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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. ↩︎

Les systèmes de transport par câble : un moyen de transport automatique aux multiples avantages

Wed, 26 Jan 2011 00:00:00 +0000

Transport par câble à Gdańsk (ou Dantzig) en 1644

Les téléphériques sont aujourd’hui utilisés presque exclusivement pour transporter les skieurs et les snowboardeurs en haut des pistes. Pourtant, avant les années 1940, les marchandises étaient souvent acheminées à l’aide de câbles dans les régions montagneuses, mais aussi sur des terrains plats, grâce à de grandes structures construites au Moyen-Âge.

Les téléphériques fonctionnent principalement voire entièrement grâce à la gravité. De plus, ils génèrent de l’excédent d’énergie souvent transformé en électricité pour faire fonctionner des grues ou des machines dans des usines à proximité. Ces dernières années, des systèmes innovants ont été fabriqués.

Pour la suite de cet article, il est important de savoir que les téléphériques (ou le transport par câble en général) sont divisés en deux groupes : les monocâbles et les bicâbles. Un seul câble sert à la fois à supporter et à déplacer les nacelles pour les monocâbles. Pour les systèmes bicâbles (voire tricâbles), chaque câble a une fonction. En effet, un ou deux câbles, appelés les « câbles porteurs », sont immobiles pour supporter les nacelles et un ou deux câbles, les « câbles tracteurs », servent à les déplacer.

Les transports par câble primitifs et du Moyen-Âge pouvaient être des deux sortes. Les téléphériques plus modernes (à partir des années 1850) étaient, au départ, exclusivement monocâbles. Plus tard, les systèmes bicâbles ont majoritairement remplacé leur alternative. À la fin du XIXe siècle, ces deux systèmes ont été appliqués au transport fluvial (lire l’article sur les toueurs) et les monocâbles aux funiculaires. Les bicâbles sont plus adaptés aux distances plus longues ou aux paysages plus abrupts.

Si un seul câble est utilisé pour supporter une cabine sur une longue distance ou une pente très raide, il est indispensable de le renforcer sur toute cette partie à cause des déformations qui peuvent apparaître à cet endroit. La taille du câble influe sur celle du pylône, des poulies et des autres éléments de la ligne du téléphérique, rajoutant ainsi des coûts supplémentaires. Dans un système de bicâble, le câble porteur fixe peut être adapté à certains endroits pour mieux supporter la charge.

Les ancêtres des téléphériques actuels

Le transport par câble est utilisé pour transporter des passagers et des marchandises depuis plus de 2 000 ans. Les premiers signes de son utilisation ont été remarqués dans les paysages escarpés de la Chine, de l’Inde et du Japon. Il est estimé que les prototypes datent de 250 avant J.-C. Des cordes étaient employées pour traverser des ravins, des fleuves et des gorges. Au départ, les passagers étaient retenus par un simple harnais et ils devaient avancer à la main. Le harnais allégeait la charge et facilitait leurs mouvements en glissant sur la corde.

Une sorte de panier ou de nacelle a ensuite été ajoutée pour se déplacer avec quelques objets. Cette amélioration est possible grâce à des cordes plus fines fixées à l’avant et à l’arrière de la nacelle ou à la gravité dans le cas où le point d’arrivée était plus bas que celui départ. La nacelle vide était ensuite remontée jusqu’au point de départ à l’aide d’une corde plus petite que les autres fixée aussi à l’arrière.

La corde était parfois passée dans un morceau de bambou creux avant d’être attachée pour que le passager traverse sans se brûler les mains. Pour construire un de ces téléphériques d’époque, il fallait juste une corde (nouée autour d’un arbre, d’un rocher, ou fixée des deux côtés) et un arc et des flèches pour la faire passer au-dessus de l’obstacle à franchir. Après l’invention chinoise de l’arbalète, il était possible de tirer des câbles plus lourds sur une distance plus grande. Parfois, la corde était fixée à de simples tréteaux en bois.

Ces systèmes transportaient parfois des bêtes de somme. Réciproquement, des bêtes de somme pouvaient tracter les câbles. Ces anciens systèmes de transport par câble sont les prémisses d’inventions plus modernes, comme les ponts suspendus et les ascenseurs. À l’époque, ils étaient ce qui s’approchait le plus du transport aérien.

Le transport par câble au Moyen-Âge

Une des premières traces écrites du transport par câble au Moyen-Âge se trouve dans le Taiheiki, une épopée historique sur l’histoire du Japon datée au XIVe siècle. La fuite d’un empereur japonais encerclé par les troupes ennemies y est racontée. Il se serait échappé grâce à une corde qui traversait la vallée. En Europe, la première mention de transport par câble se trouve dans Bellifortis, un manuel dédié aux armes et à la technologie militaire datant de 1405. On trouve aussi la première illustration d’un système de transport par câble dans un livre de 1411.

