Thèse soutenue

Analyse environnementale de l'utilisation de biomasse pour la production de tuyaux en fonte

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Gaël Fick
Direction : Fabrice PatissonOlivier Mirgaux
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des matériaux
Date : Soutenance le 09/07/2013
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
Jury : Président / Présidente : Eric Gaffet
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Seiler
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Louis Dirion, Frédéric Marias

Mots clés

FR  |  
EN

Résumé

FR  |  
EN

Les émissions élevées de CO2 de la filière industrielle de fabrication des tuyaux en fonte résultent pour l'essentiel de l'emploi massif de carbone fossile, charbon et coke, comme combustible et agent réducteur dans les procédés. Substituer du carbone issu de biomasse au carbone fossile en vue de réduire ces émissions de CO2, avec application au cas d'une usine lorraine, a été l'idée de départ de ce travail. Différents types de biomasse ont été envisagés. Le bois et la paille seraient localement disponibles en quantité suffisante pour autoriser une substitution partielle de 20 % du coke. Cette biomasse doit cependant être traitée thermiquement (séchage et pyrolyse) avant de satisfaire les spécifications techniques imposées par les procédés métallurgiques (agglomération, cokerie, haut fourneau). Six scénarios d'usage de la biomasse au haut fourneau ou à l'agglomération ont été sélectionnés. Pour les évaluer sur la base de leur mérite environnemental, nous avons réalisé une analyse de cycle de vie comparative en suivant une approche du type berceau à la porte. Point original de notre étude, l'inventaire de cycle de vie est issu de modèles systémiques des principaux procédés, spécifiquement développés et intégrés à un logiciel de diagrammes de flux. Grâce à ces modèles et notamment celui du haut fourneau, on a pu déterminer les taux de remplacement du coke par trois types de biomasse (charbon de bois en blocs, charbon de bois pulvérisé, bois torréfié pulvérisé) et prédire les modifications de fonctionnement qu'entrainerait l'injection de biomasse. Les résultats de l'analyse de cycle de vie montrent que l'injection de bois, carbonisé ou torréfié, sous forme pulvérisée aux tuyères du haut fourneau serait une solution intéressante d'un point de vue environnemental : baisse des émissions de gaz à effet de serre (-15 %) et des impacts sur la santé humaine et sur les écosystèmes. A l'heure actuelle cependant, le coût économique d'une telle solution demeure excessif