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Comment sortir de l’âge du fer ?

Wed, 01 May 2024 00:00:00 +0000

Image : Cage d’ancrage en acier pour les fondations d’une éolienne dans le comté de Gilliam (États-Unis). Image de Goose Chap, Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

Prisonniers de l’âge du fer

En 1836, l’archéologue et conservateur de musée Christian Jürgensen Thomsen a établi une distinction entre trois périodes préhistoriques sur la base des principaux matériaux utilisés pour les armes et outils coupants : l’âge de la pierre, l’âge du bronze et l’âge du fer.¹ Suivant cette logique, il a ainsi formulé l’hypothèse que le développement technique humain procède par « étapes métallurgiques ». La classification tripartite théorisée par Thomsen a beau faire référence au passé, si l’on s’en tient au critère retenu dans son analyse, nous n’avons en réalité jamais dépassé l’âge du fer. Même au 21ème siècle, le fer demeure le principal matériau utilisé, non seulement pour la fabrication des armes et outils coupants mais aussi, plus généralement, pour presque toutes les technologies modernes.

Le fer est désormais principalement utilisé sous forme d’acier. Toutefois, même en conservant le critère de Thomsen, on ne peut pas pour autant parler d’un « âge de l’acier ». Tout d’abord, car l’acier est simplement un alliage de fer (>98 %) et de carbone (<2 %). Ensuite, dans la mesure où les humains ont produit de l’acier dès les débuts de l’âge du fer. C’est une réalité historique peu connue dans le monde occidental, où la production d’acier n’a pris son réel essor qu’au 19ème siècle avec le développement des énergies fossiles. Les métallurgistes africains et asiatiques ont pourtant développé des aciers de haute qualité à des époques bien antérieures – un savoir-faire qui a d’ailleurs permis aux Européens de faire de même, à bien plus grande échelle, par la suite.²

En 2021, la production mondiale de fer et d’acier a atteint 1 950 millions de tonnes (Mt), soit 22 fois plus que la production cumulée d’aluminium et de cuivre (88 Mt). Cette production de fer et d’acier correspond à 5 fois la production mondiale de plastique (391 Mt) et éclipse totalement la production mondiale de silicium (8,5 Mt) et de lithium (0,1 Mt).³⁴ En tant que matériau, l’acier est la pierre angulaire des sociétés industrielles. Sans plastiques, lithium ou silicium, notre civilisation demeurerait industrielle. Sans fer ni acier, nous serions renvoyés 3 000 ans en arrière à l’âge du bronze.

Où se trouve tout cet acier ?

Il n’est pas si facile de prendre conscience de cette omniprésence de l’acier dans la société industrielle, tant ses usages pourtant massifs échappent bien souvent à nos regards au quotidien.⁵ On trouve dans un logement plusieurs objets et équipements en acier comme le réfrigérateur, le lave-linge, la bouilloire, la baignoire, ou encore les appareils de cuisson, de chauffage et de climatisation. Pourtant, seule 2-3 % de la production totale d’acier est destinée aux appareils domestiques.⁶⁷⁸ A l’extérieur, on retrouve de l’acier en grande quantité sous la forme de véhicules. Il s’agit notamment des voitures individuelles, qui à l’échelle mondiale utilisent environ 10 % de l’acier (20 % dans les pays riches). Les bus, camions, trains et bateaux mobilisent quant à eux 4-5 % supplémentaires. Additionnés, ces usages représentent toutefois moins de 20 % de la production mondiale.

L’essentiel de l’acier est incorporé à d’autres matériaux, mis en œuvre sous terre, ou loin des quartiers résidentiels.

L’essentiel de l’acier est en fait incorporé à d’autres matériaux, mis en œuvre sous terre, ou loin des quartiers résidentiels. Plus de la moitié de la production mondiale alimente le secteur de la construction, incluant les bâtiments (résidentiels, tertiaires, industriels) et les infrastructures (ponts, tunnels, ports, canaux, pistes d’aéroports, plateformes et tours de forage pétrolières, raffineries, pipelines, centrales thermiques, lignes électriques, voies ferrées, métros, et ainsi de suite). La plupart de cet acier est intégré dans du béton – le seul matériau capable de concurrencer la production d’acier (avec 1 819 Mt en 2021). Ce n’est pas un hasard si le béton armé est le matériau de construction le plus utilisé à l’échelle mondiale.

Environ 15 % de la production mondiale d’acier sert à fabriquer des machines, incluant des outils, machines-outils, équipements industriels, matériels électriques, ainsi que divers engins miniers, agricoles ou de construction. Même les produits fabriqués avec d’autres matériaux – plastiques, bois, autres métaux – sont usinés au moyen d’outils en acier.⁵ Les 15 % restants se retrouvent dans un large éventail d’objets, des couvercles d’emballages alimentaires aux meubles en passant par les conteneurs maritimes.⁶⁷⁸

Image : Le béton armé est le premier matériau de construction à l’échelle mondiale. Trou sur l’autoroute Interstate 84, aux États-Unis. Photo de Tony George, Oregon Department of Transportation, Wikimedia Commons (CC BY 2.0).

L’empreinte environnementale de la sidérurgie

L’acier est souvent présenté comme un des matériaux les plus durables. Contrairement aux plastiques, il peut être recyclé à volonté sans perte de qualité. La sidérurgie a par ailleurs réalisé des gains importants en termes d’efficacité énergétique, bien plus que d’autres industries. Produire une tonne d’acier brut nécessite désormais, en moyenne, environ 20 gigajoules (GJ) d’énergie primaire – trois fois moins qu’en 1950.⁹ Un bilan très favorable comparé à d’autre matériaux tels que l’aluminium (175 GJ/t), les plastiques (80-120 GJ/t), ou le cuivre (45 GJ/t).⁷ L’acier, contrairement aux plastiques, se dégrade sans toxicité pour l’environnement.¹⁰ Enfin, le minerai de fer n’est pas particulièrement rare. Le fer est le quatrième élément chimique le plus abondant dans la croûte terrestre, dont il compose environ 5 % de la masse.¹¹ A titre de comparaison, le cuivre en constitue seulement 0.01 %.⁵

Mais en dépit de tous ces avantages, la production mondiale de fer et d’acier consomme plus d’énergie et génère plus d’émissions de carbone que n’importe quelle autre industrie. En 2021, la consommation totale en énergie primaire liée à la production d’acier brut s’élevait à 39 exajoules (EJ), ce qui correspond à 7 % de la consommation mondiale pour cette même année (595 EJ). Les émissions de gaz à effet de serre sont, proportionnellement, encore plus élevées car environ 75 % de l’énergie utilisée provient du charbon – le combustible dont l’intensité carbone est la plus élevée. En 2021, l’industrie sidérurgique a ainsi émit quelques 3,3 Gt de dioxyde de carbone, soit environ 9 % des émissions planétaires (36,3 Gt), suivie de près par l’industrie du béton, avec 8 %.

A l’échelle mondiale, la sidérurgie consomme plus d’énergie et génère plus d’émissions de carbone que n’importe quelle autre industrie.

Les estimations ci-dessus proviennent de la World Steel Association et de l’International Energy Agency. Des données identiques sont disponibles pour tous les métaux ; documentées depuis de nombreuses années, elles permettent d’établir des comparaisons historiques. Toutefois, leur périmètre est restreint au seul procédé de fonte des métaux. Elles n’incluent ni l’énergie grise ni les émissions de carbone associées à l’extraction et au transport du minerai de fer, du charbon, du calcaire, de la ferraille, et des produits en acier. Pas plus qu’elles ne prennent en compte l’énergie et les émissions liées à la production du coke et à la préparation du minerai – autant d’étapes essentielles aux procédés sidérurgiques.⁷

Les études scientifiques qui se sont intéressées à l’industrie du fer et de l’acier avec un périmètre plus large sont arrivées à la conclusion que le coût énergétique de la production d’acier serait en réalité 50 % à 100 % plus élevé.¹² L’un de ces rapports estime que les émissions de méthane générées par l’extraction de charbon métallurgique pourraient quant à elles augmenter de 27 % les émissions imputables au secteur. Une autre étude évalue à 10-15 % d’émissions supplémentaires la part induite par le transport maritime du minerai de fer (en amont) et de l’acier (en aval). La sidérurgie génère par ailleurs d’autres problèmes environnementaux, à commencer par une forte consommation d’eau, la production de déchets solides, ainsi qu’une importante pollution de l’air et de l’eau.

L’empreinte carbone de l’industrie sidérurgique est sans conteste incompatible avec l’objectif de neutralité carbone à l’horizon 2050, et ce d’autant plus que la production d’acier va très certainement continuer à croître. La production d’acier a décuplé depuis 1950, et doublé entre 2000 et 2020, une croissance encore plus rapide que ce que de nombreux chercheurs avaient pu prédire.¹³ En parallèle, les gains d’efficacité énergétique ont diminué, et un consensus scientifique s’établit sur le fait que les technologies actuelles ont atteint la limite thermodynamique.⁷⁹¹⁴ Au cours des deux dernières décennies, la quantité moyenne d’énergie nécessaire pour produire une tonne d’acier est demeurée stable, aux alentours de 20 GJ/t.⁹¹⁵

Comment produire de l’acier sans énergies fossiles ?

Il y a deux manières de fabriquer de l’acier, l’une étant beaucoup plus soutenable que l’autre.¹⁶ D’un côté, le haut-fourneau (ou « convertisseur à oxygène ») est un procédé qui consiste à fabriquer l’acier à partir de minerai de fer et de charbon. Cette technique est – dans ses grands principes – vieille de 2 000 ans. De l’autre, le four à arc électrique, dans lequel l’acier est fabriqué à partir de ferraille et d’électricité. Relativement nouvelle, cette technologie consomme beaucoup moins d’énergie qu’un haut-fourneau, utilise une matière recyclée (il n’est ici pas nécessaire d’extraire du minerai de fer), et fonctionne sans utilisation directe de charbon ou autres combustibles fossiles (l’électricité pouvant être fournie par une source d’énergie solaire, éolienne ou nucléaire).