Les références à des systèmes monocâbles et bicâbles ont augmenté entre 1411 et 1440, quand les technologies de l’époque telles que les moteurs hydrauliques, les moulins à vent ou les grues portuaires sont devenues de plus en plus populaires. On retrouve également des traces de transport par câble d’or à partir de 1536 en Amérique du Sud.

On constate une amélioration des systèmes au XVIIe siècle. Dans la Machinae Novae publiée en 1615 et en 1617, Venetian Fausto Veranzio illustre un système bicâble assez complexe transportant des passagers. Une caisse en bois transporte les passagers à l’aide de poulies sur des câbles porteurs (voir la deuxième image au début de l’article). Les passagers peuvent ainsi traverser le fleuve en tirant sur le mou du câble. Le Néerlandais Wybe Adam a construit en 1644 un grand système de transport par câble décrit dans les Danzig Chronicles (voir l’image de l’introduction de l’article et celle ci-dessous).

Adam a inventé un système de câbles qui fonctionnait en continu pour transporter du matériel de terrassement dans des nacelles jusqu’à la forteresse située au sommet d’une colline à Dantzig. Des systèmes de transport par câble ont aussi été installés dans des monastères sur des pinacles pour transporter des ressources et des visiteurs.

Les téléphériques à partir des années 1850

Les systèmes de transport par câble n’ont pas évolué entre 1650 et 1850. À l’époque, les avancées étaient limitées par la résistance des cordes employées. La fabrication de câbles plus résistants au milieu du XIXe siècle a amorcé la période la plus fructueuse de l’histoire des téléphériques. L’invention du raccord standard au début des années 1870 par l’Autrichien Von Obach a également entraîné une avancée majeure. Les nacelles ont ainsi pu être séparées et rattachées aux câbles. De plus, de nouvelles sources d’énergie ont fait leur apparition à cette époque : d’abord la machine à vapeur, puis les moteurs électriques.

Énergie cinétique

Jusqu’à la fin du XIXe siècle, les systèmes de transport par câble fonctionnaient manuellement, parfois en utilisant un treuil ou une grue. Il était également possible de les tracter grâce à des bêtes de somme — principalement des chevaux ou des mules — à des roues à aubes ou dans certains cas à la gravité.

Cette dernière n’est possible que dans les régions montagneuses. Les nacelles qui descendent peuvent générer une partie ou la totalité de l’énergie nécessaire pour remonter les autres. Si les nacelles qui descendent sont plus lourdes que la charge montante et que l’inclinaison de la pente est suffisante, le téléphérique peut fonctionner sans énergie supplémentaire. C’est ainsi un moyen de transport qui peut être autosuffisant et propre. La vitesse des nacelles en descente était contrôlée à la main ou parfois grâce à un système de freinage hydraulique.

Même dans les cas où la charge montante était élevée, la gravité pouvait suffire à la hisser jusqu’en haut : il était possible d’utiliser les nacelles descendantes comme contrepoids en les remplissant d’eau, par exemple, si le téléphérique était construit près d’un point d’eau. Cette méthode rappelle celle utilisée pour faire fonctionner des funiculaires au début des années 1900.

Un moyen de transport qui produit de l’énergie

Si la charge descendante produisait plus d’énergie qu’il n’en fallait pour monter la charge ascendante, les téléphériques fonctionnant à l’aide de la gravité pouvaient générer une grande quantité d’énergie. L’énergie, récupérable sur l’ensemble du câble, pouvait être utilisée pour faire fonctionner des machines à proximité comme des broyeurs de minerai, des pompes ou des scieries.

Un téléphérique offrait donc la possibilité de faire fonctionner des usines en utilisant uniquement la gravité. Cet excédent d’énergie était distribué mécaniquement par des câbles métalliques avant l’arrivée de l’électricité. Les téléphériques contemporains utilisent cet excédent d’énergie pour créer de l’électricité (voir plus bas).

Une invention très performante

L’électricité n’a pas rendu le téléphérique moins durable, loin de là : ceux qui fonctionnent à l’électricité figurent parmi les moyens de transport les plus efficaces.

En effet, ils tirent tous les avantages de l’électricité (efficacité énergétique, assez silencieux, peut fonctionner grâce à des énergies renouvelables) sans les nombreux défauts des batteries et des stations de recharge (contrairement aux voitures électriques, par exemple). Dans les régions montagneuses, les moteurs électriques peuvent bénéficier de l’énergie générée par les cabines descendantes pour améliorer leur efficacité.

De plus, les téléphériques présentent de nombreux avantages énergétiques comparés aux autres modes de transports écologiques, tels que les trains de marchandises, les tramways, ou les trolleybus. Tout d’abord, l’énergie circule mieux avec un système de propulsion électrique dans un seul terminal plutôt que par câble sur une longue distance. Ensuite, la vitesse des nacelles peut être constante puisqu’il n’y a pas de bouchons dans les airs. L’efficacité énergétique des téléphériques est donc bien meilleure que tous les moyens de transport routier.

