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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.

Comment concevoir un voilier pour le 21e siècle?

Tue, 11 May 2021 00:00:00 +0000

À bord du navire *Garthsnaid* en mer. Une vue depuis le haut du gréement. Image d’Allan C. Green, vers 1920.

Le voilier est un exemple classique de durabilité. Depuis au moins 4 000 ans, les voiliers transportent des passagers et des marchandises à travers les mers et les océans du monde sans utiliser une seule goutte de combustibles fossiles. Si nous voulons continuer à voyager et à commercer à l’échelle mondiale dans une société à faibles émissions de carbone, les voiliers sont l’alternative évidente aux porte-conteneurs, aux vraquiers et aux avions.

Toutefois, par définition, le voilier n’est pas une technologie neutre en carbone. Pendant la majeure partie de l’histoire, les voiliers ont été construits en bois, mais, à l’époque, des forêts entières étaient abattues pour la construction des navires, et ces arbres ne repoussaient souvent pas. À la fin du 19e et au début du 20e siècle, les voiliers étaient de plus en plus souvent fabriqués en acier, qui a lui aussi une empreinte carbone importante.

L’idée d’une neutralité carbone de la voile au 21e siècle est encore plus soumise à questions. C’est parce que nous avons profondément changé depuis l’Age de la Voile. Par rapport à nos ancêtres, nous avons des exigences plus élevées en matière de sécurité, de confort, de commodités et de propreté. Ces standards plus élevés sont difficiles à atteindre à moins que le navire ne dispose également d’un moteur diesel et d’un générateur à bord.

La renaissance du voilier

Le voilier a connu une modeste renaissance au cours de la dernière décennie, en particulier pour le transport de marchandises. En 2009, la compagnie néerlandaise Fairtransport a commencé à expédier du fret entre l’Europe et les Amériques avec le Tres Hombres, un voilier construit en 1943. La compagnie reste active aujourd’hui et dispose d’un deuxième navire en service depuis 2015, le Nordlys (construit en 1873).

Depuis, d’autres ont rejoint le secteur du transport de marchandises à voile. En 2016, la société allemande Timbercoast a commencé à expédier des marchandises avec le Avontuur, un navire construit en 1920. ¹ En 2017, la Français Blue Schooner Company a commencé à transporter du fret entre l’Europe et les Amériques avec le Gallant, un voilier construit en 1916. ² Tous ces voiliers ont été construits au 19ème ou au 20ème siècle et ont été restaurés à une date ultérieure. Cependant, une renaissance de la voile ne peut pas compter uniquement sur les navires historiques, car ils ne sont pas en nombre suffisant. ³

Le Noach, construit en 1857.

À l’heure actuelle, il y a au moins deux voiliers en développement qui sont construits de toutes pièces : le Ceiba et le EcoClipper500. Le premier est en cours de construction au Costa Rica par une société nommée Sailcargo. Il est fabriqué en bois et inspiré d’un navire finlandais du 20ème siècle. Le deuxième est conçu par une société appelée EcoClipper, qui est dirigée par l’un des fondateurs du néerlandais FairTransport, Jorne Langelaan. Leur EcoClipper500 est une réplique en acier d’un clipper néerlandais de 1857 : le Noach.

« Les vieux modèles ne sont pas nécessairement les meilleurs », dit Jorne Langelaan, « mais chaque fois qu’un design éprouvé est utilisé, on peut être sûr de ses performances ». Un nouveau design est plutôt un pari. En outre, aux 20e et 21e siècles, la technologie de navigation s’est développée pour les voiliers rapides, ce qui est une tout autre histoire que les navires qui doivent pouvoir transporter des marchandises.

Des voiliers plus économiques

Ces deux navires – l’un en construction et l’autre en phase de conception – ont le potentiel de rendre le transport à la voile beaucoup plus économique qu’il ne l’est aujourd’hui. C’est parce qu’ils ont une capacité de chargement beaucoup plus grande que les voiliers actuellement en service. À mesure qu’un navire s’allonge, sa capacité de chargement augmente plus que proportionnellement.

Le EcoClipper500 est une réplique grandeur nature du Noach.

