L’alliance de quatre vieux briscards pour inventer le captage de CO2 pour l’aluminium en France

Développer une technologie de captage de CO2 capable de réduire de moitié les émissions de l’aluminium français : c’est pour s’attaquer à cette tâche difficile qu’Aluminium Dunkerque, Trimet, Fives et Rio Tinto ont formé un projet de consortium, dont l’objectif est de réduire au plus vite l’empreinte carbone de ce métal star de la transition énergétique.

Nathan Mann

Publié le 12 octobre 2023 à 06h30

Réservé aux abonnés

gaz aluminium — Le gaz produit par l'aluminium est trop peu chargé en CO2 pour être directement traité par des méthodes conventionnelles.

La France peut-elle encore s’illustrer dans les technologies de l’aluminium ? C’est en tous cas l’ambition d’un projet de consortium industriel, dont les détails ne sont pas encore finalisés mais qui rassemble quatre acteurs de premier plan. Sa réunion rappellera des souvenirs aux nostalgiques de Pechiney. D’une manière ou d’une autre, tous sont les héritiers de cet ancien fleuron français de l’aluminium, longtemps réputé mondialement pour ses technologies.

Les métallurgistes Aluminium Dunkerque et Trimet, d’abord, opèrent deux usines de production d’aluminium primaire issues de Pechiney, dans les Hauts-de-France pour le premier et en Savoie pour le second. Le fabricant d’équipements industriels Fives, ensuite, fournit des équipements pour la production d’aluminium primaire depuis plus de 70 ans, et s’est renforcé sur le secteur avec le rachat de la pépite ECL à Rio Tinto, en 2015. Ce géant anglo-australien des mines, enfin, avait récupéré la plupart des actifs de Pechiney via le rachat d’Alcan en 2007. S’il en a revendu la plus grande partie depuis, Rio Tinto conserve une petite activité d’ingénierie spécialisée dans les cuves de production d’aluminium en France, à Voreppe (Isère).

Capter la moitié des émissions de l’aluminium français

Depuis deux ans, ces quatre groupes ont mené différentes études pour mettre sur pied une solution de captage de carbone adaptée à la production d’aluminium, particulièrement rétive à ces technologies. L'ambition est de parvenir à un déploiement industriel en France à partir de 2028. «Notre objectif, c’est de pouvoir réduire de moitié les émissions de CO2 de l’aluminium à horizon 2030, dans le cadre d’une installation sur le site d’Aluminium Dunkerque, ainsi que d’une autre potentielle chez Trimet», dévoile à L’Usine Nouvelle Sébastien Gauguier, président de la division aluminium du groupe Fives. Métal léger, facile à mettre en forme et recyclable, l’aluminium est plébiscité par l’industrie pour fabriquer des emballages, alléger des véhicules ou même transmettre de l’électricité. Mais selon l’Agence internationale de l’énergie, les émissions directes de la production d’aluminium ont atteint 270 millions de tonnes de dioxyde de carbone (le principal gaz responsable du réchauffement climatique) en 2022.

«Produire une tonne d’aluminium nécessite en moyenne 16 tonnes de CO2. En France, l’électricité très peu carbonée (qui vient du nucléaire pour Aluminium Dunkerque, et de l’hydroélectricité pour Trimet) porte ce chiffre à 4 tonnes», chiffre Sébastien Gauguier. Le marché souhaite désormais davantage, explique l’industriel, en citant l’essor du véhicule électrique ainsi que le nouveau mécanisme d’ajustement carbone aux frontières, qui devrait favoriser la hausse de la demande d'aluminium avec très peu de CO2 en Europe.

Tous les indices

Pour les porteurs du consortium, le captage et stockage de carbone – dont le principe consiste à intercepter les molécules nocives directement à la sortie des usines – est donc une solution au moins temporaire [voir encadré]. Mais il s’agit aussi d’un vrai défi. Aujourd’hui, le captage de carbone industriel n’a pas prouvé sa maturité technologique. Or l’aluminium est un cas particulièrement complexe. Ce métal léger est produit au sein de cuves d'électrolyse : de larges bains de magma à 900°C, parcourus par un fort courant électrique qui vient dissocier l'alumine (un oxyde d'aluminium) afin d'obtenir du métal pur. Une activité énergivore, mais dont le principal facteur d’émissions directes vient de l’utilisation, dans les cuves d’électrolyses, d’anodes en carbone qui se consument et génèrent du CO2 au fur et à mesure de la production de métal. Problème : les fumées des alumineries sont très peu concentrées en CO2 et contiennent des polluants fluorés et soufrés, ce qui rend très difficile d’y capturer le dioxyde de carbone.