Les téléphériques et le transport de marchandises

Peu de téléphériques servaient au transport de passagers au début du XXe siècle. Ils étaient principalement employés pour transporter des marchandises. Leur utilisation était diverse et répandue dans le monde.

Il n’existe pas de source mentionnant tous les téléphériques qui ont été construits, mais le peu de données à notre disposition donne une estimation du nombre. Une source datant de 1899 mentionne 900 téléphériques d’un même type qui fonctionnaient dans le monde. Un catalogue datant de 1909 (bien avant l’âge d’or de ce mode de transport) parle de 2 000 téléphériques de la marque Bleichert dans le monde qui couvraient plus de 2 000 km et transportaient plus de 160 millions de tonnes par an. De toute évidence, les téléphériques n’étaient pas inconnus du grand public.

Une innovation au service de la guerre

Les Européens, et tout particulièrement l’Allemagne et les pays alpins (l’Autriche, la Suisse, la France et l’Italie), étaient les pionniers de l’ère des téléphériques modernes. Des transports par câble ont été utilisés pendant des guerres dans les Alpes entre le début des années 1900 et 1945. Les Italiens les ont également utilisés lors de la guerre contre la Turquie en 1908. Ils étaient aussi largement employés pendant les batailles entre les Italiens et les Autrichiens lors de la Première et de la Seconde Guerre mondiale. Les Italiens en avaient près de 2 000 et les Autrichiens plus de 400. La plupart étaient mobiles.

Ils pouvaient être démontés rapidement et transportés par des bêtes de somme pour être remontés ailleurs. Ils étaient utilisés sur les terrains difficiles pour approvisionner les champs de bataille et transporter des troupes, des provisions, des obusiers, des munitions et du matériel de fortification. Ils constituaient aussi une solution temporaire face à des ponts détruits ou pour traverser un cours d’eau. Ils servaient également à transporter les blessés vers les hôpitaux dans des civières, une alternative aux chevaux spécialement équipés dans ce but.

Les téléphériques au service des mines

Les systèmes de transport par câble ont aussi souvent été utilisés pour les mines. Les premiers installés aux États-Unis servaient à acheminer du matériel lorsque les exploitations minières étaient en plein essor dans l’ouest du pays. On trouve de nombreuses mentions de téléphériques qui transportaient des minerais comme de l’or, de l’argent, du fer, et du cuivre, ainsi que du charbon, de la pierre, de l’ardoise, de l’argile, du sable, du granite, de la quarte, de la chaux, de la phosphorite et du grès. À la sortie de la mine, les ressources étaient ensuite broyées puis transportées en train, en bateau ou, pour le charbon, par machine à vapeur. Des terminaux pouvaient être mis en place sur une petite partie de la ligne de chemin de fer, et ils pouvaient être ensuite déplacés vers le prochain terminal au fur et à mesure que les matériaux en étaient retirés.

Les téléphériques au service de l’agriculture

Les téléphériques transportaient aussi des aliments comme des fruits (des bananes), des céréales (du blé) et d’autres produits comme du coton, du thé ou de la canne à sucre. Ils étaient généralement transportés depuis les champs vers des moulins ou des gares. Des téléphériques ont été utilisés pour transporter de la canne à sucre jusqu’aux moulins à canne à sucre dans des plantations à Demerara, en Jamaïque, sur l’île Maurice, celle de Saint-Christophe-et-Niévès, au Guatemala, en Australie entre autres.

L’image ci-dessous montre le dispositif installé principalement sur l’île Maurice. Il comprenait plusieurs téléphériques aux câbles métalliques qui étaient déchargés au même endroit. Il était très avantageux puisqu’il créait un flux constant de cannes à sucre en quantité suffisante pour faire fonctionner le moulin, rappelant aujourd’hui la méthode de production dite « juste-à-temps ». Une seule personne s’occupait de décharger les nacelles.

Souvent, les cannes à sucre étaient transportées par un camion qui les déplaçait jusqu’à la ligne de téléphérique. Les téléphériques étaient aussi utilisés pour transporter la betterave vers les sucreries. Par exemple, aux Pays-Bas, ce mode de transport était employé sur des terrains plats.

Le transport du bois

De nombreuses innovations technologiques ont été employées pour le transport du bois et les produits issus du bois comme le bois de campêche, bois cordé, bois de sciage, charbon de bois, pâte de bois, pâte à papier et papier. Ces matériaux étaient souvent transportés depuis la forêt jusqu’à une scierie ou depuis la scierie jusqu’à une gare. Les téléphériques étaient utilisés pour apporter des briques et du matériel. Ils pouvaient apporter du ciment depuis les fourneaux jusqu’aux constructions, et les nacelles vides pouvaient rapporter du charbon.

Les téléphériques au service des usines

Les téléphériques étaient aussi employés au sein d’usines. Ils servaient à accomplir de nombreuses tâches, comme transporter des matériaux de fabrication, des déchets, des produits en cours de fabrication, diverses marchandises, et surtout des produits à manipuler avec précaution comme des explosifs, des liquides ou de la verrerie. Ces lignes de téléphérique étaient souvent petites et fixées tout le long des murs des bâtiments à proximité pour baisser les coûts de fabrication.