Le Ceiba (46 mètres de long), est propulsé par 580 m² de voiles et transporte 250 tonnes de fret. Le EcoClipper500 (60 mètres) est lui propulsé par près de 1 000 m² de voiles et transporte 500 tonnes de marchandises. À titre de comparaison, le Tres Hombres n’est pas beaucoup plus court, avec 32 mètres, mais il n’accepte que 40 tonnes de marchandises – douze fois moins que le EcoClipper500. Un plus long navire est également plus rapide et permet d’économiser de la main-d’œuvre. Le Tres Hombres a besoin d’un équipage de sept personnes, tandis que le EcoClipper500 n’a qu’un équipage légèrement plus grand de douze personnes.

Analyse de cycle de vie d’un voilier

Bien que le EcoClipper500 ne soit encore que dans sa phase de conception, il sera au centre de cet article. C’est parce que l’entreprise a réalisé une analyse de cycle de vie du navire avant de le construire. Pour autant que je sache, c’est la première analyse de cycle de vie d’un voilier jamais réalisée. L’étude révèle qu’il faut environ 1200 tonnes de carbone pour construire le navire.

La moitié de ces émissions sont générées pendant la production de l’acier et environ un tiers par des procédés de façonnage de l’acier et d’autres activités de chantier naval. Les peintures à base de solvants ainsi que les systèmes électriques et électroniques représentent chacun environ 5 % des émissions. Les émissions produites lors de la fabrication des voiles ne sont pas incluses parce qu’il n’existe pas de données scientifiques disponibles, mais un calcul rapide de coin de table (pour les voiles basées sur les fibres d’aramide) indique que leur contribution à l’empreinte carbone totale est très faible. ⁴

L’EcoClipper500 a une empreinte carbone de 2g de CO2 par tonne-kilomètre, cinq fois moins élevé que celle d’un porte-conteneur.

Si ces 1200 tonnes d’émissions étaient réparties sur une durée de vie estimée à 50 ans, alors l’EcoClipper500 aurait une empreinte carbone d’environ 2 grammes de CO2 par tonne-kilomètre de cargaison, conclut le chercheur Andrew Simons, qui a fait l’analyse du cycle de vie du navire. C’est environ cinq fois moins que l’empreinte carbone d’un porte-conteneurs (10 grammes de CO2/tonne-km) et trois fois moins que l’empreinte carbone d’un vraquier (6 grammes de CO2/tonne-km). ⁵

Vue vers la proue depuis la mâture sur le ‘Parma’, au mouillage. Alan Villiers, 1932-33. Le travail de Villiers décrit de façon vivante la période du début du XXe siècle pendant laquelle les voiliers de la marine marchande ou “grands navires” furent en rapide déclin.

Transporter une tonne de fret sur une distance de 8000 km (environ la distance entre les Caraïbes et les Pays-Bas) produirait ainsi 16 kg de carbone avec l’EcoClipper500, contre 80 kg sur un porte-conteneurs et 48 kg sur un vraquier. Les proportions sont similaires pour d’autres facteurs environnementaux, tels que l’appauvrissement de la couche d’ozone, écotoxicité, pollution atmosphérique, etc.

Bien que le voilier bénéficie d’un avantage convaincant, il peut ne pas être aussi grand qu’on peut l’imaginer. Tout d’abord, comme Simons l’explique, il y a une question d’échelle. Un porte-conteneurs ou un vraquier bénéficie des mêmes avantages sur l’EcoClipper500 que le EcoClipper500 jouit sur le Tres Hombres. Il peut prendre beaucoup plus de fret – en moyenne 50 000 tonnes au lieu de 500 tonnes – et il n’a besoin que d’un équipage légèrement plus important de 20 à 25 personnes. ⁶

Deuxièmement, les navires alimentés aux combustibles fossiles sont plus rapides que les voiliers, ce qui signifie qu’il faut moins de navires pour transporter une quantité donnée de marchandises sur une période donnée. Le navire d’origine sur lequel l’EcoClipper500 est basé, naviguait entre les Pays-Bas et l’Indonésie en 65 à 78 jours, tandis qu’un porte-conteneurs fait ce voyage en environ moitié de temps (en prenant le raccourci par le canal de Suez).

