Un consortium au Canada va produire de l’aluminium « vert », sans émissions de CO2
Les industriels géants Alcoa et Rio Tinto Alcan, leaders mondiaux du secteur aluminium, ont annoncé le 10 mai 2018 leur engagement partenarial pour une nouvelle usine de production d’aluminium exploitant un procédé innovant. Il s’agit de construire une usine conjointe, Elysis, pour exploiter un nouveau procédé de réduction de l’alumine en aluminium, à partir d’anodes inertes utilisant un matériau conducteur évolué qui n’émet pas du tout de dioxyde de carbone— contrairement à la technique de fusion traditionnelle. Cette dernière, qui prédomine depuis plus d’un siècle, repose sur l’exploitation de quantités importantes de carbone pour des électrodes qui sont ensuite progressivement volatilisés en CO2 pendant le processus de réduction de l’alumina.
Cette usine sera la première de ce type dans le monde. Le projet doit se développer à Jonquière, dans le nord du Québec, devenu depuis une centaine d’années le centre névralgique de la production canadienne d’aluminium. L’investissement conjoint d’Apple et des gouvernements québécois et canadien, s’élève à plus de 500 millions de dollars canadiens (environ 350 millions d’euros) avec la répartition suivante sur les dix prochaines années: les gouvernements canadien et de la province de Québec apportent chacun environ 40 millions d’euros, Apple y investit 8,5 millions d’euros, Alcoa et Rio Tinto mettent le complément de plus de 250 millions.
Selon le premier ministre canadien, Justin Trudeau, cité dans Le Monde du 15 mai 2018, « il s’agit de la plus importante innovation dans l’industrie de l’aluminium depuis plus d’un siècle et d’une étape décisive dans la lutte contre le changement climatique ».Elle pourrait, selon les chiffres annoncés, contribuer à réduire de 6,5 millions de tonnes par an les émissions de gaz à effet de serre (notamment du CO2) au Canada.
Selon le calendrier annoncé par les partenaires, Elysis devrait être opérationnelle à partir de 2024. La nouvelle technologie, dont le procédé essentiel a été breveté par Alcoa en 2009 après des années de recherche, entre désormais dans sa phase industrielle. L’objectif affichée est ensuite de la vendre sous licence (dès 2024) pour de nouvelles installations ou pour modifier des usines existantes.
Il s’agit donc d’un bel exemple d’une éco-innovation radicale, qui engage une technologie de rupture et qui permet un saut considérable en faveur de la réduction de l’empreinte environnementale et notamment des émissions de CO2. Même les groupes militants écologistes, historiquement très critiques sur l’empreinte énergétique et environnementale du secteur aluminium, sont prudemment optimistes. Pour Patrick Bonin, responsable de la campagne climat énergie chez Greenpeace Canada (cité par Le Monde du 15 mai 2018) :
« Si elle se concrétise, cette annonce pourrait apporter une véritable révolution pour l’industrie de l’aluminium …. Reste [cependant] à connaître tous les impacts environnementaux qui découleraient de l’utilisation de cette nouvelle technologie.
Apple – qui a agi en quelque sorte d’un catalyseur du rapprochement entre Alcoa et Rio Tinto Alcan – constitue un nouvel élément dans le dispositif d’innovation ouverte. Le géant du monde digital a bien évidemment ses propres préoccupations d’éco-performance. Or, ses ordinateurs portables, iPad et iPhone consomment beaucoup d’énergie (pour ne pas parler des Data Centres derrières) et demandent beaucoup d’aluminium. D’où leur intérêt pour fabriquer des TIC vertes…et le rôle central de l’éco-innovation de rupture offerte par Elysis…et donc quelque part du savoir-faire français !