On les retrouvait dans des usines d’imprimerie, des fabriques de linoléum, et des moulins, entre autres. On peut citer comme exemple une usine d’engrais synthétique située près de Londres. Sa ligne de téléphérique passait au-dessus des bâtiments, des logements et des ouvriers au travail. Il y avait aussi une fabrique de linoléum près de Middlesex dont la ligne passait au-dessus d’une rivière et des toits des ateliers. Elle fonctionnait grâce à la force de l’eau.

Les téléphériques étaient utilisés pour relier les lignes de trains de chaque côté des rivières lorsque la construction d’un pont était trop coûteuse ou difficile. Une des lignes de téléphérique était conçue pour transporter les wagons et leurs charges pour ensuite les remettre sur les rails de l’autre côté, et vice versa. À la fin du XIXe siècle, des lignes de téléphérique miniatures étaient utilisées dans des boutiques pour transporter de l’argent liquide.

Les téléphériques et les ports de commerce

Les téléphériques étaient également employés dans certaines usines pour transporter des matériaux depuis les bateaux ou les voitures vers leur espace de stockage. Ils étaient aussi utilisés pour charger et décharger les bateaux ou pour souter du combustible (ou du charbon pour les bateaux à vapeur).

Ils étaient très pratiques pour charger et décharger les cargaisons lorsque la profondeur de l’eau empêchait les navires et les allèges de s’approcher du quai.

Un de ces téléphériques de quai, situé au Cap-Vert, mesurait 365 m de long, dont 300 m au-dessus de la plage et environ 70 m perpendiculaire à la partie la plus longue du quai, où le charbon arrivait et était ensuite distribué. Il pouvait transporter entre 15 et 25 tonnes de matériaux par heure vers le quai et vers les bateaux. Le mouvement des câbles était aussi mis à profit, puisqu’il faisait fonctionner des grues de chaque côté pour soulever ou faire descendre du charbon. Tout ce système fonctionnait grâce à une machine à vapeur de 16 ch. La mise en place de ce système a pris à peine trois mois. Des structures similaires ont été construites en Nouvelle-Zélande et en Afrique du Sud.

Il y a même eu quelques cas de téléphériques utilisés pour transporter du charbon d’un bateau à l’autre en pleine mer (voir l’image ci-dessous).

Les nacelles

À chaque matériel sa nacelle ! Ci-dessous se trouvent quelques exemples de nacelles destinées au transport de minéraux, d’aliments, d’engrais, de coke, de sacs de farine, de textiles (emballés pour les protéger du mauvais temps), du ciment, du pétrole, du vin et de la bière. Certaines nacelles étaient déchargées en débloquant un cran de sûreté. Le bas de la nacelle s’ouvrait alors, ou dans certains cas, la nacelle tout entière se renversait pour déverser son contenu. La plupart du temps, les nacelles étaient chargées à la main.

Longueur, vitesse et capacité de charge des téléphériques

La longueur, la vitesse et la capacité de charge des téléphériques ont peu à peu évolué tout au long du siècle. En 1911, les téléphériques transportaient en moyenne 15 à 20 tonnes de marchandise sur une distance de 305 à 4 600 mètres. Leur vitesse variait entre 3,2 et 8 km/h. Certaines installations fonctionnant à l’aide de la gravité étaient plus rapides et atteignaient 24 à 48 km/h. On considérait cependant qu’une vitesse plus élevée contribuait à l’usure de la machine. Le poids des charges allait de 25 à 375 kilogrammes.

Quand elle était utilisée, la force motrice était généralement comprise entre 2 et 15 ch. Le dénivelé, quant à lui, était compris entre zéro (ligne à l’horizontale) et 1 200 mètres. Une équipe comptait 2 à 5 ouvriers. Pour augmenter la capacité de chargement des lignes, certaines étaient construites en parallèle (un câble était limité à 800 tonnes par jour). Pourtant, certains câbles plus anciens étaient plus longs et puissants. Le transport par câble d’Usumbara, en Afrique, mesurait 9 kilomètres de long et servait à transporter des troncs d’arbres de plus d’une tonne (voir photo ci-dessus). À son point culminant, le téléphérique se trouvait à 130 mètres du sol.

Transport par câble argentin (1906-1927), photographié par [Patricio Lorente](http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cable_line_of_the_Mexican_Mine_in_Chilecito,_Argentina.jpg).

Le transport par câble de Garrucha, installé dans les mines de fer d’Almería (Espagne), atteignait les 15 km de long. Il n’a fallu que 6 mois pour achever sa construction. Grâce à un moteur de 100 ch, il pouvait transporter 420 tonnes de minerai pendant 10 heures par jour. Des transports par câble similaires furent construits dans les mines du Pays basque, au nord-est de l’Espagne (voir les deux photos ci-dessous).