Construire une flotte de voiliers

Il y a deux façons de réduire davantage les émissions de carbone des voiliers par rapport aux porte-conteneurs et aux vraquiers. L’une consiste à utiliser du bois plutôt que de l’acier pour construire les navires, comme pour le Ceiba. Si l’on permet aux arbres coupés de repousser (ce que les fabricants du Ceiba ont promis), un tel navire peut même être considéré comme un puits de carbone.

Cependant, il y a une bonne raison pour laquelle le EcoClipper500 sera fabriqué en acier : l’objectif de l’entreprise n’est pas de construire seulement un navire, mais une flotte entière. Jorne Langelaan : « Il y a peu de chantiers navals capables de livrer des navires en bois de nos jours. L’acier facilite la construction d’une flotte en moins de temps. »

Un compromis possible serait une construction composite, dans laquelle un squelette en acier serait relié à une quille de bois, des planches, et un pont. Andrew Simons : « Cela réduirait de moitié l’empreinte carbone de la construction. Il pourrait également être possible de fabriquer des superstructures et certaines sections de mâts et longerons à partir de bois au lieu d’acier.

Projections d’embruns sur le pont principal du ‘Parma’. Alan Villiers, 1932-33.

A l’avenir, une autre possibilité pour réduire davantage les émissions d’un voilier par tonne-km serait de le construire encore plus grand. Bien que le EcoClipper500 ait une capacité de chargement beaucoup plus importante que les voiliers de fret actuellement en service, il est loin d’être le plus grand voilier jamais construit.

Les navires historiques tels que la Grande République (5000 tonnes), le Parme (5300 tonnes), le France II (7300 tonnes) et le Preussen (7800 tonnes) mesurent plus de 100 mètres de long et peuvent embarquer plus de dix fois la capacité de fret de l’EcoClipper500*. Langelaan rêve déjà d’un EcoClipper3000.

Passagers

La plupart des voiliers de fret traversant les océans aujourd’hui peuvent également embarquer quelques passagers. Entièrement chargé de fret, l’EcoClipper500 emmène 12 membres d’équipage, 12 passagers et 8 apprentis (passagers apprenant à naviguer). Si le pont supérieur n’est pas utilisé pour la cargaison, 28 autres apprentis peuvent s’y installer, de sorte que le navire peut accueillir jusqu’à 60 personnes à bord (avec un volume de chargement plus faible : 480 m3 au lieu de 880 m3).

L’empreinte carbone des passagers s’élève à 10g par passager-km, à comparer avec environ 100g par passager-km pour un avion.

Par conséquent, et depuis que les paquebots ont disparu, le EcoClipper500 devient également une alternative à l’avion. Selon les résultats de l’analyse du cycle de vie, l’empreinte carbone des passagers du EcoClipper500 s’élève à 10 grammes par passager-kilomètre, contre environ 100 grammes par passager-kilomètre dans un avion. Le transport d’un passager produit donc autant d’émissions de carbone que le transport d’une tonne de fret.

Moteur ou pas?

Fait important, l’analyse du cycle de vie du EcoClipper500 suppose qu’il n’y a pas de moteur diesel à bord. Sur un voilier, un moteur diesel peut servir à deux fins, qui peuvent être combinées. Tout d’abord, il permet de propulser le navire lorsqu’il n’y a pas de vent ou lorsque les voiles ne peuvent pas être utilisées, par exemple en sortant d’un port ou en y entrant. Deuxièmement, combiné à un générateur, un moteur diesel peut produire de l’électricité pour la vie quotidienne à bord du navire.

Pendant la majeure partie de l’histoire, la consommation d’énergie à bord d’un voilier n’était pas trop problématique. Il y avait du bois à brûler pour la cuisson et le chauffage, et il y avait des bougies et des lampes à huile pour l’éclairage. Il n’y avait pas de réfrigérateurs pour le stockage des aliments, pas de douches ou de machines à laver pour la toilette et la lessive, pas d’instruments électroniques pour la navigation et la communication, pas de pompes électriques en cas de fuite ou d’incendie.