Les enjeux de l’aluminium « vert »
Afin d’interpréter l’intérêt de cette innovation technologique de rupture pour la transition écologique, et pour la France plus particulièrement, il convient de revenir rapidement sur les spécificités du secteur. La production d’aluminium, à partir des ressources minérales, nécessite, depuis sa naissance comme filière industrielle à la fin du 19èmesiècle, plusieurs étapes, dont : l’extraction de bauxite, la transformation de bauxite en alumina, la réduction de l’alumina en aluminium en l’état pur, qui est ensuite exploité dans divers procédés de manufacture. Un nombre certain nombre d’inconvénients environnementaux et sanitaires e découlent:
- L’étape de réduction de l’alumina en aluminium est très intensif en besoins énergétiques et donc très émetteurs de CO2;
- La production d’aluminium nécessite l’utilisation de fluor, dont les émissions (très toxiques pour les ouvriers et pour les communautés humaines ainsi que pour les plantes et animaux de proximité) étaient devenues emblématiques du profil écologiquement problématique de cette industrie.
Mes propres travaux de recherche pour l’Association Européenne de l’Aluminium, en collaboration avec plusieurs collègues, sur les indicateurs pour la prise en compte de la performance environnementale comme volet écologique de la responsabilité sociétale d’entreprise, ont permis d’afficher des catégories complémentaires telles que le bruit, la congestion routière et les accidents liés aux transports jusqu’à la surexploitation et la contamination des ressources en eau.
Pechiney et la filière aluminium française
Rappelons, à ce propos, l’histoire de la filière aluminium en France, notamment l’entreprise Pechiney avec son usine de production d’aluminium située sur le site de Saint-Jean de Maurienne.
En 1886, les dépôts de brevet simultanément par le français Paul Héroult et l’américain Charles Martin, de la technique de la fabrication de l’aluminium par l’électrolyse, ouvrent la voie à l’industrialisation de la production d’un métal dont les usages ont connu un essor considérable. Ce procédé impliquait de grandes quantités d’électricité, ce qui explique pourquoi les vallées alpines se sont couvertes de centrales électriques et d’usines. En France, la Maurienne est ainsi devenue la vallée de l’aluminium.
Situé dans cette vallée, le site de Saint-Jean-de-Maurienne est l’une des plus vieilles fonderies d’aluminium en activité du monde, représentant plus d’un siècle d’innovation et d’expérience dans la production de fil et câbles d’aluminium, trouvant parmi ses principales application la fabrication de lignes à hautes et très hautes tensions.
Même si le développement progressif d’un réseau national d’électricité a réduit ensuite l’avantage énergétique des territoires alpins, Péchiney a fait le choix de moderniser son site historique de Saint-Jean-de-Maurienne dans les années 1980. Puis l’usine a été acquise par le groupe Alcan en 2003, qui a lui-même intégré en 2007 le géant multinational Rio Tinto Alcan.
Pour un temps, le site de Saint-Jean-de-Maurienne a été menacé de fermeture. Mis celle-ci a été finalement évitée grâce à un consortium formé par le groupe allemand TRIMET et EDF. En 2013, le site est encore passé dans les mains d’un nouveau propriétaire avec l’allemand Trimet, associé à EDF (65% / 35%). Trimet s’est engagé à accroître la capacité de production de 100 000 à 140 000 tonnes par an, le site représentant alors près de 20% de la productivité du groupe, tout en entretenant le haut niveau de savoir-faire qui était la marque de Pechiney et qui a permis à l’usine de traverser les crises de la métallurgie.
L’histoire technologique de Pechiney fait figure de cas d’école exceptionnel, tant sur le plan du développement territorial et de l’environnement que sur celui de la réussite économique. Un article écrit par Jacques DONZE (2007, pp.219-220, ) juste avant la fusion d’Alcan au sein du groupe Rio Tinto, est particulièrement explicite :
« Implantée en 1906, l’usine d’électrolyse Pechiney Aluminium des Plans s’étend désormais sur 2 km de long et 500 m de large entre Arc et autoroute d’un côté, chemin de fer et RN 6 de l’autre sur un site désormais complètement enclavé, sans aucune possibilité d’extension. D’une capacité moyenne (130 000 t alors que le seuil de rentabilité pour une nouvelle usine est estimé actuellement à 420 000 t), elle emploie (en janvier 2006) 700 personnes titulaires, une cinquantaine d’intérimaires équivalents temps plein et une centaine de personnes appartenant à des sous-traitants, auxquels s’ajoutent les 120 personnes du centre de recherche. Le Laboratoire de Recherche et Fabrication (L.R.F.) est le fleuron technologique du groupe. Rare exemple de centre de recherche intégré à un site industriel, il a fourni les technologies d’électrolyse et de captation des gaz équipant près de 90 % des usines fonctionnant dans le monde.
