future.


Scenario de production future, délire de l’auteur

Il semble donc que le niveau de production puisse continuer à croître de manière assez importante pour une petite trentaine d’années … mais ça n’ira pas tellement plus loin. Cela peut paraître beaucoup au regard de nos enjeux quotidiens mais 2040 ce n’est que la prochaine génération …

Le fait que la production puisse continuer à croitre n’est pas non plus un gage de pouvoir accéder facilement à la ressource, en économie de marché c’est souvent la tension offre / demande qui détermine le prix …


Prix moyen du minerai de Fer importé dans l’UE à 15 de 1994 à 2010 – Source : Fédération française de l’acier d’après Eurostat, mai 2010

Se servir dans les réserves n’est pas le seul moyen de « produire du fer ». Une seconde manière de faire est de réutiliser celui dont on ne se sert plus, autrement dit : recycler.


Le rôle du recyclage

Le fer semble être LA ressource pour laquelle le mot « recyclage » a vraiment du sens. La production d’acier dans l’Union Européenne, par exemple, est déjà faite à plus de 40% à partir de matière recyclée.

Production d’acier dans l’Union Européenne (27) – Source : Eurofer, 2010

Ce graphique montre le poids de la filière « électrique » (en bleu) dans la production totale d’acier dans l’Union Européenne. Cette filière de production utilise exclusivement de l’acier usagé et consiste à refondre la ferraille à l’aide de très puissants arcs électriques. L’autre filière de production (noté « other » sur le graphique) désigne la filière traditionnelle de fabrication qui exploite le fer du minerai par l’utilisation des hauts fourneaux. Cette filière utilise également en petite quantités (5 à 7%) de l’acier usagé.

Dans l’Union européenne les « déchets » pèsent donc pour un bon 40% de la matière première, à coté du minerai de fer. A l’échelle mondiale le chiffre est un peu plus faible, de l’ordre de 30%.

Alors pourquoi un tel succès ? Comme souvent c’est du coté du porte monnaie que se trouve l’explication. Si le fer est correctement recyclé aujourd’hui c’est que ça ne revient pas cher ! Le fer est facile à récupérer en fin de vie (grâce à ses propriétés magnétiques), facile à reformer, etc.

Et pour une fois cet intérêt économique est également un intérêt énergétique et climatique car le recyclage permet de se passer de l’étape la plus énergivore : l’extraction du fer du minerai.


Emissions de CO2 (en tonnes) et consommation énergétique (en tonnes équivalent pétrole) pour l’obtention d’une tonne d’acier - Source : rapport du sénat n°415 « recyclage et valorisation des déchets ménagers », 1999

Fabriquer un objet à partir de « ferraille », nom donné aux objets usagés, est beaucoup moins énergivore et donc beaucoup moins émetteur de CO2. Le rapport est trois environ. C’est pour cette raison que le prix des ferrailles est entre 3 et 5 fois plus élevé que le prix du minerai brut.


Prix moyen des ferrailles d’origine régionales dans l’Union Européenne – Source : Fédération française de l’acier d’après UCFF, mai 2010


Un possible cycle vertueux ?

Le cycle de vie du fer peut alors s’illustrer à partir du schéma suivant :



Cycle de vie du fer – Source : Hiroshi Komoyama

On distingue ainsi (les chiffres correspondent à l’année 2006) :

  • un flux extrait de 900 millions de tonnes de fer provenant du minerai
  • un flux de 400 millions de tonnes de ferraille, provenant des objets usagés
  • le tout permet de produire un flux annuel neuf de 1300 millions de tonnes
  • un « stock » en cours d’usage par l’humanité de 10 milliards de tonnes

Ce schéma montre également, par la flèche « waste », qu’une partie se perd au passage (lorsque l’on jette un objet dans l’océan par exemple …). Ce cycle de vie n’est donc pas strictement en circuit fermé. On y distingue enfin l’extraction de la ressource énergétique (le charbon) et les émissions de CO2 générés par cette activité. Une projection sur une longue période peut alors s’illustrer ainsi :


Scenario de production et d’accumulation du fer – Source : Hiroshi Komoyama

La croissance de la production (issue du recyclage et du minerai brut) fait augmenter progressivement le stock en cours d’usage par l’humanité qui, en retour, fait croître la production issue du recyclage.

L’exploitation du minerai finit par s’épuiser, elle passe par un maximum et se met à décroitre. La croissance de la production totale se poursuit grâce à l’augmentation de la production de la filière recyclage. La stabilisation de la production intervient lorsque que la ressource est épuisée. Le stock et la production sont alors constants. Essayons de mettre quelques chiffres autour de ce schéma de principe.

Si l’on en croit l’USGS les réserves en masse de fer sont de l’ordre de 100 milliards de tonnes. Cela laisse envisager une multiplication par près de 10 du stock actuel et donc une multiplication par 10 de la production à partir de matériaux recyclés ce qui la porterait à environ 4.000 millions de tonnes ou encore prés de 4 fois la production totale actuelle ! Avec un pic de production du minerai de fer autour des 2050, cette stabilisation de la production arriverait avant la fin du siècle.


Alors l’acier nous montre-t-il là voie d’un développement durable ?

Le bilan de cette ressource parait bien meilleur que pour d’autres (le lithium par exemple, et le pétrole bien sûr). Non seulement les réserves laissent entrevoir un épuisement « lointain » mais en plus le recyclage est déjà bien développé et se montre économiquement et écologiquement intéressant. Les constructeurs automobiles ont donc bien d’autres chats à fouetter avant de s’occuper de l’épuisement du minerai de fer. Pour eux c’est surtout la hausse importante du prix de l’acier ces dix dernières années qui est préoccupante …

Malgré se bilan « positif » il faut tout de même remarquer que :

  • L’épuisement de la ressource se produira vraisemblablement avant la fin du siècle (nos enfants le verrons), c’est ça aujourd’hui une ressources pour laquelle il n’y a pas de problèmes ….
  • La situation décrite à terme est au mieux « stationnaire », ce qui permet simplement de rappeler que même dans le meilleur des mondes les arbres ne grimpent pas au ciel … ce que les adorateurs de la sacrosainte croissance ont du mal à comprendre.
  • Il y a une déperdition dans la boucle production – usage – recyclage, le stock en cours d’usage de 10 milliards de tonnes correspond à une production passée qui se situe plutôt entre 20 et 30 milliards. D’après la World Steel Association, 80% de l’acier utilisé est recyclé … ce qui veut dire que 20% est perdu à jamais …