Cependant, nous avons maintenant des normes plus élevées en termes de sécurité, de santé, d’hygiène, de confort thermique et de commodités. Le problème est que ces normes plus élevées sont difficiles à atteindre lorsque le navire n’a pas de moteur qui fonctionne avec des combustibles fossiles. Les systèmes de chauffage modernes, les appareils de cuisson, les chaudières à eau chaude, les réfrigérateurs, les congélateurs, l’éclairage, l’équipement de sécurité et les instruments électroniques ont tous besoin d’énergie pour fonctionner.

Membre d’équipage du ‘Parma’ avec une maquette de son navire. Alan Villiers, 1932-33.

Les voiliers modernes utilisent souvent un moteur diesel pour fournir cette énergie (et pour propulser le navire si nécessaire). Un exemple est le Avontuur de Timbercoast, qui a un moteur de 300 CV (chevaux), un générateur de 20 kW (kilowatts), et un réservoir de carburant de 2330 litres. Les grands voiliers utilisés pour la formation et les navires de croisière ont plusieurs moteurs et générateurs à bord. Par exemple, le Brig Morningster (48m) dispose d’un moteur de 450 CV et de trois générateurs d’une capacité totale de 100 kW, tandis que le Bark Europa (56m) dispose de deux moteurs de 365 CV avec trois générateurs – et brûle des centaines de litres de carburant par jour.

Selon le mode de vie des gens à bord, les émissions de carbone par passager-km peuvent équivaloir, voire surpasser, celles d’un avion.

Évidemment, les émissions de carbone et autres polluants de ces moteurs doivent être pris en compte lors du calcul de l’empreinte environnementale d’un voyage à voile. Selon le mode de vie des gens à bord, les émissions de carbone par passager-km peuvent équivaloir, voire surpasser, celles d’un avion. Dans une moindre mesure, la consommation d’électricité à bord augmente également les émissions du transport de marchandises.

La consommation d’énergie à board d’un voilier

Le EcoClipper500 n’a pas de moteur diesel à bord, ce qui est une deuxième raison pour se concentrer sur ce navire. De toute évidence, un voilier sans moteur ne peut pas poursuivre son voyage quand il n’y a pas de vent. Ceci est facilement résolu à l’ancienne : le EcoClipper500 reste là où il est jusqu’à ce que le vent revienne. Un navire sans moteur a également besoin de remorqueurs – la quasi-intégralité brûlant des combustibles fossiles – pour entrer dans les ports et en sortir. Pour le EcoClipper500, ces services de remorqueurs représentent 0,3 g/t.km de l’empreinte carbone totale de 2 g/t.km (15%).

Sans moteur diesel, le navire doit également produire toute l’énergie nécessaire à bord à partir de sources d’énergie locales, et c’est la partie la plus difficile. Les énergies renouvelables sont intermittentes et ont une faible densité d’énergie par rapport aux combustibles fossiles, ce qui signifie qu’il faut plus d’espace pour produire une quantité donnée d’énergie – ce qui est plus problématique en mer qu’à terre.

Renouvellement du calfatage sur la poupe du 'Parma'. Alan Villiers, 1932-33.

Pour rendre le EcoClipper500 autosuffisant en termes de consommation d’énergie, une première décision de conception a été d’utiliser autre chose que de l’électricité comme source d’énergie à chaque fois que possible. Ceci est particulièrement important pour la chaleur haute température, qui ne peut être fournie par des pompes à chaleur électriques. Le navire aura un poêle à granulés à bord pour assurer le chauffage des locaux, ainsi qu’un biodigesteur – jamais utilisé auparavant sur un navire – pour convertir les déchets humains et de cuisine en gaz pour la cuisson. L’isolation thermique du navire est une autre priorité.

Néanmoins, même avec le poêle à granulés et le biodigesteur (qui ont eux-mêmes besoin d’électricité pour fonctionner), et avec l’isolation thermique, la demande d’énergie sur le navire peut monter jusqu’à 50 kilowatt-heures (kWh) d’électricité par jour (consommation moyenne d’énergie de 2 kW). Il s’agit d’un scénario de « pire des cas de fonctionnement normal », lorsque le navire navigue par temps froid avec 60 personnes à bord. La consommation d’énergie sera plus faible par temps chaud et/ou lorsque moins de personnes seront embarquées. En cas d’urgence, les besoins en puissance peuvent s’élever à 8 kW, tandis que plus de 24 kWh d’énergie peuvent être nécessaires en seulement trois heures.