L’impact socio-économique de l’établissement appartenant à Alcan (Aluminium of Canada) depuis 2003, est considérable : une masse salariale correspondant à près d’un millier de personnes, dont 45 % résident à St Jean même, 70 % des recettes de la taxe professionnelle et 50 % du produit fiscal de la commune. Les effets indirects sur la sous-traitance et la consommation de services, ainsi que les effets induits (consommations des ménages) sont plus difficiles à saisir. En terme d’emploi, les estimations varient de 700 à 2000 personnes. Ces chiffres soulignent l’importance de l’ancrage territorial de l’usine et son impact sur l’organisation spatiale et les paysages (par l’intermédiaire entre autres de l’habitat) (Teissier, 2000). La consommation en électricité est équivalente à la consommation annuelle d’une agglomération de la taille de Grenoble. La consommation d’eau industrielle est de 400 000 m3/an pompée dans la nappe, à laquelle s’ajoute 2000 m3/h captés à la prise d’eau de l’Arc. La consommation d’eau potable enfin est équivalente à celle de la ville de St Jean. Il faut y ajouter les approvisionnements techniques : 250 000 t/an d’alumine acheminée par trains complets de 1400 t à partir de Fos-sur-mer, 70 000 t de coke et la cryolithe. Les 1 1 000 t de fuel lourd ont été remplacés par le gaz naturel en 2006. » (Source : Jacques DONZE 2007, pp.219-220)
Une pratique d’innovation ouverte, à l’échelle internationale
Le groupe Pechiney, fleuron pendant presque un siècle de l’industrie métallurgique française, voire de l’aluminium à l’échelle mondiale, a donc été racheté par Alcan (le géant d’aluminium canadien) en 2003, peu de temps avant l’absorption d’Alcan dans le groupe Rio Tinto pour composer l’actuel Rio Tinto Alcan (RTA). C’est donc le groupe Rio Tinto Alcan qui, à partir de 2003/2004, prend les rênes de l’industrie de l’aluminium en France. Mais la France n’a pas, pour autant, disparu du dispositif de l’éco-innovation dans le secteur.
L’éco-innovation chez Pechiney, c’est en quelque sorte l’histoire d’une évolution — plus complexe qu’une simple délocalisation — le long d’un siècle, depuis St Jean de Maurienne (en France) jusqu’au site Alcan devenu RTA de Sagueny-Lac-Saint-Jean (au Canada). Comme insiste Michel CALLON (voir encadré), l’éco-innovation autour des procédés de la réduction par électrolyse de l’alumina pour produire de l’aluminium, c’est Pechiney depuis le début…
L’histoire de l’électrolyse chez Pechiney
« Voilà une technologie qui progresse continûment, avec une telle régularité que toutes les autres options technologiques, même viables, finissent par être disqualifiées et ce sur une période de plus de cent ans. De manière paradoxale, c’est Pechiney, l’entreprise dans laquelle la recherche s’autonomise le plus tard, qui parvient à devancer tous ses concurrents. […] Avec Héroult se met en place et se développe une configuration innovatrice dont les travaux de François Caron ont montré l’importance dans l’histoire industrielle de notre pays. Héroult entre à l’École des mines de Paris en 1882. Il n’y reste qu’un an. Mais en l’espace de quelques mois il se trouve au centre d’un réseau qui traverse milieux scientifiques, milieux industriels et scientifiques. De là viendront sa force et sa capacité à mobiliser les ressources nécessaires au projet qu’il a formé. Héroult est de la race des ingénieurs-innovateurs, ceux que Schumpeter célébrera quelques décennies plus tard. Le XIXe siècle touche à sa fin et déjà tous les ingrédients qui font l’originalité et la force d’un projet d’innovation sont réunis. » Source : Michel Callon (op.cit.).
