Dans la plus grosse aciérie d'Europe, Thyssenkrupp fait face aux affres de la décarbonation de l’acier allemand

La plus grande usine d’acier d’Europe, celle de Thyssenkrupp à Duisbourg, débute une transformation inédite. Au nord du site qui s’étend sur 10 kilomètres carrés au bord du Rhin, une dizaine d’engins de chantier posent des dalles de béton fumant dans une zone tout juste terrassée. En toile de fond se détachent des pylônes électriques, une cimenterie et un port de chargement de charbon sur rail.

Ces alentours donnent au chantier en cours un air modeste. Non loin, une maquette de l’usine à venir permet à Roswitha Becker de remettre les idées en place des visiteurs. «Le nouveau site s’étend sur un carré d’à peu près 500 mètres de côté, il comprend 60 bâtiments dont une tour de réduction directe de 140 mètres de haut et deux fonderies [des fours électriques à électrodes imergées]», décrit l’ingénieure en matériaux. Après 25 ans dans la sidérurgie, cette dernière a pris le poste de chargée de communication sur la stratégie climat de Thyssenkrupp dans l’espoir de montrer à tous «le futur de l’industrie de l’acier». Une fois terminé fin 2026, ce nouveau complexe doit permettre au géant allemand de produire 2,3 millions de tonnes d’acier primaire par an sans utiliser de charbon.

2,5% des émissions allemandes

Tout un symbole. Duisbourg est au cœur de la Ruhr, cette région du nord-ouest de l’Allemagne dont la réussite industrielle est fondée sur la production d’acier et le commerce de ses produits : des canons aux carrosseries automobiles. Ce modèle, basé sur le charbon – ingrédient indispensable pour transformer le minerai de fer en fonte et longtemps exploité sur place (la dernière mine de houille d’Allemagne a fermé fin 2018) – est aujourd’hui remis en question par l’urgence climatique. A lui seul, le site de Duisbourg émet de l’ordre de 20 millions de tonnes de CO2, soit environ 2,5% des émissions de l’Allemagne. Un chiffre dont les hauts fourneaux, qui ont produit 10 millions de tonnes de métal liquide en 2023 sont responsables à 85% !

ThyssenKrupp ThyssenKrupp (Come SITTLER)

Au nord du site, des camions préparent le terrain pour le futur complexe d'acier vert.

Tous les indices

Devant la vue imprenable sur le chapelet d’usines sidérurgiques, de sites chimiques et de centrales thermiques de la région qu’offre la salle de réception de Thyssenkrupp, Matthias Weinberg se veut philosophe. «Diminuer l’utilisation de charbon dans l’acier est une ancienne tradition : certains livres dans mon bureau ont 500 ans et en parlent déjà. Aujourd’hui la sidérurgie s’approche de son efficacité maximum. Alors que la seule frontière par le passé était l’argent, elle se couple aujourd’hui avec les certificats carbone qui nous imposent de limiter les émissions de CO2», narre le directeur du Centre de compétence métallurgique de Thyssenkrupp, qui est chargé des nouveaux procédés de production d’acier dans le groupe.

En Europe, l’épuisement des quotas d’émissions de CO2 gratuits pour l’industrie lourde d’ici 2034 et l’instauration d’un mécanisme d’ajustement carbone aux frontières, pensé pour protéger les productions domestiques bas-carbone de la concurrence de produits plus émissifs importés, ouvrent, en théorie, une fenêtre d’opportunité.

Du charbon à l'hydrogène...

La saisir impose de lourds changements. Dans les hauts-fourneaux, le charbon est indispensable. Il apporte l’énergie nécessaire pour liquéfier la matière et séparer les impuretés du métal, mais sert aussi d’agent chimique pour “réduire” le minerai – l’opération consistant à arracher l’oxygène accroché aux atomes de fer, à l’origine du dioxyde de carbone – et d’ossature, dégageant les interstices au sein desquels les gaz générés par la réaction peuvent remonter, mime Matthias Weinberg, aidé d’un verre d’eau comme modèle réduit.

L'usine de Thyssenkrupp à Duisburg (Rhénanie-du-Nord-Westphalie) émet autour de 2,5% des émissions de CO2 allemandes.

Résultat : impossible de ne faire que remplacer le charbon par de l’hydrogène, qui a aussi la capacité à réduire le minerai en ne produisant que… de l’eau. D’où le choix de Thyssenkrupp de séparer le procédé en deux étapes distinctes. D’un côté réduire le minerai de fer en utilisant du gaz naturel, de l’hydrogène ou un mix des deux au sein d’un réacteur de réduction directe qui produit du fer “préréduit” (ou DRI). De l’autre des fours à électrodes imergées (ou fonderies électriques) pour en faire du fer liquide. Ce dernier pourra ensuite être transformé en divers types d’aciers dans les convertisseurs que l’usine possède déjà [voir encadré].