Hydrogénérateurs

Comment produire cette énergie ? Les panneaux solaires et les éoliennes ne sont qu’une petite partie de la solution. Produire 50 kWh d’énergie par jour nécessiterait au moins 100 mètres carrés de panneaux solaires, pour lesquels il y a peu d’espace sur un voilier de 60 m de long. La vulnérabilité aux éléments et l’ombrage par les voiles sont des problèmes additionnels. Les éoliennes peuvent être fixées dans le gréement, mais leur puissance est également limitée. Le faible potentiel de l’énergie solaire et éolienne est démontré par le voilier Avontuur mentionné précédemment. Il a un générateur de 20 kW, alimenté par le moteur diesel, mais seulement 2,1 kW de panneaux solaires et 0,8 kW d’éoliennes.

L’hydrogénérateur est la seule source d’énergie renouvelable qui peut fournir à un grand voilier suffisamment d’énergie pour l’utilisation de technologies modernes à bord.

L’hydrogénérateur est la seule source d’énergie renouvelable qui peut fournir à un grand voilier suffisamment d’énergie pour l’utilisation de technologies modernes à bord. Les hydrogénérateurs sont fixés sous la coque et fonctionnent de façon opposée à une hélice de navire. Au lieu que ce soit l’hélice qui propulse le navire, le navire fait tourner l’hélice, qui elle-même entraîne un générateur, qui a son tour produit de l’électricité. Malgré son nom et son apparence, l’hydrogénérateur est en fait une forme d’énergie éolienne : les voiles propulsent les hélices. Évidemment, cela ne fonctionne que lorsque le navire navigue assez vite.

Ferlage d’une voile sur une des vergues principales du Parma. Alan Villiers, 1932-33.

L’EcoClipper500 sera équipé de deux grands hydrogénérateurs, pour lesquels Simons a calculé la puissance à différentes vitesses, en tenant compte du fait que la traînée supplémentaire qu’ils produisent ralentit quelque peu le navire. Il conclut que l’EcoClipper500 doit naviguer à une vitesse d’au moins 7,5 nœuds pour produire suffisamment d’électricité. À cette vitesse, les hydrogénérateurs produisent environ 2000 watts de puissance, ce qui équivaut à environ 50 kWh d’électricité par jour (24 heures de navigation).

À une vitesse inférieure de 4,75 nœuds, les générateurs produisent 350 watts, c’est-à-dire 8,4 kWh d’énergie sur une période de 24 heures – seulement 1/6e de l’énergie maximale requise. D’autre part, à des vitesses plus élevées, les hydrogénérateurs produisent plus d’énergie que nécessaire. À une vitesse de près de 10 nœuds ils fournissent 120 kWh/jour, à une vitesse de 12 nœuds cela donne 182 kWh/jour – 3,5 fois plus que nécessaire.

Batteries à l’eau de mer

Selon sa vitesse surface, l’EcoClipper500 pourra naviguer à un peu plus de 16 nœuds en vitesse de pointe – soit le double de la vitesse minimale requise pour générer suffisamment de puissance. Atteindre cette vitesse sera rare, car cela nécessite une mer calme et des vents forts dans la bonne direction. Néanmoins, dans de bonnes conditions de vent, le voilier navigue facilement à une vitesse suffisante pour produire toute l’électricité nécessaire à son bord.

De bonnes conditions de vent peuvent durer des jours, en particulier sur les océans, où les vents sont plus puissants et prévisibles que sur terre. Cependant, ils ne sont pas garantis, et le navire naviguera également à des vitesses inférieures, ou se retrouvera dans des conditions de vent nul – où les hydrogénérateurs sont aussi inutiles que les panneaux solaires au milieu de la nuit.

Parce qu’il n’a pas de moteur, l’EcoClipper500 fait face à un double problème lorsqu’il n’y a pas de vent : il ne peut pas poursuivre son voyage, et il n’a pas d’énergie pour maintenir la vie à bord.