Le transport par câble de Transylvanie transportait du charbon et du minerai dans les hauts fourneaux en Hongrie. Il mesurait presque 30 km de long pour un dénivelé de quasiment 915 mètres. Il pouvait transporter 800 tonnes de marchandise par jour. Un transport par câble en Argentine (photo ci-dessus), en service de 1906 à 1927, mesurait 35 km de long.

Des téléphériques encore plus imposants ont vu le jour dans les années 1920. Le plus long d’Europe était celui construit à Grenade en Espagne en 1925. Il transportait des marchandises sur 39 kilomètres entre la ville et le port de Mortil. L’infrastructure comprenait 240 pylônes et 7 gares. Chacune des 300 nacelles transportait 700 kg et se déplaçait de 3 mètres par seconde.

Grâce à la construction du téléphérique, l’affluence du port de Motril a rapidement augmenté. En 1929, 200 nacelles de plus furent ajoutées. Contrairement à beaucoup d’autres, le téléphérique de Grenade était un service public : tout le monde pouvait l’utiliser. Le téléphérique a fermé ses portes en 1950 suite à la disparition de l’industrie et de l’agriculture locale.

Le plus grand téléphérique au monde dans les années 1920 était utilisé pour le transport du café entre les villes de Manizales et Mariquita en Colombie. Plus de 800 nacelles ont voyagé sur cette ligne de 72 kilomètres supportée par plus de 400 pylônes. Le téléphérique, mis en service en 1923, a fonctionné jusqu’en 1961.

Les plus grandes lignes de téléphérique ont été construites dans les années 1930 et 1940. Elles pouvaient mesurer jusqu’à 96 kilomètres.

Les plus grandes lignes de téléphérique ont été construites dans les années 1930 et 1940. Au moment de sa construction, le téléphérique calcaire reliant Forsby à Köping en Suède était le plus grand d’Europe : 42 km. Il est resté en service entre 1939 et 1997. Ce record a été battu par les 96 km du téléphérique de Norsöj, toujours en Suède. Il était doté de 514 pylônes et de 25 gares de contrepoids.

Cette télécabine, en service de 1943 à 1987, a été construite en seulement 370 jours. À ce jour, elle reste la plus longue télécabine jamais construite. Le [téléphérique de Massoua à Asmara en Érythrée] (http://www.trainweb.org/italeritrea/teleferica1.htm), construit par les Italiens, mesurait 75 km de long et était en usage de 1937 à 1941. En 1959, un téléphérique de 76 km de long supporté par 858 pylônes fut mis en service au Congo. Il a fonctionné en continu jusqu’en 1986.

Infrastructure du téléphérique

Les pylônes des téléphériques pouvaient être en bois ou en fer. Ils étaient généralement espacés de 30 à 90 mètres, mais cet intervalle pouvait être agrandi si nécessaire. Dans les téléphériques bicâbles, la tension du câble porteur était réalisée par des contrepoids placés dans une des deux gares terminus. Les lignes plus longues nécessitaient cependant des contrepoids supplémentaires placés sur des points intermédiaires,

c’est pourquoi des gares de contrepoids étaient construites à des intervalles de 900 mètres à 1,8 kilomètre. Les cabines passaient d’une section du câble à l’autre grâce à des rails intermédiaires, fonctionnant ainsi sans interruption. En outre, les téléphériques pouvaient être d’une longueur illimitée puisqu’ils étaient constitués de sections considérées comme séparables.

Cette technique était aussi utilisée dans les « gares d’angles » pour former un virage. Les gares de contrepoids et d’angles pouvaient être réunies, comme dans l’illustration ci-dessus. Les téléphériques ne peuvent être construits qu’en ligne droite. C’est aujourd’hui encore leur plus gros inconvénient. Chaque virage sur une ligne de téléphérique nécessite la construction d’une gare d’angle. Cette opération est coûteuse. Heureusement, les téléphériques peuvent être construits au-dessus de nombreux obstacles et ainsi se passer de gare d’angle.

De plus, chaque gare de contrepoids ou d’angle peut servir comme station de chargement ou de déchargement. Si des lignes de téléphérique se rejoignaient en un même point, les marchandises pouvaient être redirigées grâce à un aiguillage. La photo ci-dessus montre la gare de triage d’un téléphérique située dans une centrale à charbon allemande (comme décrite dans un livre de 1914) où trois lignes se rejoignent.

Pour éviter les accidents (dû, par exemple, au déchargement prématuré d’une nacelle) au-dessus d’une route ou d’un chemin de fer, des filets métalliques étaient installés entre les pylônes ou sur des structures construites dans ce but. On peut voir sur la droite, suite à la demande du conseil régional, la construction d’un filet de protection sous les lignes du téléphérique pour protéger la route.