Ce plan, dont la construction débute, va coûter trois milliards d’euros, dont pas moins de deux milliards de subventions de la part du gouvernement allemand et de la région de Rhénanie du Nord-Westphalie, annonçait le ministre de l’Economie et du Climat Robert Habeck le 5 juin dernier. Depuis un an, l’homme fort des Verts allemands a pris le sujet de la décarbonation des hauts-fourneaux, qui représentent 70% de l’acier produit en Allemagne, à bras le corps.

Une fois passé par un réacteur de réduction directe, les boulettes de minerai oxydé perdent leur couleur rouge au profit d'un gris argenté.

Les aides publiques pleuvent. Salzgitter, en Basse-Saxe, a obtenu de l’ordre d’un milliard d’euros en mai 2023 pour lancer la construction d’une première usine de réduction directe, qui doit commencer à produire fin 2026. Ont suivi Thyssenkrupp à Duisburg, puis le groupe Stahl-Holding-Saar (SHS), dans la Sarre – qui a obtenu 2,6 milliards en décembre pour installer une usine de DRI et deux fours électriques à arc –, et enfin ArcelorMittal – qui a obtenu début mars 1,3 milliards d’euros pour ses usines à Brême (où sera installé un DRI) et Eisenhüttenstadt.

...Et au gaz naturel

«Tous ces plans de réacteurs de réduction directe entraînent d’importants investissements mais surtout des besoins en hydrogène vert, donc en électricité. Le gouvernement allemand les encourage avec des subventions et aussi des contrats pour différence pour les coûts opérationnels», détaille Kathy Reimann, responsable de programme transformation industrielle au sein du think-tank berlinois Agora Industry. Les sommes accordées à Thyssenkrupp, notamment, incluent déjà 1,45 milliard de paiements conditionnels pour subventionner durant dix ans les achats d’hydrogène décarboné du groupe. D’autres subsides devraient suivre, puisque l’Allemagne prévoit d’affecter des milliards dans ce type de dispositifs de soutien à l’hydrogène.

Des sommes à l’échelle des besoins, immenses. Sans compter les nouveaux fours, ni les aciéries existantes, «il faudra 143 000 tonnes d’hydrogène pour alimenter notre premier réacteur de réduction directe et dans le monde de l’hydrogène, la tonne n’est pas la bonne unité», sourit Matthias Weinberg. L’entreprise allemande a lancé un appel d’offres sur le sujet début 2024. Elle estime que produire cet hydrogène nécessite la production électrique de 800 éoliennes, et compte se brancher sur le réseau d’hydrogénoducs en construction en Allemagne.

L'usine compte de nombreuses installations de traitement du charbon, comme cette tour de refroidissement en fin de cokerie.

Face au risque d’absence de capacités d’électrolyse et d’électricité en quantité suffisantes, ou à des prix abordables, Thyssenkrupp prévoit d’ailleurs, comme ses concurrents, d’utiliser une proportion inconnue de gaz naturel dans un premier temps. Il compte aussi sur l’hydrogène bleu qui sera produit par craquage de gaz naturel avec stockage du CO2 du côté de la mer du Nord. Selon Agora Industry, produire une tonne d’acier avec du charbon émet en moyenne 1,7 tonne de CO2, contre 500 kilos avec du gaz naturel et 100 kilos avec de l’hydrogène issue d’électrolyse.

La question du prix de l’hydrogène vert, qui dépend directement des prix de l’électricité, est cruciale. «Au cours de l’année dernière, l’attitude globale a un peu changé et les industriels ont commencé à comprendre que l’hydrogène restera cher en Allemagne», raconte Kathy Reimann. Dépendants d’une multitude de facteurs, les calculs des prix de l’acier restent incertains. Mais fin 2022, Agora estimait que produire de l’acier avec de l’hydrogène coûterait de l’ordre de 750 euros contre moins de 600 pour une tonne d’acier classique (en comptant le prix de quotas carbones à 100 euros), en grande partie en raison du prix de l’hydrogène. Un calcul qui peut être «un peu trop optimiste» souligne l’experte aujourd’hui en pointant que le prix de l’hydrogène vert était estimé «autour de 3,5 € le kilo alors qu’on entend qu’il pourrait être bien plus élevé». Certaines études parlent de 6 à 8 € le kilo !

Vers des importations de minerai préréduit ?

Sans remettre en cause la vague de projets annoncés, cette nouvelle donne accentue les incertitudes qui pèsent sur le futur de la sidérurgie allemande. Aux surcapacités chroniques d’un marché européen très sensible aux importations se sont ajoutés l’atonie allemande de la demande de voitures et de machines, la fermeture des vannes du gaz russe, et l’inflation des coûts d’investissement parmi les maux qui pèsent sur le secteur.

Au bord du Rhin, Thyssenkrupp importe son charbon métallurgique par bateau depuis les quatre coins du monde.