Les fours à arc électrique les plus performants énergétiquement consomment désormais moins de 300 kilowatt-heures (kWh) d’électricité par tonne d’acier produite.⁹¹⁷ Hypothétiquement parlant, si l’intégralité de l’acier produit en 2021 (1 950 Mt) l’avait été dans ce type de fours, la consommation totale de l’industrie sidérurgique se serait limitée à 585 térawatt-heures (TWh). Pour donner un ordre de grandeur, cela correspond à un tiers seulement de l’électricité produite par des éoliennes à l’échelle mondiale cette même année (1,848 TWh). Malheureusement, plus de 70 % de la production mondiale d’acier est aujourd’hui issue de hauts-fourneaux alimentés au charbon.⁹¹⁷ Un haut-fourneau est 20 fois plus énergivore, et ne peut pas fonctionner à l’électricité puisque le charbon y sert à la fois de combustible et d’agent réducteur dans la réaction chimique. La combustion du charbon dégage en effet du monoxyde de carbone, qui participe à la réduction du minerai en fer.⁷

Un manque de ferraille disponible

La solution paraît évidente : pourquoi ne pas produire tout cet acier dans des fours à arc électrique ? Cela s’avère impossible. Il n’y a tout simplement pas assez de ferraille disponible : la croissance continue de la production d’acier rend impossible une utilisation « circulaire » de la ressource.¹⁸ Il faut en effet attendre plusieurs décennies avant que l’essentiel du volume d’acier produit au cours d’une année donnée n’arrive en fin de vie et ne devienne disponible pour le recyclage. A titre d’exemple, les navires à coque métallique représentent à ce jour un « stock » virtuel de 543 Mt d’acier.¹⁹ La quantité de ferraille disponible pour le recyclage en 2021 correspond au niveau de production de 1965, c’est-à-dire à une époque où la production mondiale n’atteignait pas le quart de celle d’aujourd’hui (450 Mt).⁹¹⁰²⁰²¹ Par conséquent, les trois quarts restants doivent inévitablement être produits dans des hauts-fourneaux utilisant du charbon et du minerai de fer fraîchement extrait.

Image : Voitures destinées à la casse dans le port de Cardiff. Gareth James via Wikimedia Commons (CC BY-SA 2.0).

La Chine produit à l’heure actuelle environ la moitié de l’acier mondial, et ce quasi exclusivement (+90 %) à partir de hauts-fourneaux alimentés en charbon et minerai de fer. De nombreux pays producteurs d’acier disposent d’une proportion plus importante de fours à arc électrique. Mais pointer la Chine du doigt n’aurait pas beaucoup de sens. Tout d’abord, les États-Unis et l’Europe ont dès les années 2000 massivement délocalisé leurs industries en Chine, un phénomène qui coïncide parfaitement avec l’augmentation de la production sidérurgique dans le pays. Ensuite, la Chine n’utilisait quasiment pas d’acier il y a trente ou quarante ans. Il n’y a, de ce fait, presque pas de ferraille disponible dans le pays. La Chine n’a donc pas d’autre choix que d’utiliser des hauts-fourneaux.²²

Des aciers de qualités toujours plus élevées

Un deuxième obstacle réside dans la tendance actuelle à développer des aciers de qualités supérieures. On compte désormais 2 500 types d’aciers différents, dotés de diverses propriétés : résistance mécanique accrue, tenue à haute température, ou résistance à la corrosion.⁷⁹²¹²³ Si ces aciers peuvent être produits dans des fours à arc électrique, ils ne sont pas fabriqués à partir de ferraille recyclée, et sont bien plus énergivores.

L’acier disponible pour le recyclage forme un mélange hétérogène en termes de qualités d’acier. Ce mélange convient à la fabrication d’aciers ordinaires au carbone mais n’est pas approprié pour des aciers hautement alliés, qui nécessitent des ferrailles de qualité homogène. Or, cette ferraille n’est pas disponible. Par exemple, l’acier inoxydable, l’alliage le plus produit parmi toute la gamme des aciers spéciaux, a un taux de recyclage de 15 % seulement. La production d’acier inoxydable a atteint 60 Mt en 2021, contre seulement 4 Mt en 1980.²⁴ L’acier inoxydable était traditionnellement employé pour la coutellerie, l’outillage chirurgical, le matériel médical et de transformation agroalimentaire. Ses usages se sont désormais étendus à divers domaines d’application, tels que la construction de tunnels, le mobilier d’extérieur, le traitement des eaux usées, la désalinisation de l’eau de mer, le nucléaire civil et la production de biocarburants.⁷

Les faibles taux de recyclage et l’extraction des autres éléments d’alliage, tels que le chrome ou le nickel, rendent la production des aciers de qualités supérieures plus énergivore. A titre d’exemple, la fabrication d’acier inoxydable nécessite presque 80 GJ par tonne, soit quatre fois plus que la fabrication d’acier ordinaire au carbone.⁷²¹ Le développement incessant d’aciers de qualités supérieures est stimulé par la législation environnementale (imposant par exemple le recours à des aciers plus légers pour les carrosseries des voitures) mais également par la compétition d’autres matériaux, en premier lieu desquels l’aluminium et les composites plastiques.⁷⁹²¹²³ Paradoxalement, la compétition d’usage avec ces matériaux – encore plus énergivores – rend l’acier de moins en moins durable.

L’acier et les énergies renouvelables

Si la sidérurgie est, par la nature même de ses procédés, fortement dépendante des sources d’énergie qui l’alimentent, l’inverse est également vrai : le secteur énergétique repose lui aussi massivement sur l’acier. Presque 10 % de la production mondiale d’acier est destinée à la construction et à l’entretien des infrastructures énergétiques. Ce volume correspond à l’intégralité de l’acier produit en 1950. Une large part de cet acier se retrouve dans les multiples infrastructures pétrolières et gazières.²⁵ En effet, l’extraction, la production et le transport du pétrole et du gaz mobilisent de l’acier en énormes quantités, pour la fabrication de plateformes de forage en mer, oléoducs, gazoducs, raffineries, navires et réservoirs de stockage. L’extraction du charbon dépend quant à elle également de l’acier pour la fabrication de haveuses, chargeuses-pelleteuses, convoyeurs, excavatrices, et camions.⁷

Malheureusement, la transition vers des sources d’énergie peu carbonées et l’électrification des technologies de chauffage et de transport ne réduira pas notre dépendance à la sidérurgie – bien au contraire. Un réseau énergétique bas-carbone nécessite beaucoup plus d’acier (et autres matériaux) qu’une infrastructure basée sur les énergies fossiles. Le solaire et l’éolien sont des sources d’énergie dites « diffuses » par comparaison aux énergies fossiles. Concrètement, cela se traduit par le fait qu’elles requièrent beaucoup plus de matériaux (et d’espace) pour produire in fine la même quantité d’énergie. Dans le jargon technique, on dit que le solaire et l’éolien ont une faible « densité de puissance », ou une forte « intensité matérielle ».²⁶²⁷²⁸²⁹³⁰

Un réseau énergétique bas-carbone nécessite beaucoup plus d’acier qu’une infrastructure basée sur les énergies fossiles.

L’ « intensité matière » en acier des centrales thermiques au charbon ou au gaz est comprise entre 50 et 60 tonnes d’acier par mégawatt de puissance installée.³¹ Les centrales hydroélectriques ont une intensité matérielle moindre, avec 20-30 tonnes d’acier par MW.⁷³¹ Le nucléaire également, avec 20-40 tonnes d’acier par MW.³¹³² A l’autre bout du spectre, les panneaux photovoltaïque nécessitent entre 40 et 170 tonnes d’acier par MW de puissance installée.³¹³³ Bien que les panneaux en eux-mêmes ne comprennent que peu voire pas d’acier, il s’agit du matériau idéal pour les structures qui les supportent.

L’acier et l’énergie éolienne

L’énergie avec la plus haute intensité en acier est – de loin – l’éolienne contemporaine. L’intensité matérielle d’une éolienne dépend de sa taille. Une grande éolienne requiert ainsi une quantité d’acier bien plus importante par mégawatt de puissance installée que deux éoliennes plus petites.³⁴ Par exemple, une éolienne de 3,6 MW dotée d’une tour de 100 mètres de hauteur nécessite 335 tonnes d’acier (soit 83 tonnes/MW), tandis qu’une éolienne de 5 MW dotée d’une tour de 150 mètres nécessite 875 tonnes d’acier (soit 175 tonnes/MW).³⁵ Or, la tendance actuelle est à la construction d’éoliennes toujours plus hautes et, par conséquent, à une augmentation de leur intensité en acier.

Image: Tours d'éoliennes en acier dans le port de Rotterdam. Photo : Melle Smets

Avec la construction d’éoliennes en mer, cette intensité croît encore plus. Les parcs éoliens terrestres ont recours au béton armé pour leurs fondations, tandis que les éoliennes en mer utilisent d’énormes structures en acier – type « monopieu » ou « treillis métallique » – afin de s’ancrer aux fonds marins.³⁶ L’intensité matérielle de ces éoliennes en mer est estimée à environ 450 tonnes d’acier par MW pour une génératrice de 5 MW – huit fois plus que pour une centrale thermique.³⁴. En outre, la consommation d’acier va croissante à mesure que ces éoliennes augmentent en taille et s’implantent dans des eaux de plus en plus profondes.

L’éolienne en mer la plus courante à l’heure actuelle a une capacité de 7 MW, tandis que les plus grandes d’entre elles atteignent 14 MW.³⁴ En formulant une hypothèse conservatrice sur la base des chiffres cités plus haut (à savoir que l’intensité matière en tonnes d’acier/MW double chaque fois que la puissance est multipliée par deux), on peut estimer qu’une éolienne en mer de 14 MW nécessiterait 1 300 tonnes d’acier par MW, soit 18 200 tonnes au total. Une telle éolienne utilise par conséquent 24 fois plus d’acier qu’une centrale au charbon ou au gaz d’une capacité de production équivalente.

Une durée de vie plus courte

L’écart entre les énergies renouvelables et fossiles se creuse encore plus si l’intensité matérielle est calculée en tonne par unité d’énergie plutôt que par unité de puissance (MWh au lieu de MW). Contrairement aux centrales à charbon ou à gaz, l’énergie produite par les parcs éoliens et photovoltaïques dépend des conditions météorologiques. En conséquence, remplacer 1 MW de capacité de production d’électricité d’origine fossile implique (en moyenne) l’installation de 4 MW de solaire ou 2 MW d’éolien.³⁷ L’intensité en acier d’une éolienne en mer de 14 MW est ainsi presque 50 fois plus élevée que celle d’une centrale électrique à combustibles fossiles pour chaque kilowatt-heure d’électricité produit.³⁸

L’intensité en acier d’une éolienne en mer de 14 MW est presque 50 fois plus élevée que celle d’une centrale électrique à combustibles fossiles pour chaque kilowatt-heure d’électricité produit.