Installer un téléphérique

Installer un téléphérique dans un milieu montagneux n’était pas chose aisée. La majeure partie du câble était souvent transportée à l’aide de bobines de plusieurs milliers de mètres. Cependant, les wagons pouvaient rarement desservir les parties de la ligne les plus hautes, le câble et le reste du mécanisme devaient donc être emballés puis chargés sur des mules.

Chaque animal transportait environ 115 kg, en comptant le câble lâche de 4 à 6 mètres de long reliant une charge à la suivante. Cette partie était souvent tenue par une personne pour qu’il ne traîne pas par terre.

Des accidents pouvaient arriver : un téléphérique long de 3,20 km au Mexique servant à livrer du bois à un moulin fit une chute de 1,10 mètre. Le constructeur précise :

« Le transport du câble fut entravé par la grande difficulté du terrain. Nous l’avons traversé en divisant la corde en 10 longueurs, elles-mêmes réparties en sept bobines d’environ 3 mètres. Les bobines étaient transportées à dos de mule. Le convoi était composé de 70 mules et 30 hommes (soit 3 hommes pour 7 mules).

Lors du transport du câble vers la gare supérieure, un incident a considérablement retardé l’installation — cela montre bien les difficultés d’une telle opération. La traversée comprenait une côte immédiatement suivie d’une descente abrupte. La première mule s’est ruée sur la côte jusqu’à ce que la corde la retienne. Elle a alors été projetée sur le flanc,emportant deux autres mules dans sa chute. Si la dernière n’avait pas été retenue par un arbre, le reste du convoi aurait suivi. »

Les nombreux avantages des téléphériques

Pourquoi les téléphériques ont-ils eu tant de succès au début du XXe siècle ? Premièrement, les téléphériques étaient bien plus économiques que leurs alternatives, que ce soit le transport par chevaux, par chariot ou par chemin de fer. Le fonctionnement du téléphérique était très rentable et nécessitait très peu d’apports de capitaux.

Dans une région vallonnée, le téléphérique évitait les frais de construction de tunnels, tranchées et remblais nécessaires pour une ligne de chemin fer. De plus, il pouvait être construit et utilisé à un coût à peine plus élevé que pour une région vallonnée. Les rivières et les ravins pouvaient être traversés sans ponts. Les endroits trop pentus et inaccessibles en locomotive étaient aisément accessibles en téléphérique.

Pour arriver au même point de décharge qu’un téléphérique de 1 630 mètres de long avec un dénivelé de 640 mètres, des calculs ont montré qu’il faudrait 24 km de voie ferrée. Le fonctionnement d’un téléphérique pouvait être quasiment en continu et revenait deux fois moins cher que le transport par mulets, chevaux ou bœufs.

Les lignes pouvaient être déplacées sans trop d’encombres. Un dispositif de 1,5 km de long dans une production de betteraves en Hollande pouvait transporter jusqu’à 50 tonnes quotidiennement. Il pouvait être déplacé en une journée par un groupe de 20 hommes si la distance pour transporter les matériaux n’excédait pas 8 kilomètres.

Même lorsque les conditions météorologiques bloquaient les transports au sol (pendant les inondations ou les tempêtes de neige, surtout en régions montagneuses), les téléphériques continuaient à fonctionner. Ils étaient aussi opérationnels toute la nuit. Le matériel s’usait très peu avec le temps. Les téléphériques n’occupaient que peu d’espace ; les parcelles de terre situées entre les différents pylônes pouvaient facilement être exploitées.

Pour éviter les frais de manutention, les gares terminus étaient placées pour que la marchandise transportée soit livrée à l’endroit voulu. En revanche, les téléphériques étaient plus fragiles face aux vents forts et aux tempêtes que leurs alternatives.

Les téléphériques de nouveau d’actualité !

Les avantages du transport par câbles sont si nombreux qu’il n’est pas étonnant qu’on s’y intéresse de nouveau. Entre les problèmes liés au réchauffement climatique, au pic pétrolier et à la dégradation de l’environnement, cette technologie semble est d’autant plus attrayante.

Sans compter les économies d’énergie, les téléphériques, à l’inverse des voies ferrées et des routes, peuvent être construits en pleine nature sans pour autant nuire à la faune et la flore. Ils peuvent même être installés en toute sécurité en pleine ville. Le trafic routier fait aussi gagner des points au téléphérique : les embouteillages n’existent pas en transport par câble.

L’association Practical Action conçoit depuis quelques années des téléphériques pertinents pour le transport de marchandises en Amérique latine. Dans leur cas, les téléphériques servent à remplacer les convois de bétail, comme pour Europe il y a un siècle de cela.

En 2007, une autre ONG a construit un téléphérique fonctionnant à l’aide de gravité pour approvisionner 2 000 familles indiennes. Il n’a coûté que 11 500 euros et transporte des produits agricoles jusqu’aux familles tout en récupérant du fumier pour fertiliser les champs. (Concept malin et pratique) !