Un contexte difficile, alors que la branche acier de Thyssenkrupp – un vaste conflomérat qui produit des composants automobiles, des usines de ciment ou des électrolyseurs – est régulièrement déficitaire. Au point que le groupe, qui est en négociations avec le magnat tchèque Daniel Kretinsky pour vendre (ou donner, selon certains analystes) une partie de son activité acier, a revu par deux fois la valeur de cette branche dans les derniers mois, allant jusqu’à inscrire une dépréciation de 2,1 milliards d’euros dans ses comptes en novembre.

Pour limiter les coûts de la transition, l’une des idées dans l’air est d’importer du minerai de fer préreduit ailleurs dans le monde. Agora Industry, par exemple, pointe que cette option permet de s’appuyer sur des pays mieux dotés en énergies renouvelables, comme le Brésil, l’Australie ou la Namibie (où un projet de DRI de trois entreprises allemandes CO2Grab, TS Elino and LSF, est soutenu par Berlin), tout en gardant l’aval de la production et plus de 90% des emplois sur place.

Encore des incertitudes

Une option que n’exclut pas Thyssenkrupp. «Le haut fourneau est un symbole mais pour produire de l’acier, il est possible d’importer des boulettes ou des briquettes (HBI). C’est lors de la fabrication de l’acier et des brâmes, qui se souviennent de leur histoire, que débute la qualité», explique Matthias Weinberg. Lui met surtout en avant le risque de désindustrialisation. «Nous serons incapables d’acheter assez de crédits carbones tout en restant compétitifs. Sans réglementation pour pouvoir produire de l’acier vert abordable, nous n’auront pas de business-model», s’alarme-t-il en pointant que Thyssenkrupp a les poches vides pour de futurs investissements (pour lesquels il reste ouvert à toutes les directions technologiques).

Parc Landschaftspark Parc Landschaftspark (Come SITTLER)

Dans le landschaftspark de Duisbourg, des hauts-fourneaux désaffectés sont devenus un lieu de promenade

«Thyssenkrupp est à la base de notre industrie de haute technologie locale» ajoute-t-il pour accentuer le risque que ferait peser sa disparition pour toute l’industrie allemande. Dzenan Kurspahic, directeur général du Conseil général des travailleurs de Thyssenkrupp Steel et membre du très puissant syndicat IG Metall, tient le même discours et soutient la construction d’un premier réacteur de DRI. «Il n’y a pas d’alternatives à la transition de l’acier allemand, mais nous nous battons pour que personne ne perde son emploi dans le processus» défend-il inquiet au sujet de l'option des importations, vues comme «la première étape vers la fin de l’acier en Allemagne». «Nous voulons des emplois industriels : il n’y a pas besoin de 13 000 coiffeurs à Duisburg», ajoute le syndicaliste. Le futur de l'acier allemand commence à peine à se construire.

Le pari de Thyssenkrupp pour faire de l'acier vert avec tout type de minerai

Spécialisée depuis des décennies dans l'acier haut de gamme (résistant aux chocs et à la corrosion, léger ou dédié aux carrosseries extérieures dans l’automobile) en raison de ses coûts élevés, l'Europe ne peut se permettre de perdre en qualité. C’est par ce constat que Matthias Weinberg commence ses explications autour du procédé, long et complexe, de production d’acier vert que développe Thyssenkrupp.

À l’instar de ses concurrents, il mise sur un réacteur de réduction directe (DRI). Mais là où la plupart de ses compétiteurs (dont ArcelorMittal à Dunkerque) prévoient d’enfourner ce dernier dans des fours à arc électriques, où il sera mélangé avec de la ferraille de recyclage pour produire de l’acier liquide, le groupe allemand a fait un choix différent. «Il est difficile de faire toutes les qualités que recherchent les clients avec les fours à arc électrique. Nous allons installer des fonderies (ou fours à électrodes immergées) pour produire du fer liquide, qui sera ensuite raffiné en acier dans les convertisseurs [qui insufflent de l’oxygène dans la fonte de haut fourneau pour en diminuer le taux de carbone et retirer les impuretés] que nous utilisons déjà aujourd’hui», décrit l’ingénieur métallurgique.

Un choix qui permet d’incorporer davantage de ferraille, et du minerai de moindre qualité. Alors que le minerai traité dans les fours à arc électrique doit avoir des teneurs élevées en fer (autour de 67%), «les fonderies fonctionnent en continu et peuvent produire du laitier [l’agrégat d’oxydes issu de la fusion des minéraux qui composent la gangue du minerai de fer], ce qui permet d’utiliser du minerai qui a des teneurs plus faibles et plus d’impuretés », vante Matthias Weinberg. La majorité des sidérurgistes ont préféré la simplicité des fours à arc électrique, qui existent déjà à la bonne échelle, et assurent que cela n’affecte pas la qualité. Thyssenkrupp doit maintenant faire les preuves de la pertinence de ce choix technologique.

Crédits photos : Côme Sittler