Une indication de la contribution française encore aujourd’hui dans l’innovation technologique dans le domaine des métaux non ferreux, peut être obtenue grâce aux données sur les publications de brevets, en particulier de brevets européens (au sens de demandes déposées auprès de l’Office Européen des Brevets). Un rapport datant de 2015 sur les Mutations économiques du secteur de l’industrie des métaux non ferreux fourni un éclairage utile sur ce point
Le secteur des métaux non ferreux est un fournisseur incontournable d’autres secteurs industriels majeurs, tels que l’automobile, l’aéronautique, l’espace, le bâtiment ou encore la défense. Toutefois, l’industrie des métaux non ferreux en France a connu depuis plusieurs années une recomposition de ses capacités productives, laissant apparaître un effritement de la production, une baisse des effectifs et un solde déficitaire de la balance commerciale.
Cette étude procède à un diagnostic du secteur afin, d’une part, d’analyser les facteurs qui ont conduit à sa situation économique actuelle et, d’autre part, d’identifier les relais de croissance qui permettront d’assurer son dynamisme dans les années à venir. Dans ce contexte, onze leviers d’actions sont identifiés concernant les différents rangs de la chaîne de valeur, depuis l’extraction jusqu’à la première transformation, pour renforcer la compétitivité des entreprises.
Selon ce rapport, sur la période 2003-2013, il est possible de constater globalement une croissance de l’activité en matière de brevets, le ralentissement de l’activité économique en 2008 se traduisant néanmoins par un creux de courte durée au niveau des publications de demandes de brevet en 2010. Les acteurs français étaient présents dans 4,5 % des demandes sur la période 2003-2008, cette proportion passe sous la barre des 4% sur la période 2009-2013 ; à titre de comparaison, la part moyenne de la France dans les brevets européens, tous domaines confondus, est de l’ordre de 6 %. Concernant les déposants français sur la période 2009-2013:
- Parmi les entreprises, les premiers déposants sont Constellium France (14 demandes) et Alcan Rhenalu (7 demandes), auxquels il convient d’ajouter Rio Tinto Alcan (plus d’une dizaine de demandes, en comptant les brevets des filiales ECL et Carbone Savoie, ainsi que ceux déposés au nom du siège canadien, mais avec des inventeurs français) ;
- Constellium possède un important centre de R&D en région Rhône-Alpes, le Constellium Technology Center, également constitué en filiale du groupe (Constellium C-TEC, dont le siège est à Paris ; effectifs : 266 personnes). Il s’agit du plus grand centre de compétences industriel français de la filière aluminium.
- Le groupe Rio Tinto Alcan (RTA) possède à Saint-Jean-de-Maurienne un centre de R&D dédié aux procédés de production de l’aluminium, le LRF (Laboratoire de Recherche et de Fabrication), avec une centaine de personnes.
Or, C-TEC et LRF sont tous les deux issus de l’ex-groupe Péchiney, et sont encore considérés comme des centres de compétences de niveau mondial sur l’aluminium. Le LRF depuis les années 1980, s’avère l’un des principaux laboratoires dans le domaine du développement des moyens de production d’aluminium primaire: pendant 35 ans, plus de 80% de la production mondiale d’aluminium a été réalisée sous licence de brevets basés sur des résultats issus de LRF.
C’est encore le cas aujourd’hui. À titre d’exemple, la technologie « AP60 », qui depuis 10 ans porte des améliorations importantes de productivité dans l’industrie, a été mise au point au sein de LRF et constitue un axe majeur de développement du groupe RTA, même si le centre géographique du groupe RTA est le Canada, les acteurs français jouent toujours un rôle majeur dans la recherche et la démonstration des innovations.
La technologie AP-60 constitue une innovation importante en termes de productivité, mais ne constitue pas une « rupture » du point de vue écologique. Ce procédé, comme depuis un siècle, soumet l’alumine à un puissant courant électrique pour provoquer une réaction d’oxydoréduction en faisant appel pour les électrodes à des matières carbonées qui, en brûlant, libèrent des gaz à effet de serre (notamment le CO2).