Plusieurs entreprises reproposent des modèles de téléphérique industriel. Parmi elles, on retrouve Femecol, une entreprise colombienne qui propose des solutions à petite échelle. Les grandes entreprises s’y mettent aussi : Poma, l’une plus grandes firmes françaises spécialisées dans les télésièges, les télécabines, les funiculaires et les navettes automatiques, a construit des modèles de téléphériques industriels en France, au Brésil, en Iran et au Pérou. Dans ce cas de figure ainsi que dans ceux qui vont suivre, les téléphériques remplacent principalement le transport de marchandises en camion.

Le premier téléphérique moderne signé Poma a été créé en 1990 à Grenoble. Il opère dans usine de ciment et traverse une rivière et une autoroute (voir la photo ci-dessus). Sa ligne mesure 1,8 kilomètre, atteint les 121 mètres et peut transporter 324 tonnes de marchandises par heure. Bien que la ligne soit plutôt courte, sa capacité est bien meilleure que celle des anciens dispositifs. Chacune des 56 nacelles peut transporter 900 kg et se déplace jusqu’à 18 km/h.

Récemment,un modèle similaire a été construit à La Oroya au Pérou, pour l’entreprise Doe Run, spécialisée dans le plomb, le zinc et le cuivre. La longueur de la ligne est similaire à celle construite en France, mais elle atteint 1,65 km de hauteur (voir la photo ci-dessous). Ce modèle est beaucoup plus lent (5,4 km/h) et a une capacité de charge de 70 tonnes par heure, similaire à celle des plus grands systèmes construits au début du XXe siècle.

Le téléphérique (qui a remplacé un système bien plus ancien et moins efficace) semble être la seule solution durable adoptée par Doe Run, car l’entreprise est décriée par les écologistes locaux.

Un système de transport innovant : RopeCon

Le grand concurrent de Poma, le groupe suisse autrichien Dopplemayr Garaventa, prend la construction de téléphérique très au sérieux. Sur son site internet, il propose des téléphériques de matériel pouvant mesurer jusqu’à 10 km de long et transporter plus de 1 500 tonnes par heure grâce à des nacelles d’une capacité de 40 tonnes. Une ligne temporaire de 2 kilomètres de long est en fabrication pour aider à la construction d’une centrale hydroélectrique de pompage-turbinage en Suisse. L’entreprise a aussi créé une innovation révolutionnant le téléphérique : RopeCon.

Mining Weekly la décrit comme : « un système de transport pour matériaux en vrac et charges unitaires qui combine la technologie des téléphériques à celle d’une courroie transporteuse classique ».

En Jamaïque, RopeCon évite 1 200 trajets en camion par jour tout en produisant 1 300 kWh d’énergie cinétique. Cette dernière est ensuite réinjectée dans le réseau électrique.

Ce système présente quelques avantages intéressants par rapport au téléphérique classique : il peut transporter des charges plus lourdes, résiste mieux au vent et fonctionne avec moins de pylônes (les lignes s’intègrent encore mieux à tous les reliefs). Le convoyeur aérien est composé d’une courroie aux parois ondulées et de roues fonctionnant sur des câbles porteurs fixes guidés par les pylônes. Les sections individuelles peuvent mesurer jusqu’à 20 kilomètres de long et transporter un maximum de 10 000 tonnes par heure. À ce jour, 6 lignes RopeCon ont été construites.

La ligne la plus spectaculaire a résisté à des rafales de vent allant jusqu’à 249 km/h. Elle a été construite en 2007 sur le Mont Oliphant (Jamaïque) pour la mine de bauxite de l’entreprise Jamalco/Alcoa (voir photo ci-dessus). Elle mesure 3,4 km et descend à la verticale sur 470 mètres. L’installation transporte quelque 1 200 tonnes de bauxite de la mine à l’usine de traitement. RopeCon évite 1 200 trajets en camion par jour tout en produisant 1 300 kWh d’énergie cinétique. Cette dernière est ensuite réinjectée dans le réseau électrique. Ce réseau de transport devient ainsi une centrale d’énergie renouvelable.

Le RopeCon construit pour l’entreprise de fibres textiles Lenzing est un autre exemple remarquable. Il est utilisé pour transporter des copeaux de bois de la zone de stockage à l’usine de fabrication. Ce transport automatique de 665 mètres de long traverse des usines, convoyeurs préexistants, routes, et même une rivière avec un minimum de pylônes (voir photo ci-dessus et ci-dessous).

Le système transporte 350 tonnes par heure. Même si le terrain plat l’empêche de produire de l’énergie, la puissance du moteur est seulement de 53 kW (comparable à celle d’une petite voiture). Cette ligne a été spécialement conçue pour résister à des vents d’une vitesse de 130 km/h.

Depuis mai 2008, un système construit sur l’île de Simberi en Papouasie Nouvelle-Guinée transporte de l’or sur 2,7 km uniquement à l’aide de 3 pylônes (voir photo ci-dessous). Le minerai, extrait dans une mine située à l’intérieur du pays, traverse une forêt tropicale humide et un terrain crevassé avant d’atteindre la fonderie du port. Le dénivelé est de 237 mètres. Le système transporte 450 tonnes par heure et génère 221 kWh d’énergie cinétique par jour. Cette dernière est ensuite utilisée pour l’affinage de l’or.