Les installations solaires et éoliennes ont de plus une durée de vie inférieure (20-30 ans) à celle des centrales thermiques (30-60 ans).²⁹ Si cela n’affecte pas l’intensité en acier par MW de puissance installée, cela augmente une fois de plus l’intensité par unité d’énergie produite sur une durée donnée. La consommation d’acier ne s’en trouve certes pas systématiquement doublée, dans la mesure où les fondations des éoliennes en mer et les structures pour panneaux solaires ont potentiellement une durée de vie supérieure aux sources d’énergie dont elles constituent le support, et pourraient de ce fait être réutilisées.³⁹

Les infrastructures de transport de l’énergie

Les données exposées ci-dessus incluent uniquement l’acier incorporé dans les installations de production d’énergie elles-mêmes. Dans le cas des centrales à énergies fossiles, elles n’incluent pas l’acier utilisé pour la fabrication des pipelines, plateformes pétrolières, excavatrices à charbon, etc. Il en va toutefois de même concernant les sources d’énergie « bas-carbone ». Dans la mesure où elles requièrent une quantité de ressources beaucoup plus importante que les centrales thermiques (de l’acier mais également de nombreux autres métaux et matériaux), elles sont dépendantes d’un vaste réseau mondialisé d’infrastructures minières et logistiques, lesquelles s’avèrent tout aussi consommatrices d’acier que les chaînes d’approvisionnement des combustibles fossiles.

De plus, étant des sources d’énergie plus diffuses avec de surcroît une production électrique intermittente et variable, souvent située loin des lieux de consommation de l’énergie, les installations d’énergies renouvelables contribuent largement à l’extension du réseau électrique. Or, ces infrastructures de transmission de l’électricité reposent elles aussi massivement sur l’acier pour leur déploiement – des postes de commutation aux pylônes en passant par les câbles.²⁶²⁷²⁸²⁹³⁰⁴⁰

Enfin, les sources d’énergie bas-carbone sont fortement consommatrices d’aciers spéciaux, dont on a vu qu’ils étaient plus énergivores à produire. Ainsi, l’acier à destination des éoliennes en mer doit être résistant à la corrosion, tandis que les structures support de panneaux solaires sont de plus en plus réalisées en acier inoxydable.⁴¹ L’acier doux (acier au silicium, dit « magnétique »), formé par un alliage de ferrosilicium à très faible teneur en carbone, est quant à lui un composant indispensable pour les transformateurs du réseau électrique.⁷ Les centrales nucléaires ont certes une intensité matérielle en acier relativement faible, mais sont intégralement construites avec des aciers spéciaux hautement énergivores. A titre d’exemple, au sein des réacteurs nucléaires, le gainage des barres de combustible contenant l’uranium fissile est assuré par un acier allié au zirconium, tandis que tous les éléments structurels contiennent de l’acier inoxydable austénitique.⁷⁴²

Un réseau bas-carbone ne peut être construit à partir d’acier recyclé

La forte intensité matérielle en acier des sources d’énergie dites « décarbonées » nous confronte à un véritable dilemme, a priori insoluble.⁴³ Pour remplacer les centrales thermiques actuelles par des installations d’énergies renouvelables, nous avons besoin de quantités encore plus importantes d’acier. Du fait du manque de ferraille disponible, cet acier supplémentaire ne peut être produit qu’à partir de minerai de fer dans des hauts-fourneaux, c’est-à-dire en brûlant toujours plus de combustibles fossiles. Dans un contexte de lutte contre le changement climatique, il est nécessaire de déployer rapidement et massivement des sources d’énergie peu carbonées. Or, pour s’inscrire dans un usage circulaire des ressources et créer ces nouvelles installations en utilisant plutôt de la ferraille et de l’électricité d’origine renouvelable, nous serions amenés à faire précisément l’inverse – à savoir ralentir la mise en place d’un réseau électrique bas-carbone.

Image : Fondations en acier pour éoliennes en mer. Image de Glen Wallace, Wikimedia Commons (CC BY 2.0).

Une étude de référence, publiée en 2013, est arrivée à la conclusion suivante : pour que le solaire et l’éolien soient en mesure de fournir 25 000 TWh d’électricité – soit l’équivalent de la demande électrique mondiale en 2021 – 3 200 Mt d’acier seraient nécessaires à la construction des seuls parcs d’énergies renouvelables.³¹ ⁴⁴ Les projections estiment que la demande mondiale d’électricité atteindra 52 000 à 71 000 terawatt-heures en 2050, ce qui induira une augmentation du besoin en acier de 6 400 à 8 960 Mt au total.⁴⁵ Réparties sur la durée de vie estimée des éoliennes et panneaux solaires (25 ans), cela signifie qu’il nous faudrait produire entre 256 et 358 Mt d’acier supplémentaires chaque année, afin d’assurer la fabrication des éoliennes et des structures pour panneaux solaires – une quantité équivalente à celle utilisée annuellement par l’industrie automobile (196 Mt) et les autres modes de transport (98 Mt) réunis.

Ces estimations demeurent cependant très optimistes. La demande en électricité ne représente qu’environ 20 % de la demande totale en énergie. Pour que cette dernière (177 000 TWh en 2021) soit intégralement fournie par le solaire et l’éolien, 22 400 Mt d’acier seraient nécessaires. Cela représenterait 896 Mt d’acier supplémentaires à produire chaque année – autant que la production mondiale au début des années 2000. On pourrait certes avancer que l’électricité peut être utilisée avec une meilleure efficacité que les énergies fossiles, par exemple pour les voitures et les systèmes de chauffage. Cependant, la demande énergétique globale augmentera dans le même temps : par « effet rebond », les gains d’efficacité seront donc inévitablement absorbés par une consommation accrue d’énergie.

Les solutions high-tech

A l’heure actuelle, l’industrie sidérurgique mise sur des innovations technologiques pour décarboner la production d’acier. Une des options consisterait à remplacer le charbon par du gaz, méthode déjà relativement répandue au Moyen-Orient et en Amérique du Nord. Si la fabrication d’acier à partir de gaz naturel permet certes de réduire les émissions de CO2, celles-ci demeurent largement plus élevées que dans le cas d’un four à arc électrique. C’est pourquoi l’hydrogène, qui remplacerait le coke (obtenu par raffinage du charbon) comme agent réducteur dans un four à cuve de réduction directe, concentre tous les espoirs.⁴⁶ Toutefois, une industrie sidérurgique basée sur l’hydrogène ne permettrait pas d’échapper au paradoxe évoqué plus haut, puisqu’elle impliquerait à son tour une infrastructure requérant, par sa nature même, d’énormes quantités d’acier.

En effet, la production d’hydrogène est très énergivore. Il faut 50-55 kilowatt-heures pour produire 1 kg d’hydrogène, et 60 kg d’hydrogène pour fabriquer une tonne d’acier.⁴⁶ La production d’1 tonne d’acier à partir d’hydrogène consomme par conséquent 3 000 kWh d’électricité, soit dix fois plus que la consommation d’un four à arc électrique produisant la même quantité d’acier à partir de ferraille. De fait, une sidérurgie basée sur l’hydrogène mobiliserait à peu près dix fois plus d’éoliennes et de panneaux solaires que celle utilisant de la ferraille recyclée – donc dix fois plus d’acier. A cela, il faut en outre ajouter l’acier nécessaire à la construction des pipelines et réservoirs de stockage qui font partie intégrante de l’infrastructure associée à la technologie de l’hydrogène.

Image: Ouvrier sidérurgiste (fondeur) dans un haut-fourneau. Bundesarchiv, B 145 Bild-F079044-0020'/ CC-BY-SA 3.0.

Les technologies de capture et stockage du carbone, supposées capter les émissions des aciéries et les stocker sous terre, sont évidemment confrontées aux mêmes problèmes. Cette solution impliquerait le déploiement d’infrastructures en acier d’une part, et d’autre part des besoins supplémentaires en énergie, augmentant ainsi de manière indirecte l’utilisation des énergies fossiles. Revenir aux procédés sidérurgiques préindustriels n’est pas non plus une solution. Un haut-fourneau actuel fonctionne, dans ses grands principes, comme un haut-fourneau ancestral, à la différence près qu’il est beaucoup plus efficace énergétiquement.⁷

Les solutions low-tech

Le tableau brossé ci-dessus ne laisse a priori que peu d’espoir quant à la perspective d’une décarbonation de la production d’acier et d’énergie. Il y a malgré tout une piste de solution low-tech pour y parvenir. Elle consisterait tout simplement à ajuster la production d’acier au volume de ferraille disponible, à la fois en quantité et en qualité. Ceci permettrait de produire l’intégralité de l’acier à partir de ferraille dans des fours à arc électrique, réduisant ainsi drastiquement la consommation énergétique du secteur sidérurgique et éliminant la quasi-totalité des émissions carbone associées. Bien sûr, l’idée n’est pas de remplacer l’acier par des plastiques, des composites ou de l’aluminium, dont la fabrication est encore plus énergivore. La seule option réellement soutenable serait de réduire l’utilisation globale de matériaux.

On pourrait ajuster la production d’acier au volume de ferraille disponible, à la fois en quantité et en qualité.

Diminuer la production d’acier et utiliser des qualités d’acier plus ordinaires ne signifierait pas pour autant un retour à l’âge du bronze. Comme mentionné plus haut, le volume disponible de matériaux ferreux en fin de vie représentait environ 450 Mt en 2021, ce qui nous permettrait de produire environ un quart de la production actuelle. Par ailleurs, l’offre en ferraille va continuer à croître dans les 40 prochaines années, ce qui permettrait de produire chaque année de plus en plus d’acier à faibles émissions de CO2. A l’horizon 2050, on estime que la disponibilité annuelle en ferraille pourrait atteindre 900 Mt, soit presque la moitié de la production mondiale d’acier actuelle.⁴⁷ Tout cet acier supplémentaire pourrait alors être utilisé en priorité pour déployer un réseau électrique bas-carbone sans que n’augmentent en contrepartie les émissions de carbone.

S’agissant de réduire l’intensité matérielle en acier du monde moderne, nous disposons d’une grande marge de manœuvre. Tous nos besoins essentiels – et beaucoup d’autres – pourraient être satisfaits en mobilisant des quantités d’acier bien moindres. Il serait par exemple possible de concevoir des voitures plus légères en réduisant leur taille. Ceci amènerait des économies d’énergie sans recours à des aciers alliés de haute qualité dont on a vu qu’ils étaient énergivores. Une partie des voitures individuelles pourraient être remplacées par la combinaison des transports en commun et du vélo, de manière à ce qu’une plus faible quantité d’acier soit partagée par un plus grand nombre de personnes.