Avec le nouveau système d’Elysis, une céramique remplacera le carbone de l’électrode du four, éliminant entièrement la composante carbone qui, jusqu’aujourd’hui, émet du CO2 en se combinant à l’oxygène.
L’entreprise Pechiney, ancrée dans la vallée de l’aluminium de La Maurienne en France, était donc pionnière pendant les années 1970-1980 des éco-technologies pour la capture des émissions de fluor, permettant de palier à un problème grave à la fois environnemental et sanitaire. Aujourd’hui, avec la technologie AP-60, et encore avec la technologie de rupture d’électrolyse « zéro carbone » il s’agit d’un partenariat sur le modèle de l’innovation ouverte, désormais à l’échelle mondiale, qui engage des expertises autant de la France que d’Alcoa et d’autres entreprises nord-américaines.
Revenons à la vision pour l’usine Elysis au Canada. Selon les prévisions des partenaires Alcoa et RTA du nouveau consortium, l’industrie pourrait ainsi obtenir de l’aluminium plus propre et plus rentable. Monsieur Vincent CHRIST, nouveau PDG d’Elysis, parle — en plus de la réduction vers zéro des émissions de CO2, de 15 % de gain de productivité et d’une baisse de 15 % des coûts de production, d’ici la fin des années 2020. Une éco-innovation totalement WIN-WIN !
L’ambition « croissance verte » de la filière Rio Tinto Alcan au Canada
« Si Saguenay–Lac-Saint-Jean est devenu une terre d’aluminium, c’est parce que c’est avant tout une terre d’énergie. Les deux sont indissociablement liés. Dans la région, Rio Tinto Alcan possède six centrales hydroélectriques lui permettant de produire en moyenne 2 050 MW, soit suffisamment d’énergie pour répondre à 90% de ses besoins en électricité. Globalement, au Québec, avec ses participations aux alumineries Alouette et ABI, Rio Tinto Alcan demeure un acheteur net d’énergie….
Dans un contexte où la lutte aux changements climatiques prend une importance grandissante, ce label vert sur l’aluminium québécois et du Saguenay–Lac-Saint-Jean constituera un élément distinctif majeur. À cet effet, Rio Tinto Alcan participe activement à la nouvelle bourse du Carbone Québec-Californie et partage les ambitions du Québec en matière de lutte aux changements climatiques. Pour illustrer cet engagement, soulignons que depuis 1990, Rio Tinto Alcan a augmenté sa production de plus de 50 %, tout en réduisant d’autant ses émissions de gaz à effet de serre. »
Apple – qui a agi en quelque sorte d’un catalyseur du rapprochement entre Alcoa et Rio Tinto Alcan – constitue un nouvel élément dans le dispositif d’innovation ouverte. Le géant du monde digital a bien évidemment ses propres préoccupations d’éco-performance. Or, ses ordinateurs portables, iPad et iPhone consomment beaucoup d’énergie (pour ne pas parler des Data Centres derrières) et demandent beaucoup d’aluminium. D’où leur intérêt pour fabriquer des TIC vertes…et le rôle central de l’éco-innovation de rupture offerte par Elysis…et donc quelque part du savoir-faire français !
Quelques Références sur l’histoire de l’aluminium en France
Voir le livre par Muriel LE ROUX (1998), L’entreprise et la recherche, Un siècle de recherche industrielle à Pechiney, Éditions Rive droite. Compte rendu par Michel CALLON
Michel Callon, « L’entreprise et la recherche, Un siècle de recherche industrielle à Pechiney », La revue pour l’histoire du CNRS [En ligne], 1 | 1999, mis en ligne le 03 mars 2006, consulté le 24 mai 2018. URL : http://journals.openedition.org/histoire-cnrs/104
Muriel Le Roux, « L’entreprise et la recherche. Un siècle de recherche industrielle à Péchiney »,Histoire, économie & société, Année 2001, Vol.20-3, pp. 426-427.
Pour l’histoire de l’aluminium au Canada (dont Alcan qui absorbe Pechiney en 2003 avant d’être elle-même fusionnée dans le groupe Rio Tinto).