Une coulée pas comme les autres. Le fabricant de produits en alliage Constellium a coulé, mi-juillet, sa première plaque en aluminium par combustion d'hydrogène, depuis son centre de recherche à Voreppe (Isère). Au total, l’opération a consommé 20 kilogrammes d’hydrogène par tonne d’aluminium. Fabriquée à partir de chutes métalliques, la plaque de 12 tonnes doit être transformée sur le site de Neuf-Brisach (Haut-Rhin) pour être utilisée dans des véhicules électriques.
Encore en phase de développement, le système vise à alimenter les brûleurs d’une partie des fours de la multinationale en hydrogène vert – un gaz produit en utilisant de l’électricité renouvelable. Objectif : réduire les émissions de gaz à effet de serre de ses lignes de recyclage en se passant du gaz naturel utilisé jusque-là.
Car pour recycler portières, canettes et chutes industrielles en plaques ou cylindres d’aluminium, la multinationale consomme entre 60 et 80 mètres cube de gaz naturel par tonne fondue. Or, sa combustion est une source importante de gaz à effet de serre. «Au total, la fonderie représente à elle seule 50% de nos émissions directes, le reste étant lié aux opérations de transformation avales, comme le retraitement thermique par exemple», explique Sylvain Henry, directeur du site de Voreppe de Constellium.
Le passage à l’électrique plus compliqué
Pour réduire leurs émissions, les fonderies peuvent se tourner vers des fours électriques – dans le cas d’un accès à une électricité décarbonée. Hélas, la conversion des fours à gaz naturel en fours électriques n’a rien d’une sinécure. «Les technologies utilisées sont bien trop différentes. Nous sommes obligés de raser puis de reconstruire un nouveau four, avance Sylvain Henry. Nous optons pour ce type de four presque uniquement à l’ouverture de nouveaux sites industriels. »
Principal avantage de l’utilisation de l’hydrogène : il permet, lui, de facilement convertir les fours à gaz naturel. «Il suffit de remplacer les brûleurs dans le four, de changer l’alimentation en gaz et de modifier le paramétrage des automates», résume Pierre-Yves Menet, chef du groupe fonderie du centre de recherche de Constellium à Voreppe. L’opération prendrait ainsi au minimum entre 5 et 6 semaines, contre 6 mois pour le remplacement par un four électrique – avec autant de temps d’interruption de production. Côté investissement, la facture de la conversion d’un four à gaz naturel serait dix fois inférieure à l’installation d’un four électrique.
Risques de fuites et d’explosion
Risque accru d’explosion, de fuites, d’incendie… La plus petite molécule du tableau périodique donne toutefois du fil à retordre à la sécurité du site. Plus inflammable que le gaz naturel, elle s’échappe également plus aisément. Sans odeur ni couleur, l’hydrogène complique, en sus, la détection de fuites.
Le test du centre de recherche de Voreppe a ainsi permis à l’industriel de développer un système de sécurité plus drastique pour réduire les risques de fuite du nouveau combustible. «On a installé une panoplie supplémentaire de capteurs, de systèmes d’extraction et de détection pour sécuriser l’alimentation en gaz vers le four», explique Sylvain Henry.
Ne pas perdre de qualité de l’aluminium
D’autre part, l’atmosphère au-dessus du bain liquide est essentiellement composée d’eau dans le cas d’une combustion à l’hydrogène – pour le gaz naturel, les produits de combustion comportent en plus du dioxyde de carbone. Les chercheurs craignaient donc de voir l’aluminium liquide absorber une trop grande quantité d’hydrogène contenu dans l'eau. En excès, celui-ci peut alors générer des porosités dans la plaque d’aluminium lors de la phase de solidification. «En clair, le métal mousse : pour des tôles à destination d'automobiles ou d'avions, ça ne passe pas», résume Pierre-Yves Menet.
Autre casse-tête : comment refondre l’aluminium à l’hydrogène sans brûler le métal ? «La température d’une flamme à l’hydrogène est supérieure à celle d’une flamme au gaz naturel. Le risque est donc de trop oxyder le métal. Or, si on brûle du métal, on le perd et ça coûte cher, pointe Pierre-Yves Menet. On a donc dû trouver un nouveau paramétrage d’implantation des brûleurs.»
Hydrogène encore onéreux
L’entreprise espère déployer le système dans ses usines situées à proximité de futurs sites de production d’hydrogène bas-carbone. Premier marché visé : les États-Unis, où les projets de production d'hydrogène foisonnent et où Constellium possède plusieurs sites industriels. «Nous voulons être prêts le jour où l’hydrogène vert sera disponible en masse sur le marché à un prix intéressant», résume Sylvain Henry.
Car celui-ci reste encore loin d’être bon marché. Les chercheurs ont donc opté pour un comburant 100% à l’oxygène. «D’habitude, on capte l’air directement à l’extérieur du bâtiment en guise de comburant. Mais vu le prix de l’hydrogène, on cherche une combustion maximale de l’hydrogène utilisé. Nous faisons donc entrer par les tuyaux de l'oxygène pour obtenir une combustion hydrogène-oxygène pur, qui est mécaniquement plus efficace qu’un mélange hydrogène-air», explique Pierre-Yves Menet.
Constellium n’est pas le premier producteur de plaques d’aluminium à recycler le métal par combustion d’hydrogène. Le norvégien Norsk Hydro a produit, en juin 2023, le premier lot d'aluminium à l’échelle industrielle au monde en utilisant de l'hydrogène vert, depuis son usine d’extrusion de Navarre en Espagne. Le même mois, le spécialiste américain Novelis s'est également lancé dans la course : son usine de Latchford, au Royaume-Uni, a reçu 4,6 millions de livres sterling (5,5 millions d’euros) d’aide du gouvernement britannique afin de lancer ses essais du nouveau combustible.