De tels changements auraient par ailleurs pour effet de réduire la demande d’acier de la part du secteur routier, des infrastructures énergétiques et de l’industrie manufacturière. Nous aurions besoin de moins de machines-outils, conteneurs maritimes et bâtiments en béton armé. Dès lors que l’on entreprend de réduire l’intensité en acier dans un domaine, les bénéfices se répercutent sur l’ensemble du système. Prévenir la corrosion des éléments en acier et produire de l’acier plus localement, avec les ressources disponibles, permettrait également de réduire la consommation énergétique et les émissions du secteur sidérurgique.¹⁰⁴⁸

La croissance continue de la production d’acier – autrement dit, l’intensité matérielle toujours plus forte de la civilisation industrielle – rend impossible toute tentative de produire de l’acier de manière plus durable. La solution ne pourra venir d’aucune technologie, puisqu’il ne s’agit fondamentalement pas d’un problème d’ordre technique. Au même titre que la foresterie ne peut être soutenable que si la demande en bois ne dépasse pas la quantité de bois que les forêts sont capables de générer, la sidérurgie ne peut être soutenable (ou non) que dans la mesure où l’offre (ferraille) s’équilibre avec la demande (acier). Nous ne quitterons peut-être pas l’âge du fer, mais nous avons en revanche une ébauche de piste pour sortir du cercle vicieux qui lie inextricablement la production d’acier aux énergies fossiles.⁴⁹

Thomsen, Christian Jürgensen. “Cursory View of the Monuments and Antiquities of the North.” Guide to Northern Archaeology by the Royal Society of Northern Antiquaries of Copenhagen (1848): 25-104. Voir aussi : Eskildsen, Kasper Risbjerg. “Christian Jürgensen Thomsen (1788 - 1865): Comparing Prehistoric Antiquities.” History of Humanities 4.2 (2019): 263-267. Et : Briggs, C. Stephen. “From Genesis to Prehistory: the archaeological Three Age System and its contested reception in Denmark, Britain, and Ireland. By Peter Rowley-Conwy. 226mm. Pp xix+ 362, 55 b&w ills. Oxford: Oxford University Press, 2007. ISBN 9780199227747.£ 65 (hbk).” The Antiquaries Journal 88 (2008): 474-478. ↩︎
Article à paraître, Kris De Decker, Low-tech Magazine. S’abonner à la newsletter de Low-tech Magazine. ↩︎
Idoine, N. E., et al. “World mineral production 2017-21.” (2023). https://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/534316/1/WMP_2017_2021_FINAL.pdf ↩︎
Katz-Lavigne, Sarah, Saumya Pandey, et Bert Suykens. “Mapping global sand: extraction, research and policy options.” (2022). https://repository.uantwerpen.be/docman/irua/1428b3/183490cc.pdf ↩︎
Colás, Rafael, et George E. Totten (dir.). Encyclopedia of iron, steel, and their alloys (Online version). CRC Press, 2016. ↩︎ ↩︎ ↩︎
https://www.steelonthenet.com/consumption.html. Les données disponibles sur cette page ont entre temps été actualisées pour l’année 2023. ↩︎ ↩︎
Smil, Vaclav. Still the iron age: iron and steel in the modern world. Butterworth-Heinemann, 2016. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
“Steel in buildings and infrastructure”, World steel association. https://worldsteel.org/steel-topics/steel-markets/buildings-and-infrastructure/ ↩︎ ↩︎
Conejo, Alberto N., Jean-Pierre Birat, et Abhishek Dutta. “A review of the current environmental challenges of the steel industry and its value chain.” Journal of environmental management 259 (2020): 109782. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
On estime qu’une fois mis en œuvre, entre 25 % et 33 % de l’acier produit chaque année est détruit par la corrosion. Voir : Iannuzzi, M., et G. S. Frankel. “The carbon footprint of steel corrosion.” npj Materials Degradation 6.1 (2022): 101. https://www.nature.com/articles/s41529-022-00318-1.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
“Iron”, Encyclopedia Britannica ↩︎
Lenzen, Manfred, et Christopher Dey. “Truncation error in embodied energy analyses of basic iron and steel products.” Energy 25.6 (2000): 577-585. & Oda, Junichiro, et al. “International comparisons of energy efficiency in power, steel, and cement industries.” Energy Policy 44 (2012): 118-129. Dans : Smil, Vaclav. Still the iron age: iron and steel in the modern world. Butterworth-Heinemann, 2016. ↩︎
Voir, par exemple : Hatayama, Hiroki, et al. “Outlook of the world steel cycle based on the stock and flow dynamics.” Environmental science & technology 44.16 (2010): 6457-6463. Cet article avait estimé que la consommation d’acier atteindrait 1 800 Mt aux alentours de 2025. ↩︎
De Beer, Jeroen. Potential for industrial energy-efficiency improvement in the long term. Vol. 5. Springer Science & Business Media, 2013. ↩︎
Wang, R. Q., et al. “Energy saving technologies and mass-thermal network optimization for decarbonized iron and steel industry: A review.” Journal of Cleaner Production 274 (2020): 122997. ↩︎
Précisons qu’environ 5 % de l’acier mondial est produit via un troisième procédé : la réduction directe de minerai de fer à partir de gaz. Ces fours utilisent du gaz naturel en lieu et place du charbon et génèrent par conséquent moins d’émissions de carbone. Celles-ci demeurent toutefois largement plus élevées que dans le cas d’un four à arc électrique. La fabrication d’acier à l’aide de gaz naturel est principalement répandue au Moyen-Orient et en Amérique du Nord. ↩︎
He, Kun, and Li Wang. “A review of energy use and energy-efficient technologies for the iron and steel industry.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 70 (2017): 1022-1039. This source gives a value of 1-1.5 GJ/ton of crude steel. ↩︎ ↩︎
Ce constat vaut également pour de nombreux autres matériaux et ressources. Voir : “L’Économie circulaire est-elle vraiment circulaire ?”, Kris De Decker, Low-tech Magazine, Novembre 2018. https://qelnixcor.cloud/fr/2018/11/how-circular-is-the-circular-economy/ ↩︎
Kong, Xianghui, et al. “Steel stocks and flows of global merchant fleets as material base of international trade from 1980 to 2050.” Global Environmental Change 73 (2022): 102493. ↩︎
Yellishetty, Mohan, P. G. Ranjith, et A. Tharumarajah. “Iron ore and steel production trends and material flows in the world: Is this really sustainable?.” Resources, conservation and recycling 54.12 (2010): 1084-1094. ↩︎
Janke, Dieter, et al. “Scrap-based steel production and recycling of steel.” Materiali in tehnologije 34.6 (2000): 387. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
En Occident, l’usage de l’acier s’est généralisé sur une période historique de 150 ans environ, de manière concomitante et en lien étroit avec les évolutions techniques de l’époque. A contrario, en Chine, cette mutation technologique s’est accomplie en seulement quelques dizaines d’années : navires, voies ferrées, électrification, bâtiments et structures en acier, voitures et avions, internet, énergies renouvelables. On trouve encore des régions du monde où les sociétés humaines ont conservé une très faible intensité matérielle en acier, telles que l’Inde et l’Afrique. La production (et la consommation) d’acier conservent donc un potentiel de croissance considérable. Source: Smil, Vaclav. Still the iron age: iron and steel in the modern world. Butterworth-Heinemann, 2016. ↩︎
AHHS Application Guidelines, WorldAutoSteel. ahssinsights.org/news/intro ↩︎ ↩︎
Sverdrup, Harald Ulrik, et Anna Hulda Olafsdottir. “Assessing the long-term global sustainability of the production and supply for stainless steel.” BioPhysical Economics and Resource Quality 4 (2019): 1-29. ↩︎
Conseil, Laplace. “Impacts of energy market developments on the steel industry.” 74th Session of the OECD Steel Committee, Paris, France (2013). Dans : Smil, Vaclav. Still the iron age: iron and steel in the modern world. Butterworth-Heinemann, 2016. ↩︎
Deetman, Sebastiaan, et al. “Projected material requirements for the global electricity infrastructure–generation, transmission and storage.” Resources, Conservation and Recycling 164 (2021): 105200. ↩︎ ↩︎
“Un réseau électrique alimenté à 100 % par les énergies renouvelables serait-il réellement durable ?”, Kris De Decker, Low-tech Magazine, September 2017. https://qelnixcor.cloud/fr/2017/09/how-not-to-run-a-modern-society-on-solar-and-wind-power-alone/ ↩︎ ↩︎
Kleijn, René, et al. “Metal requirements of low-carbon power generation.” Energy 36.9 (2011): 5640-5648. ↩︎ ↩︎
Weißbach, Daniel, et al. “Energy intensities, EROIs (energy returned on invested), and energy payback times of electricity generating power plants.” Energy 52 (2013): 210-221. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Chen, Zhenyang, Rene Kleijn, et Hai Xiang Lin. “Metal requirements for building electrical grid systems of global wind power and utility-scale solar photovoltaic until 2050.” Environmental Science & Technology 57.2 (2022): 1080-1091. ↩︎ ↩︎
Vidal, Olivier, Bruno Goffé, et Nicholas Arndt. “Metals for a low-carbon society.” Nature Geoscience 6.11 (2013): 894-896. The data are in the supplementary info: https://www.nature.com/articles/ngeo1993#Sec5 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
“Energy”, American Iron and Steel Institute. https://www.steel.org/steel-markets/energy/ ↩︎
“Steel is the power behind renewable energy”, Arcelor Mittal. https://constructalia.arcelormittal.com/en/news_center/articles/steel-is-the-power-behind-renewable-energy#:~:text=Steel%3A%20a%20key%20material%20in%20a%20less%20carbon%2Dintensive%20world&text=Without%20steel%2C%20none%20of%20the,Schrijver%2C%20CEO%20of%20ArcelorMittal%20Projects. ↩︎
Topham, Eva, et al. “Recycling offshore wind farms at decommissioning stage.” Energy policy 129 (2019): 698-709. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Gervásio, Helena, et al. “Comparative life cycle assessment of tubular wind towers and foundations–Part 2: Life cycle analysis.” Engineering structures 74 (2014): 292-299. & Rebelo, Carlos, et al. “Comparative life cycle assessment of tubular wind towers and foundations–Part 1: Structural design.” Engineering structures 74 (2014): 283-291. ↩︎
Assessing the significance of steel to the global wind industry, S&P Global, Commodity Insights. December 2021. https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/ci/research-analysis/assessing-the-significance-of-steel-to-the-global-wind-industry.html ↩︎
Bolson, Natanael, Pedro Prieto, et Tadeusz Patzek. “Capacity factors for electrical power generation from renewable and nonrenewable sources.” Proceedings of the National Academy of Sciences 119.52 (2022): e2205429119. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2205429119 ↩︎
Ce chiffre s’avère cohérent avec les analyses de Vidal, Olivier, Bruno Goffé, et Nicholas Arndt. “Metals for a low-carbon society.” Nature Geoscience 6.11 (2013): 894-896. Les données sont disponibles dans en annexe : https://www.nature.com/articles/ngeo1993#Sec5 ↩︎
Dans le cas des éoliennes en mer, la durée de vie des fondations est estimée à 100 ans, elles pourront donc en principe servir au remplacement des éoliennes par de futurs modèles de même taille et masse. En revanche, l’hypothèse que ces fondations en acier finiront par être recyclée n’a rien d’une évidence. Premièrement, le recyclage du métal ne contribue au recouvrement des coûts de démantèlement qu’à hauteur de 10 %, ce qui signifie qu’il n’est pas une option économiquement - ni peut-être même énergétiquement - intéressante. Deuxièmement, il arrive dans certains cas qu’une biodiversité marine se soit développée autour des fondations. Les quatre parcs éoliens en mer démantelés en 2019 ont eu une durée de vie respective de 15, 18, 20 et 26 ans. Source : Topham, Eva, et al. “Recycling offshore wind farms at decommissioning stage.” Energy policy 129 (2019): 698-709. ↩︎
Voir: https://www.fedsteel.com/insights/steels-role-in-the-us-power-infrastructure/ ↩︎
Voir: https://industry.arcelormittal.com/products-solutions/Products_in_the_spotlight/magnelis ↩︎
Maziasz, Philip J., et Jeremy T. Busby. Properties of austenitic stainless steels for nuclear reactor applications. Oak Ridge National Lab.(ORNL), Oak Ridge, TN (United States), 2012. ↩︎
En anglais, l’expression « catch-22 » désigne une situation de paradoxe logique où la résolution d’un problème semble impossible du fait de prémisses contradictoires [N.d.T.]. ↩︎
Une partie de cette capacité de production d’énergies renouvelables est déjà construite. Les chercheurs de cette étude se basent sur la production solaire et éolienne de l’année 2013, soit 400 TWh, or ces deux énergies ont produit un cumul de 2 894 TWh en 2021. ↩︎
Electricity consumption worldwide from 2000 to 2022, with a forecast for 2030 and 2050, by scenario. Statista. https://www.statista.com/statistics/1426308/electricity-consumption-worldwide-forecast-by-scenario/#:~:text=According%20to%20a%20recent%20forecast,on%20the%20energy%20transition%20scenario ↩︎
Bhaskar, Abhinav, et al. “Decarbonizing primary steel production: Techno-economic assessment of a hydrogen based green steel production plant in Norway.” Journal of Cleaner Production 350 (2022): 131339. ↩︎ ↩︎
Scrap use in the steel industry, World Steel Association. May 2021. https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Fact-sheet-on-scrap_2021.pdf ↩︎
“Pedal to the metal”, Caitlin Swalec, Global Energy Monitor, June 2022. https://globalenergymonitor.org/wp-content/uploads/2022/06/GEM_SteelPlants2022.pdf ↩︎
Un autre argument en faveur d’une réduction de l’intensité matérielle en acier de notre société est que cela limiterait le risque de conflits géopolitiques. Plus nous produisons de l’acier pour des applications civiles « pacifiques », plus la quantité d’acier disponible pour mener guerres et destructions augmente. On s’étonnera d’ailleurs que la fabrication d’armes et d’équipements militaires ne figure pas dans les statistiques récentes sur la production d’acier, ou qu’elle n’en représente, le cas échéant, qu’une part très faible. Quoi qu’il en soit, en temps de guerres, les aciéries sont systématiquement réquisitionnées pour la production d’acier à des fins militaires. L’industrie sidérurgique peut donc à tout moment être convertie en industrie d’armement. Or, la capacité mondiale de production d’acier est à ce jour plus grande qu’elle ne l’a jamais été dans l’histoire. ↩︎