Un dispositif RopeCon temporaire a été construit en Autriche pendant la construction d’un tunnel. Il servait à transporter le matériel pour l’excavation de la roche. Il transportait 600 tonnes par heure, pourtant la puissance du moteur n’était que de 30 kW. La ligne mesurait 270 mètres de long, avec un dénivelé de 23 mètres. Elle a remplacé 115 000 voyages en camion.

L’avenir du téléphérique

Pour réduire le trafic routier de marchandise (qu’importe le type de cargaison), des lignes similaires pourraient être construites dans le monde entier : un tramway cargo pourrait relier une gare ou un parking en dehors de la ville à un centre commercial, ou être construit le long de l’autoroute entre deux villes.

On pourrait transporter des produits tout juste cueillis dans les champs ou fabriqués dans une usine directement dans les zones commerciales ou dans un bateau amarré, sans qu’ils ne touchent le sol. On éviterait ainsi les retards liés au trafic ou aux accidents routiers. En outre, on diminuerait les nuisances sonores et les vibrations. Ces dispositifs, très peu gourmands en énergie, pourraient totalement fonctionner grâce aux énergies renouvelables. En bref, le téléphérique dispose des mêmes avantages que le réseau de fret souterrain, mais est beaucoup moins coûteux à mettre en place.

Nous pourrions même construire un véritable réseau de transport par câble local, régional voire national ou international utilisant des gares de triage. Cette solution coûterait moins cher que n’importe quelle autre (notamment les camions-trolleys, tramways cargo, trains et télécabines).

Alors bien sûr, les téléphériques d’antan ne sont pas adaptés aux charges de fret actuelles. Par exemple, 400 camions de 30 tonnes font aujourd’hui des allers-retours quotidiens entre Grenade et le port de Motril en Espagne. Cela représente une charge de 12 000 tonnes ; or le téléphérique en service de 1925 à 1950 ne pouvait transporter que 210 tonnes par jour (pendant 10 heures).

Cependant, l’entreprise Dopplemayr propose désormais des transports par câble transportant jusqu’à 1 500 tonnes par heure. Il serait donc possible de remplacer tous ces camions. Les systèmes RopeCon ont une encore plus grande capacité. D’autre part, une baisse des demandes de transport de marchandises serait favorable à l’expansion de la technologie des téléphériques. Parallèlement,une baisse des demandes énergétiques serait favorable aux infrastructures du secteur de l’énergie durable.

Les téléphériques ne fonctionnent pas dans tous les environnements, ils sont particulièrement efficaces dans les régions montagneuses ou vallonnées. Tout d’abord, le dénivelé fait passer le téléphérique d’un consommateur à un producteur d’énergie, et les autres alternatives sont bien plus coûteuses et difficiles à construire dans des régions vallonnées.

Et pourtant, les téléphériques restent plus durables que leurs alternatives dans les régions plates. La seule alternative motorisée pouvant rivaliser avec le téléphérique en matière de capacité, d’efficacité et de coûts est la batellerie, et plus particulièrement les toueurs. La batellerie est particulièrement adaptée aux régions vallonnées et s’allie bien avec les transports par câbles. Et les camions dans tout ça ? Ils sont totalement has been.

Sources :

« About ropeways », The Information Center for Ropeway Studies
« Hercules Aerial Tram Mobility Study & Report » Étudie plus largement l’utilisation des téléphériques de transport de voyageurs, mais dispose d’informations intéressantes sur les transports par câble.
« The wire rope and its applications », William Edward Hipkins, 1986
« Ropeways », The Elevator Museum, site internet
« Aerial or rope-ways: their construction and management », 1911
« Transport by Aerial Ropeways », W. T.H. Carrington, The Engineering Times, 1899
« Die Drahtseilbahnen », Paul Stephan, 1914
« Chemins de fer funiculaires
transports aériens »,A.Lévy-Lambert, 1894
« Wire rope tramways with special reference to the Bleichert patent system », Edmund Gybbon Spilsbury, 1890
« Wire rope transportation in all its branches », Trenton Iron Co. 1896
« The Bleichert system of aerial tramways », William Hewitt, 1909
« Across the Chilkoot pass by wire cable », William Hewitt, 1898
« El cable Dúrcal-Motril (Granada) », Francisco Calvo Poyo, Universidad de Granada.
« The Hallidie endless wire ropeway », California Wire Works, 1902
« Un po’ di storia degli impianti a fune », Associazione Nazionale Italiana Tecnici Impianti Funiviari.
« El bandido que asaltaba el cable más largo del mundo », Palomo Aguirre
« The genius of China: 3,000 years of science, discovery and invention », Robert Temple
« Science and technology in China », Volume IV:3, Joseph Needham.