Parce qu’il n’a pas de moteur, l’EcoClipper500 fait face à un double problème lorsqu’il n’y a pas de vent : il ne peut pas poursuivre son voyage, et il n’a pas d’énergie pour maintenir la vie à son bord. Le premier problème est facilement résolu, mais le second ne l’est pas. La vie à bord continue, et il y a donc un besoin continu d’énergie. Pour ce faire, le navire a besoin de la stocker.

Pour couvrir les besoins pendant trois jours à la dérive par temps froid, un stockage d’énergie de 150 kWh serait nécessaire, sans tenir compte des pertes de charge et décharge. Cinq ou sept jours de consommation d’énergie à bord nécessiteraient de 250 à 350 kWh de stockage. Pour une utilisation d’urgence, un autre stockage d’énergie de 25 kWh serait nécessaire.

Brossage du pont du 'Parma'. Alan Villiers, 1932-33.

Le fait de ne pas avoir de moteur, de générateur et de réservoir de carburant permet d’économiser de l’espace à bord, mais cet avantage peut être rapidement perdu lorsqu’on commence à ajouter des batteries pour les hydrogénérateurs. Les batteries lithium-ion sont très compactes, mais elles ne peuvent pas être considérées comme durables et posent des risques de sécurité. C’est pourquoi Jorne Langelaan et Andrew Simons voient – très pertinemment – plus de potentiel dans les batteries à l’eau de mer, qui sont non-inflammables, non toxiques, faciles à recycler, ont une grande tolérance vis-à-vis des températures et peuvent durer plus de 15 ans. Comme le biodigesteur, elles n’ont jamais été utilisées sur un voilier auparavant.

Contrairement aux batteries lithium-ion, les batteries à l’eau de mer sont volumineuses et lourdes. Avec une capacité de stockage de 60 kg par kWh, un bloc de batteries de 150 kWh ajouterait un poids de 9 tonnes, tandis qu’une capacité de stockage de 350 kWh ajouterait 21 tonnes. Néanmoins, cela se compare favorablement à la capacité totale de chargement (500 tonnes), et les batteries peuvent servir de ballast si elles sont placées dans la partie basse de la coque du navire. Les exigences en matière d’espace ne sont pas trop problématiques non plus. Même un stockage d’énergie de 350 kWh ne nécessite que 14 à 29 m3, ce qui est faible par rapport aux 880m3 de volume de fret (1,5 à 3%).

Les émissions produites par la fabrication des hydrogénérateurs, du biodigesteur et des batteries ne sont pas incluses dans l’analyse du cycle de vie du navire car il n’y a pas de données disponibles. Toutefois, ces émissions doivent être relativement faibles. Les hydrogénérateurs ont une densité de puissance beaucoup plus élevée que les éoliennes, et donc une énergie intrinsèque relativement faible (énergie nécessaire à la fabrication des produits). Un rapide calcul de coin de table nous apprend que l’empreinte carbone des batteries à l’eau de mer de 350 kWh est d’environ 70 tonnes de CO2 (6% de l’empreinte carbone totale). ⁷

Puissance humaine

Il y a une autre source d’énergie renouvelable et de stockage d’énergie à bord de l’EcoClipper, et ce sont les êtres humains eux-mêmes. Comme le poêle à granulés et le biodigesteur, l’utilisation de l’énergie humaine pourrait réduire le besoin d’électricité. De nos jours, les cargos et la plupart des grands voiliers ont des treuils électriques ou hydrauliques, des pompes et un appareil à gouverner, économisant ainsi de la main-d’œuvre manuelle au détriment d’une consommation d’énergie plus élevée. En revanche, l’EcoClipper s’en tient autant que possible à la manutention manuelle du navire.

Equipage au cabestant du Parma, relevant l’ancre. Alan Villiers, 1932-33.

Simons et Langelaan envisagent également l’ajout de quelques « rameurs », couplés à des générateurs, pour produire de l’énergie d’urgence. Deux rameurs pourraient fournir environ 400 watts de puissance. S’ils sont exploités 24 heures sur 24 par quarts, ils pourraient fournir au navire 9,6 kWh d’énergie supplémentaires par jour (sans tenir compte des pertes d’énergie) – un cinquième de la consommation maximale totale d’électricité.