Le site web imprimé : deux nouveaux volumes

Tue, 21 Nov 2023 00:00:00 +0000

Image: Le site web imprimé.

Ces dernières années, Low-tech Magazine a fait le saut du web au papier. Quatre volumes imprimés sont disponibles en anglais. En avril 2022 nous avons publié un premier volume en traduction française. Nous lançons maintenant les deux autres volumes. L’ensemble de la série (à l’exception du livre Commentaires, qui ne sera pas traduit) est désormais disponible en français :

Volume I : Low-tech Magazine 2007-2012. Nouveau !
Volume II : Low-tech Magazine 2012-2018. Nouveau !
Volume III : Low-tech Magazine 2018-2021.

Toutes les traductions ont été révisées et harmonisées, un changement qui n’est pas encore reflété sur le site web. Les livres contiennent également des images supplémentaires par rapport au site web. Le tome I rassemble 28 articles publiés entre 2007 et 2012, soigneusement sélectionnés pour leur pertinence et leur interêt continus aujourd’hui. L’ouvrage compte 590 pages et contient 257 images en noir et blanc. Le tome II rassemble 27 articles publiés entre 2012 et 2018. Il compte 600 pages et contient 212 images en noir et blanc.

Un grand merci aux traducteurs qui ont permis la réalisation de ces livres. Un grand merci également à Audrey Belliot, qui a préparé le contenu de ces éditions et qui a harmonisé le style des traductions, a Kathy Vanhout, qui a coordoné les traductions, et Laia Comellas, en charge de la composition.

Image: Le site web imprimé.

Table des matières Tome I (2007 - 2012)

Le tome I rassemble 28 articles publiés entre 2007 et 2012, soigneusement sélectionnés pour leur pertinence et leur interêt continus aujourd’hui. L’ouvrage compte 590 pages et contient 257 images en noir et blanc. Il est disponible dans notre librairie Lulu.

Comment réduire la taille d’un réseau de transport : la brouette chinoise
Les combustibles fossiles pendant la période pré-industrielle
Centrales solaires thermiques : un avenir prometteur
La brève histoire des premières machines à pédales
Les vélos générateurs d’électricité ne sont pas durables
L’avenir négligé de la bicyclette stationnaire
Isolation : d’abord le corps puis la maison
Les systèmes de transport par câble : un moyen de transport automatique à moindre coût
Outils et machines de forage manuels
Les moulins-bateaux : des usines flottantes actionnées par l’eau
Le recyclage de déjections animales et humaines : la clé de l’agriculture durable
Le statu quo de la voiture électrique : meilleures batteries, même autonomie
Vers l’infini et au-delà : les grues et les engins de levage manuels
Les véhicules à gazogène : du bois dans le réservoir
Véhicules à sac de gaz
Les trolley-bateaux
Le four Hoffmann , anneau de feu
Des usines alimentées par énergie éolienne : histoire (et futur) des mouline à vent industriels
Funiculaires hydrauliques
On se (re)met au courant : les trolleybus et trolley-camions
Trains routiers électriques
L’empreinte colossale des technologies numériques
Des briques pour remplacer l’acier : l’art des voûtes catalanes
L’Ictíneo : le sous-marin à vapeur
La Citroën 2CV : une cleantech des années 1940
La vie sans avion : de Londres à New York en 3 jours et 12 heures
La navigation par satellite au XVIII siècle
Les e-mails au XVIIIe siècle : le télégraphe optique

Table des matières Tome II (2012 - 2018)

Le tome II rassemble 27 articles publiés entre 2012 et 2018. L’ouvrage compte 600 pages et contient 212 images en noir et blanc. Il est disponible dans notre librairie Lulu.

Comment créer un site web low-tech
Nous n’y arriverons pas seuls
Abandonnez les batteries : stockage d’énergie par air comprimé hors-réseau
Histoire et avenir de l’économie de l’air comprimé
De quelle quantité d’énergie avons-nous besoin ?
Aveuglés par l’efficacité énergétique
Comment (re)fonder l’économie sur la météo ?
Le monde moderne pourrait-il fonctionner à la seule énergie humaine ?
Les hypocaustes : le chauffage du Moyen Âge
La malédiction du bureau moderne
Pourquoi la révolution des machines á écrire est-elle nécessaire dans les bureaux ?
Comment sortir votre appartement du réseau électrique ?
L’électricité “douce” : le retour du courant continu ?
Les réseaux de force motrice hydraulique
Les murs à fruits : l’agriculture urbaine au XVIIe siècle
Réinventer la serre
Pourquoi nous devons limiter la vitesse d’Internet
Comment créer un Internet low-tech
Avoir chaud à l’ancienne : chauffer les personnes et non les espaces
La revanche du ventilateur
Un feu bien entretenu surpasse la cuisinière moderne
Si nous isolons nos maisons, pourquoi pas nos casseroles ?
La grande vitesse est en train de tuer le réseau ferroviaire europén
De l’énergie à partir du robinet : les moteurs à eau
Retour aux fondamentaux : l’énergie hydraulique directe
Les vélomobiles électriques : aussi rapides et confortables que les automobiles, mais 80 fois plus efficients
L’enveloppe solaire : comment chauffer et refraîchir les villes sans énergie fossile

Table des matières Tome III (2018 - 2021)

Le tome III rassemble 18 articles publiés entre 2018 et 2021. L’ouvrage compte 400 pages et contient 184 images en noir et blanc. Il est disponible dans notre librairie Lulu.

Les matelas-fascines : la vannerie se déchaîne
Comment fabriquer un panneau solaire low-tech
Comment concevoir un voilier pour le 21e siècle?
Les étangs urbains à poissons : un traitement des eaux usées à faible technicité pour les villes
Les soins de santé high-tech sont-ils écologiquement durables ?
Les fermes verticales occupent autant d’espace que les autres
Comment et pourquoi j’ai arrêté d’acheter de nouveaux ordinateurs portables
Comment rendre l’énergie de la biomasse à nouveau durable
Poêles thermoélectriques : la fin des panneaux solaires ?
Faire pousser des plantes subtropicales malgré le gel hivernal : La culture de fruitiers en tranchées
Un site Web à énergie solaire est-il soutenable ?
Trop de combustion, pas assez de feux
Le douche à brumisation: vers un confort plus durable?
Pour que l’énergie éolienne redevienne durable
Réinventer la petite éolienne domestique
Chauffer sa maison avec une éolienne mécanique
Garder certaines lumières allumées: redéfinir la sécurité énergétique
L’Économie Circulaire Est-Elle Vraiment Circulaire?

Les avantages du papier

La version imprimée de Low-tech Magazine est accessible sans avoir besoin d’un ordinateur, d’internet ou d’une alimentation électrique – ou quand le site internet solaire est hors service à cause d’une mauvaise météo.

Le papier offre des bénéfices additionnels. Il est plus doux pour les yeux qu’un écran d’ordinateur, offre une lecture sans distraction, permet une navigation rapide et flexible et est à tout moment disponible.

Un site internet imprimé permet également de préserver le contenu de Low-tech Magazine sur le long terme. Les sites web ne vivent pas éternellement et l’internet ne devrait pas être pris pour acquis.