Des systèmes directement intégrés au sein des cuves

Comment faire alors ? Fives veut capitaliser sur son expérience, à la fois dans le traitement des gaz d’aluminium et dans la gestion des cuves où a lieu l’électrolyse, pour proposer une solution originale. «Nous fabriquons déjà des systèmes qui permettent de changer les anodes dans les cuves, ce qui a lieu toutes les quatre semaines environ. Concrètement, les anodes sont de gros blocs de carbone partiellement immergés dans un bain d’alumine recouvert d’une croute qu’il faut casser lors des changements d'anodes», décrit Sébastien Gauguier. «Notre objectif est de venir au plus proche de cette source d’émission de CO2 », explique-t-il en décrivant un système qui viendrait directement récupérer les fumées au sein des cuves.

Le consortium espère obtenir ainsi des fumées plus chargées en CO2, atteignant un taux de concentration compris entre 3 et 5% (contre une moyenne plutôt proche de 1% une fois le CO2 dilué dans le système qui sert à récupérer l'air et les poussières des cuves) Un circuit dédié viendrait traiter ces fumées, pour en retirer les polluants d’abord (notamment les Sox), puis le CO2 ensuite, via des technologies éprouvées à base d’amines. Des composés organiques qui, lorsqu’ils sont bien choisis, réagissent avec le CO2. «Nous avons mené une étude de préfaisabilité avec Aluminium Dunkerque en 2021-2022 : le potentiel théorique des technologies existantes nous amène à capter 50% du CO2», assure Sébastien Gauguier.

Des financements à sécuriser

Le consortium envisage un déploiement sur l'un des deux halls d'Aluminium Dunkerque à la fin de la décennie. «Un déploiement industriel en 2030, c’est quasiment demain», reconnaît le dirigeant de l’activité aluminium de Fives. D’autant qu’Aluminium Dunkerque, avec 264 cuves d’électrolyse pour une capacité de 285 000 tonnes de lingots par an, n’est pas exactement un modèle réduit. Pour atteindre sa cible, le consortium prévoit différentes étapes : jusqu’en 2025 d’abord, il s’agira de prélever du gaz au niveau des cuves de Trimet, afin de s’assurer de la concentration en CO2 réellement obtenue à toutes les étapes de production d’aluminium. Ensuite, «nous travaillerons sur une vingtaine de cuves, probablement à Dunkerque, pour travailler sur le captage concret du CO2, avec mise en place d’un système dans les cuves et d’un mini-centre de traitement du CO2», explique Sébastien Gauguier.

Au total, le projet devrait coûter quelques centaines de millions d'euros. Des financements doivent encore être sécurisés. Le jeu en vaut la chandelle assure Sébastien Gauguier. «Notre consortium rassemble des acteurs qui se connaissent bien et ont des expertises complémentaires. L’objectif est aussi de démontrer que notre solution peut passer à l’échelle». Lueur d'espoir : si les technologies développées atteignent les performances attendues, elles ne devraient pas avoir de mal à trouver des clients alors que selon les scénarios les plus ambitieux, les besoins en aluminium pourraient presque quadrupler d'ici 2050.

L’anode inerte, le pari fou d’Aluminium Dunkerque pour doubler sa production tout en éliminant le CO2

Laurent Courtois le sait bien : diminuer les émissions de CO2 de moitié ne suffit pas pour arriver à zéro. C'est pourtant l'objectif incontournable pour stopper le réchauffement climatique. «C’est pour cela que nous considérons le captage de CO2 comme une solution de transition», explique le directeur énergie et climat d’Aluminium Dunkerque. C’est face à ce constat que la plus grande raffinerie d’aluminium d’Europe a présenté en début d’été un plan ambitieux. Après des améliorations opérationnelles et des investissements dans le recyclage jusqu’en 2025, Aluminium Dunkerque compte d’abord sur le captage de carbone. En travaillant en consortium, la raffinerie espère réduire ses émissions directes de moitié à horizon 2030, chiffre Laurent Courtois. Les émissions directes de l'usine (ou scope 1) représentent aujourd'hui 1,8 tonnes de CO2 par tonne de métal produit par Aluminium Dunkerque, pour une empreinte carbone de 4,4 tonnes de CO2 (ce qui inclut la production d'électricité, mais aussi l'extraction du minerai et sa transformation en alumine).

A plus long terme, Aluminium Dunkerque compte sur une technologie émergente d’anodes dites inertes, qui ne sont plus composées de carbone et n’émettent que de l’oxygène. Aucune solution commerciale n’existe, même si des projets se développent dans le monde. Pour éviter toute interruption de production et s’habituer au procédé, l’entreprise imagine alors de… construire une nouvelle usine et ainsi doubler sa production en 2038. Avant, dans un second temps, de transformer son usine historique à la technologie des anodes inertes. Un plan fou, surtout lorsque l’on se rappelle qu’Aluminium Dunkerque est déjà le site qui consomme le plus d’électricité de France. «La nouvelle ligne correspond à l’arrivée de l’EPR à Dunkerque», rappelle Laurent Courtois, tout en reconnaissant que l’électricité est un enjeu : «les technologies de décarbonation coûtent beaucoup d’argent. Celui-ci ne nous sera prêté que si nous avons un business plan robuste, ce qui dans notre cas veut dire un contrat à long-terme avec des prix satisfaisants».