D’ailleurs, comme je l’ai dit à Simons et Langelaan, dix rameurs en action continuellement par quarts fourniraient autant de puissance que les hydrogénérateurs à une vitesse de 7,5 nœuds. S’il y a 60 personnes à bord, et que tout le monde produit de l’électricité à peine une heure par jour, aucun hydrogénérateur ni batterie ne serait nécessaire. « Une pensée très intéressante », répond Simons, « mais quelle impression donnerions-nous ? »

Douches chaudes ?

Même avec un biodigesteur, des hydrogénérateurs, des batteries et des rameurs, les passagers et l’équipage à bord de l’EcoClipper500 seraient loin de baigner dans le luxe, et ce serait peut-être trop peu confortable pour certains. Par exemple, si 60 personnes à bord du navire prennent une douche chaude quotidienne – qui nécessite en moyenne 2,1 kilowattheures d’énergie et 76,5 litres d’eau sur terre – la consommation totale d’électricité par jour serait de 126 kWh, soit plus du double de l’énergie produite par le navire à une vitesse de 7,5 nœuds.

Le navire pourrait fournir cette énergie à une vitesse de navigation plus élevée, mais il y aurait également un besoin de 4590 litres d’eau par jour, une quantité qui ne pourrait être produite qu’à partir d’eau de mer – un processus qui nécessite beaucoup d’énergie. Même un équipage de 12 personnes prenant une douche chaude quotidienne aurait besoin de 25,2 kWh d’énergie par jour, soit la moitié de ce que les hydrogénérateurs produisent à une vitesse de navigation de 7,5 nœuds. Le Bark Europa est le seul voilier mentionné dans cet article qui a des douches chaudes dans chaque cabine (partagée), mais c’est aussi le navire avec les plus gros générateurs et la plus forte consommation de carburant.

En tête de gaillard avant sur le Parma par beau temps. Image de Alan Villiers, 1932.

Andrew Simons : « Sur l’EcoClipper500, il doit y avoir un compromis raisonnable entre la consommation d’énergie et le confort. La consommation d’énergie à bord devra être activement gérée. Les ressources sont limitées, tout comme pour la planète. À bien des égards, le navire est un microcosme de défis auxquels le monde entier doit faire face et trouver des solutions.

Jorne Langelaan: « En mer, vous êtes dans un monde différent. Il importe peu si vous pouvez prendre une douche quotidienne ou non. Ce qui compte, ce sont les gens, les mouvements du navire, et le vaste désert de l’océan autour de vous ».

Utiliser les bonnes mesures

Cet article a jusqu’à présent comparé le voilier EcoClipper500 avec porte-conteneur, vraquier et avion moyens en termes d’émissions par tonne ou passager-kilomètre. Toutefois, ces valeurs sont des abstractions qui voilent des informations beaucoup plus importantes : les émissions totales produites par tous les passagers et toutes les cargaisons, sur tous les kilomètres.

Le commerce international de fret maritime est passé de 4 milliards de tonnes de cargo en 1990 à 11,2 milliards de tonnes en 2019, ce qui a entraîné plus de 1 milliard de tonnes d’émissions. Le nombre de passagers aériens internationaux est passé de 1 milliard en 1990 à 4,5 milliards en 2019, ce qui a entraîné 915 millions de tonnes d’émissions. Par conséquent, la réduction des émissions par tonne et par passager-kilomètre n’est ni une nécessité ni une garantie pour réduire les émissions totales.

Si nous divisons par plus de cinq le trafic international de fret et par plus de dix le trafic de passagers, les émissions de tous les porte-conteneurs et avions seraient inférieures aux émissions de tous les voiliers transportant 11,2 milliards de tonnes de fret et 4,5 milliards de passagers. Inversement, si nous passons aux voiliers, mais que nous continuons à transporter de plus en plus de marchandises et de passagers à travers la planète, nous finirons par produire autant d’émissions qu’aujourd’hui avec le transport alimenté par des combustibles fossiles.

Le mât de misaine 'Grace Harwar'; vue vers l’arrière depuis les barres de mât principales. Alan Villiers, 1932-33.