Impression à la demande

Ce livre est imprimé à la demande, c’est-à-dire qu’un exemplaire est seulement imprimé quand quelqu’un le commande. Lulu.com travaille avec des imprimeurs partout autour du monde afin que la plupart des copies soient produites localement et voyagent sur des distances relativement courtes. L’impression à la demande est le choix le plus durable et il nous permet de proposer des livres pour un prix relativement bas tout en dégageant un profit décent, sans investissement initial majeur.

Cela allonge le délai pour recevoir le livre et, parce que chaque copie transite directement de l’imprimeur au consommateur, il n’y a pas de moyen pour nous de contrôler la qualité d’impression. Plus de 7000 copies en Anglais ont été vendues, avec très peu de réclamations. Néanmoins, si vous recevez un exemplaire mal imprimé, vous devriez en informer Lulu afin d’obtenir un échange. D’après mon expérience, c’est un processus très fluide et il n’est pas nécessaire de retourner l’exemplaire abimé. Si ce n’est pas le cas, merci de me contacter à kris@lowtechmagazine.com.

Pouvons-nous rendre les vélos à nouveau durables ?

Tue, 28 Feb 2023 00:00:00 +0000

Illustration: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Le cyclisme est durable, mais à quel point le vélo est-il durable ?

Se déplacer à vélo est l’un des modes de transport les plus durables. L’augmentation du nombre de cyclistes réduit la consommation de combustibles fossiles et la pollution, économise de l’espace et améliore la santé et la sécurité publiques. Cependant, le vélo lui-même a réussi à échapper à la critique environnementale. ¹² Les études calculant l’impact environnemental du vélo le comparent presque toujours à la voiture, avec des résultats prévisibles : le vélo est le plus durable. De telles recherches peuvent encourager les gens à faire du vélo plus souvent, mais n’encouragent pas les fabricants à rendre leurs vélos aussi durables que possible.

Pour cet article, j’ai consulté des études universitaires qui comparent différents types de vélos les uns aux autres ou se concentrent sur le stade de fabrication d’un deux-roues particulier. Ce genre de recherche était pratiquement inexistant jusqu’à il y a trois ou quatre ans. En utilisant les études disponibles, je compare différentes générations de vélos. Placé dans un contexte historique, il devient clair que l’utilisation des ressources dans la production d’un vélo augmente tandis que sa durée de vie diminue. Il en résulte une empreinte environnementale croissante. Cette tendance a un début clair. La bicyclette a évolué très lentement jusqu’au début des années 1980, puis a soudainement subi une succession rapide de changements qui se poursuit jusqu’à aujourd’hui.

Il n’y a pas d’études sur les bicyclettes construites avant les années 1980. Les analyses du cycle de vie, qui étudient l’utilisation des ressources par un produit du « berceau » à la « tombe », ne sont apparues que dans les années 1990. Cependant, la référence pour un vélo durable se trouve dans la pièce où j’écris ceci. C’est mon vélo de route Gazelle Champion de 1980 – maintenant âgé de 43 ans. Je l’ai acheté il y a dix ans à Barcelone à un Allemand de grande taille qui quittait la ville. Il avait les larmes aux yeux quand je suis reparti avec. J’ai un deuxième vélo de route, un Mercier de 1978. C’est mon véhicule de rechange au cas où l’autre tomberait en panne et que je n’aurais pas le temps de réparer immédiatement. J’ai deux autres vélos de route garés en Belgique, où j’ai grandi et où je voyage encore quelques fois par an (en train, pas à vélo). Il s’agit d’un Plume Vainqueur de la fin des années 1960 et d’un Ventura des années 1970.

La principale raison pour laquelle j’ai opté pour de vieux vélos est qu’ils sont bien meilleurs que les nouveaux vélos. La plupart des gens ne s’en rendent pas compte, ils sont donc aussi beaucoup moins chers. Mes quatre vélos ne m’ont coûté que 500 euros au total. Avec ce même montant, je ne pourrais m’acheter qu’un seul vélo de route neuf d’entrée de gamme, et un tel vélo ne durerait sûrement pas 40 à 50 ans – comme nous le verrons. Bien sûr, il n’y a pas que les vieux vélos de route qui sont meilleurs. Il en va de même pour les autres types de bicyclettes construites avant les années 1980. Je fais du vélo de route parce que je parcoure des distances relativement longues, généralement entre 35 et 50 km aller-retour.

Image: Le vélo que j’utilise le plus souvent, un Gazelle Champion de 1980. Il a parcouru au moins 30000km depuis que je l’ai acheté en 2013.

De quoi les vélos sont faits

Le premier changement important dans l’industrie de la bicyclette a été le passage de l’acier à l’aluminium dans leur fabrication. Avant les années 1980, pratiquement tous les vélos étaient fabriqués en acier. Leur cadre était en acier, ainsi que les roues, les composants et les pièces. De nos jours, la plupart des cadres et des roues de vélo sont construits en aluminium. Il en va de même pour de nombreuses autres pièces de vélo. Plus récemment, un nombre croissant de cycles ont des cadres et des roues en composites de fibre de carbone. Certains cadres de vélo sont construits en titane ou en acier inoxydable. Tous ces matériaux sont plus énergivores à produire que l’acier. De plus, alors que l’acier et l’aluminium peuvent être recyclés et réparés, les fibres composites ne peuvent être décyclés (downcycle, en Anglais) et ont une faible réparabilité. ³

Plusieurs études ont comparé les impacts carbone et énergétique des cadres de vélos et d’autres composants faits à partir de ces différents matériaux – qui ont tous des ratios résistance-poids différents. Ces recherches ont certaines limites. Les scientifiques utilisent des méthodes rudimentaires parce qu’ils manquent de données énergétiques détaillées sur les processus de fabrication de vélos, et certaines études proviennent de fabricants qui paient des chercheurs pour examiner la durabilité de leurs produits. Néanmoins, tous mis ensemble, les résultats sont assez cohérents. Par souci de brièveté, je me concentre sur les émissions (CO2 = CO2-équivalent) et ignore les autres impacts environnementaux.

Avant les années 1980, pratiquement tous les vélos étaient fabriqués en acier.

Reynolds, un fabricant britannique connu pour ses tubes de cadre de vélo, a constaté que la fabrication d’un cadre en acier coûte 17,5 kg de CO2, tandis qu’un cadre en titane ou en acier inoxydable coûte environ 55 kg de CO2 par cadre, soit trois fois plus. ⁴ Starling Cycles, un des rares fabricants de vélos de montagne en acier, a conclu qu’un cadre en carbone classique consomme 16 fois plus d’énergie qu’un cadre en acier. ⁵ (Soit 280 kg de CO2). Une étude indépendante de 2014 – la première du genre – a calculé l’empreinte d’un cadre de vélo de route en aluminium avec fourche en carbone de la marque « Specialized » et a révélé que le coût était de 2 380 kilowattheures d’énergie primaire et de plus de 250 kg de carbone – environ 14 fois celui d’un cadre en acier (sans fourche) calculé par Reynolds. ²

Un vélo est plus qu’un cadre seul. Des analyses de cycle de vie de vélos complets montrent que l’empreinte carbone de tous les autres composants est au moins aussi grande que celle d’un cadre en acier. ⁶ Des scientifiques ont estimé les émissions de carbone sur la vie d’un vélo en acier à 35 kg de CO2, contre 212 kg de CO2 pour un vélo en aluminium. ⁷⁸L’analyse du cycle de vie la plus détaillée établit l’empreinte carbone d’un vélo en aluminium de 18,4 kg à 200 kg de CO2, en incluant ses pièces de rechange, pour une durée de vie de 15 000 km. La phase d’impact principale est la préparation des matériaux (74 % ; aluminium, acier inoxydable, caoutchouc), suivie de la phase de maintenance (15,5 % pour 3,5 nouveaux jeux de pneus, six plaquettes de frein, une chaîne et une cassette) et de la phase d’assemblage (5 %). ⁹

Où et comment sont fabriqués les vélos

Mes bicyclettes en acier datent d’une époque où la plupart des pays industrialisés avaient des industries nationales de bicyclettes établies de longue date desservant leur propre marché. ³ Ces industries se sont effondrées en Europe et en Amérique du Nord à la suite de la mondialisation néolibérale à la fin des années 1970. La Chine s’est ouverte aux investissements étrangers et est rapidement devenue le plus grand fabricant de bicyclettes au monde. Au cours des deux dernières décennies, la Chine a fabriqué les deux tiers des bicyclettes du monde (60 à 70 millions sur 110 millions par an). La plupart des autres viennent d’autres pays asiatiques. L’Europe est revenue une production de dix millions de vélos par an, mais les États-Unis n’en fabriquent que 60 000 par an. ³

Tout au long du XXe siècle, la fabrication de bicyclettes a nécessité des apports substantiels de main-d’œuvre humaine. ³ Selon le Routledge Companion to Cycling, « les jantes étaient rayonnées et alignées manuellement ; les cadres ont été construits à la main ; la fabrication de la selle était laborieuse ; les jeux de direction, les groupes de vitesses (cassettes), les câbles de frein et les plateaux étaient physiquement boulonnés. Depuis les années 2000, l’automatisation a considérablement réduit le besoin de main-d’œuvre humaine. Le plus grand fabricant chinois de vélos, qui construit un cinquième des vélos du monde, possède 42 chaînes de montage de vélos produisant 55 000 vélos par jour, soit presque autant que les États-Unis en un an. ³

Les industries nationales en Europe et en Amérique du Nord se sont effondrées à la suite de la mondialisation néolibérale à la fin des années 1970.

La mondialisation et l’automatisation de l’industrie du vélo rendent les vélos moins durables. Premièrement, ils introduisent des émissions supplémentaires pour le transport (de matières premières, de composants et de vélos) et pour la production et l’exploitation de robots et d’autres machines. Deuxièmement, la production d’acier, d’aluminium, de composites en fibre de carbone et d’électricité est plus énergivore et plus intensive en carbone en Chine et dans d’autres pays producteurs de vélos qu’en Europe et en Amérique du Nord. ¹⁰ Le plus important, cependant, est que la production automatisée à grande échelle représente un capital irrécupérable qui doit travailler la plupart du temps pour étaler les frais généraux, ce qui entraîne une surproduction. ³

Combien de temps vit un vélo

La quantité d’énergie et d’autres ressources nécessaires pour fabriquer un vélo et le livrer à un cycliste n’est que la moitié de l’histoire. Au moins aussi important est la durée de vie du vélo. Plus sa durée de vie est courte, plus il faut en produire au cours de la vie d’un cycliste et plus l’utilisation des ressources augmente.