Bien sûr, rien de tout cela n’arrivera jamais. La quantité de fret échangée à travers les océans en 2019 équivaut à la capacité de fret de 22,4 millions EcoClippers. En supposant que le EcoClipper500 peut faire 2-3 voyages par an, nous aurions besoin de construire et d’exploiter au moins 7,5 millions de navires, avec un équipage total d’au moins 90 millions de personnes. Ces navires ne pourraient embarquer que 0,5 milliard de passagers (12 passagers et 8 stagiaires par navire), nous aurions donc besoin de millions de navires et de membres d’équipage supplémentaires pour remplacer le trafic aérien international.

Nous ne devrions pas nous laisser berner par des mesures relatives abstraites, qui ne servent qu’à maintenir l’accent sur la croissance et l’efficacité.

Tout cela est techniquement possible et, comme nous l’avons vu, cela produirait moins d’émissions que les alternatives actuelles. Toutefois, il est plus probable qu’un passage aux voiliers s’accompagne d’une diminution du trafic de fret et de passagers, et cela est en lien direct avec la vitesse et l’échelle des choses. Beaucoup de marchandises et de passagers ne voyageraient pas sans les vitesses élevées et les faibles coûts des avions et des porte-conteneurs d’aujourd’hui.

Il serait peu logique de transporter des pièces d’iPhone, des marchandises Amazon, des vêtements d’ateliers de misère, ou des voyageurs intensifs avec des voiliers. Un voilier est plus qu’un moyen de transport technique : il implique une autre vision de la consommation, de la production, du temps, de l’espace, des loisirs et des voyages. Par exemple, beaucoup de marchandises se déplace maintenant dans des endroits différents pour chaque étape de traitement avant d’être livré comme produit terminé. En revanche, toutes les compagnies de fret maritime mentionnées dans cet article ne transportent que des marchandises qui ne peuvent pas être produites localement, et qui font un voyage du producteur au consommateur. ⁸

Cela signifie également que même si les voiliers ont des moteurs diesel à bord, ils entraîneraient toujours une diminution significative des émissions totales pour le trafic de fret et de passagers, simplement parce qu’ils réduiraient le nombre absolu de passagers, de marchandises et de kilomètres. Nous ne devrions pas nous laisser berner par des mesures relatives abstraites, qui ne servent qu’à maintenir l’accent sur la croissance et l’efficacité.

Cette traduction a également été publiée sur Changement climatique et énergie.
En savoir plus sur EcoClipper500. La plupart des images: Alan Villiers collection.

Entre 1978 et 2004, l’Avontuur a été exploité comme voilier cargo sous le Commandement de Paul Wahlen. L’Apollonia, construit en 1946, est un autre voilier cargo en service depuis 2014. Il a une longueur de 19,5 mètres et peut transporter 10 tonnes de marchandises. ↩︎
Très récemment, Grain de Sail a été construit et lancé pour le transport transatlantique de vin et de cacao. C’est un voilier moderne sans moteur, construit en aluminium, et pouvant emporter 35 tonnes de fret. ↩︎
Andrew Simons: « Il y a beaucoup de voiliers historiques, mais ils sont soit très coûteux à mettre en service en tant que voilier cargo conforme à la réglementation – car ils sont encore utilisés à d’autres fins – soit ils ne conviennent pas. » ↩︎
Malheureusement le coin de table a disparu (NdT : la note a plus de sens en Anglais, langue original de l’article, car l’expression veut qu’on fasse le calcul “au dos d’une enveloppe” et la note dit que “l’enveloppe a malheureusement disparu). ↩︎
Dans le case de EcoClipper, la plupart des émissions sont produites durant la construction du navire, alors que dans les cas des vraquiers et porte-conteneurs, elles sont principalement produites durant l’opération du navire et la production du carburant. ↩︎
Les plus grand porte-conteneurs peuvent aujourd’hui embarquer 190000 tonnes de marchandises. ↩︎
Il n’y a pas beaucoup de données disponibles sur les batteries à l’eau de mer, mais elles sont moins exigeantes en énergie lors de la fabrication que beaucoup d’autres types de batteries. Le calcul est basé sur une estimation de capacité de stockage de 66 kg CO2/kWh et de trois générations de batteries sur une période de 50 ans. ↩︎
Presque un tiers de toute la marchandise transportée sont des carburants fossiles. ↩︎