Pour une longue durée de vie, certaines parties d’un vélo doivent être remplacées. Ce sont généralement des pièces plus petites telles que les manettes de vitesse, les chaînes et les freins. ¹¹ Jusqu’à il y a quelques décennies, la compatibilité des composants était une caractéristique de la fabrication de bicyclettes. ¹² Mes vélos en sont un parfait exemple. La plupart des composants – tels que les roues, la cassette et les freins – sont interchangeables entre les différents cadres, même si les vélos sont de marques et d’années différentes. La compatibilité des composants facilite l’entretien et la réparabilité, augmentant ainsi la durée de vie d’un vélo. Les magasins de vélos, même dans les plus petits villages, peuvent réparer tous les types de vélos en utilisant un ensemble limité d’outils et de pièces de rechange. ¹² Les cyclistes peuvent effectuer des réparations mineures à la maison.

Malheureusement, la compatibilité n’est plus une caractéristique entrant en compte dans la fabrication de vélos. Les constructeurs ont introduit un nombre croissant de pièces propriétaires et ne cessent de modifier les normes, ce qui entraîne des problèmes de compatibilité même pour les vélos plus anciens de la même marque. ¹³ Par exemple, si le levier de vitesses d’un vélo moderne tombe en panne après quelques années d’utilisation, une pièce de rechange ne sera probablement plus disponible. Vous devez commander un nouvel ensemble d’une nouvelle génération, qui sera incompatible avec vos dérailleurs avant et arrière – que vous devrez également remplacer. ¹³ Pour les vélos de route, le passage de cassettes à dix pignons (vers 2010) à des cassettes à onze, douze et plus récemment treize pignons a rendu de nombreuses jeux de roues obsolètes, et il en va de même pour le reste de la transmission, y compris les manettes et les chaînes. ¹² ¹

Avant les années 1980, la plupart des composants de bicyclette étaient interchangeables entre des cadres de différentes marques et générations.

Les freins à disque, qui équipent désormais presque tous les nouveaux vélos, ont tous des conceptions d’axe différentes, ce qui signifie que chaque monture nécessite désormais des pièces de rechange propriétaires. ¹ Les freins à disque nécessitent également certaines pièces de conception différente (manettes, fourches, cadres, câbles et roues) rendant ces bicyclettes incompatibles avec les conceptions antérieures. ¹² L’essor des pièces propriétaires rend de plus en plus difficile de garder un vélo sur la route par l’entretien, la réutilisation et la remise à neuf. Au fur et à mesure que le nombre de composants incompatibles augmente, il devient impossible pour les magasins de vélos de disposer d’un stock complet de pièces de rechange. ¹²

L’incompatibilité des composants s’accompagne d’une diminution de la qualité des composants. Un exemple est la selle, qui ne dure presque jamais plus longtemps qu’un cadre parce qu’elle se fissure au bas de la coquille. ¹² Un peu de matériel supplémentaire le ferait durer éternellement – comme le prouvent toutes les selles de mes vélos de route vieux de 40 à 50 ans. La mauvaise qualité affecte certaines parties des bicyclettes coûteuses, mais est particulièrement problématique pour les bicyclettes bon marché entièrement composées de composants de mauvaise qualité. Les vélos bon marché – les mécaniciens de vélo les appellent « vélos construits pour tomber en panne » ou « objets en forme de vélo » – ont souvent des pièces en plastique qui se cassent facilement et ne peuvent pas être remplacées ou améliorées. Ces vélos ne durent généralement que quelques mois. ¹³¹⁴

Illustration: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Comment les vélos sont propulsés

Jusqu’à présent, nous n’avons traité que des vélos entièrement à propulsion musculaire, mais les vélos à moteur électrique deviennent de plus en plus populaires. Le nombre de vélos électriques vendus dans le monde est passé de 3,7 millions en 2019 à 9,7 millions en 2021 (10% des ventes totales de vélos et jusqu’à 40% dans certains pays comme l’Allemagne). Les vélos électriques renforcent ces deux tendances qui rendent les vélos moins durables. D’une part, les moteurs électriques et les batteries nécessitent des ressources supplémentaires telles que le lithium, le cuivre et les aimants, ce qui augmente la consommation d’énergie et les émissions de la fabrication de vélos. Les chercheurs ont calculé les émissions de gaz à effet de serre causées par la fabrication d’un vélo électrique en aluminium à 320 kg. ⁸ Cela se compare aux 212 kg pour la production d’une bicyclette en aluminium sans assistance et à 35 kg pour une bicyclette en acier non assistée.

D’autre part, l’espérance de vie d’un vélo électrique est plus courte que celle d’un deux-roues non assisté car il a plus de points de défaillance potentiels. La panne des composants supplémentaires – moteur, batterie, électronique – entraîne un cycle de vie plus court en raison de l’incompatibilité des composants. Une étude universitaire sur la circularité dans l’industrie de la fabrication de vélos observe une augmentation significative des composants défectueux par rapport aux vélos non assistés et conclut que « la grande dynamique du marché due aux innovations régulières, aux renouvellements de produits et au manque de pièces de rechange pour les modèles plus anciens rend l’utilisation à long terme par les clients beaucoup plus difficile que pour les vélos conventionnels ». ¹⁵

Les vélos électriques renforcent ces deux tendances qui rendent les vélos moins durables.

De plus, les vélos électriques ont besoin d’électricité pour fonctionner, ce qui augmente encore l’utilisation des ressources et les émissions. Cet impact est relativement faible par rapport à la phase de fabrication. Après tout, les humains fournissent une partie de l’énergie, et la consommation d’électricité d’un vélo électrique (25 km/h) n’est que d’environ 1 kilowattheure aux 100 km. L’intensité moyenne des émissions de gaz à effet de serre de la production d’électricité en Europe en 2019 était de 275 gCO2/kWh. ¹⁶ Si un vélo électrique dure 15 000 km, la charge de la batterie n’ajoute que 41 kg de CO2, contre 320 kg pour la production du vélo (en aluminium). Même aux États-Unis et en Chine, où l’intensité carbone du réseau électrique est de 50 à 100% supérieure à la valeur européenne, c’est la phase de production qui domine la quantité totale des émissions et d’énergie nécessaires à ces vélos électriques.

Les vélos cargos

La combinaison de matériaux énergivores, de courtes durées de vie et d’assistance par moteur électrique peut augmenter les émissions du cycle de vie à des niveaux surprenants, en particulier pour les vélos cargos. Ces vélos sont plus gros et plus lourds que les vélos de tourisme et ont besoin de moteurs et de batteries plus puissants. Une étude récente a calculé que les émissions sur cycle de vie par kilomètre étaient de 80 gCO2, soit seulement la moitié de celles d’une camionnette électrique (158 gCO2/km). ¹⁷ Les chercheurs expliquent cela par la différence de kilométrage sur la vie du produit – 34 000 km pour le vélo cargo contre 240 000 km pour le fourgon – et les composites en fibre de carbone dans de nombreux composants, y compris le châssis du vélo. Les émissions du cycle de vie du vélo cargo, y compris l’électricité utilisée pour charger sa batterie, s’élèvent à 2 689 kg. C’est près de 40 fois les émissions du cycle de vie de deux bicyclettes en acier (chacune avec un kilométrage de 15 000 km sur leur vie).

La prolongation de la durée de vie utile des vélos électriques a moins d’impact sur les émissions du cycle de vie que pour les vélos non assistés. En effet, la batterie doit être remplacée tous les 3 à 4 ans et le moteur tous les dix ans, ce qui ajoute à l’utilisation des ressources en pièces de rechange. ¹¹ Ceci est démontré par une analyse du cycle de vie d’un vélo cargo électrique avec une espérance de vie présumée de 20 ans. ¹⁸ Au cours de sa vie, le vélo cargo utilise cinq batteries (pesant chacune 8,5 kg), deux moteurs et 3,5 jeux de pneus. La majorité des émissions du cycle de vie sont causées par ces pièces de rechange, les batteries représentant à elles seules 40% des émissions totales. En comparaison, les émissions pour le cadre en acier sont presque insignifiantes. ¹⁸

Les vélos cargos présentent un autre inconvénient. Les vélos et les voitures de tourisme ne transportent généralement qu’une seule personne, ce qui signifie qu’un kilomètre-passager sur un vélo équivaut à peu près à un kilomètre-passager dans une automobile. Cependant, pour le transport de marchandise, la comparaison des tonnes-kilomètres est plus compliquée. Si la charge est relativement légère – généralement jusqu’à 150 kg – le vélo cargo électrique aura une intensité carbone moindre qu’une camionnette. Cependant, les charges plus lourdes nécessitent plusieurs vélos cargos pour remplacer une fourgonnette, ce qui multiplie les émissions intrinsèques. ¹⁸ Il est peu probable que le passage à des vélos cargos sans réduire sensiblement le volume total de marchandises transporté permette de réduire les émissions. Les vélos cargos ont également des alternatives moins intensives en carbone, telles que les chariots à bras. En termes d’émissions, une brouette chinoise bat de loin n’importe quelle camionnette de livraison, même lorsqu’elle est mesurée en tonnes-kilomètres.

Comment les vélos sont utilisés

Ces dernières années, de nombreuses villes ont introduit des services de vélos partagés. En théorie, les vélos partagés pourraient réduire le nombre de vélos produits et ainsi diminuer l’impact environnemental de la production de vélos. Cependant, la construction et l’exploitation de services de partage de vélos ajoutent une consommation d’énergie et des émissions importantes. De plus, les vélos partagés ne durent pas aussi longtemps que les vélos privés. Par conséquent, les services de vélos partagés renforcent encore les tendances qui rendent les vélos moins durables.

Une étude de 2021 compare l’impact environnemental des vélos partagés et privés tout en incluant les infrastructures requises par chaque option. Elle conclut que les vélos personnels sont plus durables que les vélos partagés. ⁸ La recherche est basée sur le système Vélib à Paris, en France, qui compte 19 000 vélos, dont environ la moitié avec un moteur électrique. La fabrication de vélos et les infrastructures de partage de vélos sont responsables de plus de 90 % des émissions et de la consommation d’énergie. Les émissions restantes sont dues à la construction de pistes cyclables (3,5%), à la redistribution des vélos pour assurer un approvisionnement optimal de toutes les stations (2%) et à l’électricité utilisée pour recharger les batteries des vélos électriques (0,3%). Au total, un vélo partagé issu du système Vélib a un taux d’émission de 32 g de CO2/km, soit trois à dix fois plus élevé que le taux d’émission d’un vélo personnel (entre 3,5 gCO2/km pour un vélo en acier et 10,5 g CO2/km pour un vélo en aluminium). ⁸

La construction et l’exploitation de services de vélos en libre-service ajoutent une consommation d’énergie et des émissions importantes

Les scientifiques ont constaté que le service de partage de vélos a entraîné une baisse de 15% du nombre de propriétaires de vélos. Cependant, ils ont également calculé que la durée de vie moyenne d’un vélo partagé n’est que de 14,7 mois, avec un kilométrage moyen de 12 250 km. En comparaison, la durée de vie moyenne d’un vélo personnel en France, selon une enquête de 2020, est d’environ 20 000 km, soit près de 50% de plus que les vélos partagés. Le système Vélib comprend 14 000 stations de vélos en libre-service d’une surface totale de 92 000 m2 et d’une durée de vie estimée à dix ans. Chacune des 46 500 station individuelle d’accueil est composé de 23 kg d’acier et de 0,5 kg de plastique. La consommation électrique de chaque station de vélos en libre-service est d’environ 6 000 kWh par an. En raison de l’impact élevé de l’infrastructure, les émissions du cycle de vie des vélos électriques partagés sont 24% plus élevées que celles des véhicules non électriques partagés. ⁸

L’empreinte environnementale des systèmes de vélos en libre-service peut varier considérablement d’une ville à l’autre. Une analyse du cycle de vie des services de partage de vélos aux États-Unis a révélé des émissions de carbone de 65 g de CO2 / km – deux fois plus élevées qu’à Paris. ¹⁹ Cela s’explique en grande partie par le fait que les systèmes américains redistribuent les bicyclettes entre les stations à l’aide de fourgonnettes diesel, tandis que le service français utilise des véhicules électriques. L’étude américaine se penche également sur la nouvelle génération de services de partage de vélos « sans station d’accueil », qui obtiennent des résultats encore pires. Les vélos partagés sans station d’accueil peuvent être garés n’importe où et localisés via une application pour smartphone. Bien que cela élimine le besoin de stations, chaque vélo nécessite des composants électroniques énergivores, et le système génère également des émissions via les réseaux de communication. ¹⁹¹⁰ De plus, les systèmes sans station d’accueil nécessitent plus de bicyclettes et impliquent plus de rééquilibrage géographique.

Une analyse du cycle de vie des services chinois de partage de vélos, avec de nombreux systèmes sans station d’accueil, montre des taux dégâts élevés et de faibles taux d’entretien pour les vélos. Le taux de dégâts annuel est de 10 à 20 % pour les vélos renforcés et de 20 à 40 % pour les vélos plus légers qui sont devenus plus courants. En pratique, un vélo partagé devient de la ferraille lorsque la partie du vélo la plus résistante subit une avarie. La réparation n’a pratiquement jamais lieu. ¹⁰ Enfin, lorsque les entreprises font faillite, les vélos en libre-service créent des montagnes de déchets, y compris des vélos en bon état. ¹⁰¹

Image: Émissions de carbone par kilomètre parcouru à vélo sur le cycle de vie. Sources des données :[^8][^17][^19][^26]. Graphique: Marie Verdeil.

Tous les vélos ne remplacent pas une voiture

Rien de tout cela ne devrait décourager au cyclisme. Même les vélos les moins durables sont nettement plus durables que les voitures. L’empreinte carbone de la fabrication d’une voiture à essence ou diesel est comprise entre 6 tonnes (Citroën C1) et 35 tonnes (Land Rover Discovery). ²⁰ Par conséquent, la construction d’une petite automobile telle que la C1 produit autant d’émissions que la fabrication de 171 bicyclettes en acier ou de 28 bicyclettes en aluminium. En outre, les voitures ont également une empreinte carbone élevée via la consommation de carburant, tandis que les vélos sont entièrement ou partiellement alimentés musculairement. ²¹ Les voitures électriques ont des émissions plus élevées pour la production, mais moins d’émissions pour le fonctionnement (bien que cela dépende entièrement de l’intensité carbone du réseau électrique).

Le vélo conserve même son avantage lorsque son plus petit kilométrage sur durée de vie est pris en compte. ²² Les voitures à essence et diesel atteignent maintenant plus de 300 000 km, soit le double de leur durée de vie dans les années 1960 et 1970. ²³ Si une bicyclette dure 20 000 km, il faudrait 15 bicyclettes pour parcourir 300 000 km. S’il s’agit de vélos en acier sans moteur électrique, l’empreinte carbone totale pour la fabrication est encore six fois inférieure à celle d’une petite voiture : 1 050 kg de CO2. Si les vélos sont fabriqués en aluminium et ont des moteurs électriques, les émissions atteignent 4 800 kg de CO2, ce qui reste inférieur à l’empreinte carbone de fabrication de la petite voiture.

Cependant, tous les vélos ne remplacent pas une voiture. Cela est particulièrement pertinent pour les vélos partagés et électriques : des études montrent qu’ils se substituent principalement à des alternatives de transport plus durables telles que la marche, l’utilisation d’un vélo non assisté ou privé, ou les déplacements en métro. ¹⁹²⁴ À Paris, les vélos partagés ont trois fois plus d’émissions que les transports en commun électriques. ⁸ En outre, de nombreux vélos à forte intensité carbone sont achetés pour les loisirs et ne sont pas du tout destinés à remplacer les voitures – ils peuvent même impliquer une utilisation accrue de la voiture lorsque les cyclistes quittent la ville pour une escapade dans la nature. Dans tous ces cas, les émissions ne diminuent mais augmentent.

Comment rendre les vélos à nouveau durables ?

En conclusion, il y a plusieurs raisons pour lesquelles les vélos sont devenus moins durables : le passage de l’acier à l’aluminium et à d’autres matériaux plus énergivores, l’expansion de l’industrie de la fabrication de vélos, l’incompatibilité croissante et la diminution de la qualité des composants, le succès croissant des vélos électriques et l’utilisation de services de vélos partagés. La plupart d’entre eux ne sont pas problématiques en eux-mêmes. C’est plutôt la combinaison des tendances qui conduit à des différences significatives avec les vélos des générations précédentes.

Par exemple, sur la base des données mentionnées précédemment, la fabrication d’un vélo électrique en acier aurait une empreinte carbone de 143 kg. Bien que ce soit quatre fois les émissions d’un vélo en acier non assisté, il est inférieur à l’empreinte carbone d’un vélo en aluminium sans moteur électrique (212 kg). Surtout si la batterie est chargée en énergie renouvelable, faire du vélo électrique peut donc être plus durable que d’en faire un sans moteur. De même, un vélo en aluminium avec une longue espérance de vie – par exemple, grâce à la compatibilité des composants – pourrait avoir une empreinte carbone inférieure à celle d’un vélo en acier avec une durée de vie plus limitée.

De nombreux chercheurs préconisent de revenir à la production de bicyclettes à partir d’acier au lieu d’aluminium et d’autres matériaux énergivores. Cela apporterait des gains significatifs en matière de durabilité pour un coût relativement faible – des vélos légèrement plus lourds. Les cadres en acier rendraient également les vélos électriques et partagés moins intensifs en carbone. Certains chercheurs font la promotion des cadres de vélo en bambou, mais l’avantage par rapport aux cadres en acier ou même en aluminium à l’ancienne n’est pas clair. ²⁵ Une « bicyclette en bambou » nécessite encore des roues et de nombreuses autres pièces en métal ou en composites en fibre de carbone, et les tubes du cadre sont généralement maintenus ensemble par des pièces en fibre de carbone ou en métal. ⁶ De plus, le bambou est traité chimiquement contre la pourriture et devient non biodégradable. ¹

Revenir à une fabrication de vélos locale et moins automatisée est une exigence pour des vélos durables.

Une meilleure compatibilité des composants augmenterait la durée de vie des bicyclettes – également électriques – grâce à la réparation et à la remise à neuf. Cela n’apporterait aucun inconvénient aux consommateurs, bien au contraire. Cependant, contrairement à un passage aux cadres en acier, une meilleure compatibilité des composants nuirait aux ventes de vélos neufs. Une étude conclut que « l’abandon de la normalisation est un modèle économique rentable car il garantit que les vélos ne peuvent être utilisés que pendant un certain temps ». ¹ La diminution de la durabilité des vélos n’est pas un problème technologique et n’est pas unique aux vélos. Nous le voyons également dans la fabrication d’autres produits, tels que les ordinateurs. Un mécanicien de vélo observe : « Le problème ici, c’est le capitalisme ; ce ne sont pas les vélos. » ¹⁴

Revenir à une fabrication de vélos locale et moins automatisée est une exigence pour des vélos durables. La raison principale n’est pas la consommation d’énergie supplémentaire générée par le transport et les machines, qui est relativement faible. Par exemple, l’expédition depuis la Chine ajoute environ 0,7 à 1,2 gCO2/km pour les vélos partagés. ⁸ Plus important encore, la fabrication de vélos sur le territoire d’utilisation et à la main est essentielle pour faire de la réparation et de la remise à neuf l’option la plus attrayante sur le plan économique. Par définition, la réparation est locale et manuelle, elle devient donc rapidement plus coûteuse que la production d’un nouveau vélo dans une grande usine automatisée. ¹⁰ Les bicyclettes fabriquées localement augmenteraient le prix d’achat pour les consommateurs. Cependant, une meilleure réparabilité permettrait une espérance de vie plus longue et un coût inférieur à long terme. Il est également essentiel de s’attaquer aux problèmes de vol de vélos et de stationnement, car ils sont souvent une raison d’acheter des vélos bon marché et à courte espérance de vie. ²⁶

Enfin, les services de vélos partagés peuvent avoir leur place, et nous verrons probablement de nouvelles améliorations dans leur efficacité à utiliser les ressources – les nouvelles stations de vélos en libre-service à Paris ont réduit leur consommation d’énergie d’un facteur six. ⁸ Cependant, il est peu probable que les vélos partagés deviennent plus durables que les vélos privés, car ils nécessitent toujours une redistribution entre les stations et une infrastructure de haute technologie pour que le service fonctionne. De plus, être attaché à son vélo peut inciter à bien en prendre soin et ainsi augmenter sa durée de vie, comme je peux en témoigner.

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Bicycles are entirely or partly powered by food calories. Some people argue that the life cycle energy requirements of bicycles are higher than other modes, when one considers the impact of food require to provide additional calories that are burned during the bicycle use. However, the majority of people in car-centered societies take in more calories than their sedentary lifestyle requires. Increased cycling would lead to lower obesity rates, not to higher calorie intakes. ↩︎
This a purely theoretical calculation, because cars encourage much longer trips than bicycles. ↩︎
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A comparison of the life cycle emissions of a bamboo versus an aluminium bicycle showed little difference (233 vs. 238 kg CO2). [6] ↩︎
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