Direct Reduced Iron, DRI · Glossaire

Définition et délimitation

Le Direct Reduced Iron, en abrégé DRI, est du fer à réduction directe. Il est obtenu à partir de minerai de fer sans que le minerai soit fondu, comme c'est le cas dans le haut fourneau. Lors de la réduction directe, l'oxygène est retiré de l'oxyde de fer à l'état solide. Il reste du fer métallique présentant de nombreux pores à l'endroit où se trouvait auparavant l'oxygène. C'est pourquoi le DRI est aussi appelé éponge de fer. Le plus souvent, ce produit intermédiaire est ensuite fondu en acier brut dans un four à arc électrique. Il peut toutefois aussi être utilisé dans des fours de fusion électriques ou, en plus petites quantités, dans le haut fourneau et le convertisseur.

Le DRI n'est ni de l'acier fini, ni de la ferraille, ni de la fonte brute. La ferraille est de l'acier déjà existant qui est refondu. La fonte brute est du fer liquide, saturé en carbone, issu du haut fourneau, avec environ 4 à 4,5 pour cent de carbone. Le DRI, en revanche, est du fer solide obtenu à partir de minerai. Il doit encore être fondu, séparé du laitier, allié et ajusté sur le plan métallurgique. Cette distinction est importante, car dans le débat sur l'acier respectueux du climat, différentes étapes de production sont souvent confondues.

Chimie et procédé

Le minerai de fer se compose principalement d'oxydes de fer. Dans le haut fourneau, le coke retire l'oxygène du minerai, presque exclusivement par l'intermédiaire du monoxyde de carbone. Cela génère beaucoup de dioxyde de carbone. Dans les fours à cuve fonctionnant au gaz, l'hydrogène et le monoxyde de carbone assurent cette fonction. Ils réagissent avec l'oxygène pour former respectivement de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. Ce gaz est jusqu'à présent le plus souvent produit à partir de gaz naturel. Dans une installation Midrex typique, il se compose d'environ 55 pour cent d'hydrogène et de 36 pour cent de monoxyde de carbone. La réduction par l'hydrogène consomme de la chaleur, celle par le monoxyde de carbone en libère. Un mélange gazeux permet donc de stabiliser plus facilement la température du four.

La réduction directe se déroule en dessous du point de fusion du fer. Midrex indique environ 900 degrés Celsius pour le four de réduction et environ 1 300 degrés pour le haut fourneau. Selon le procédé, les températures de réduction se situent, d'après les indications techniques, grosso modo entre 800 et un peu plus de 1 000 degrés Celsius. Cette fourchette n'est toutefois qu'une indication, pas une valeur limite fixe.

Important : tout le DRI n'est pas produit à partir de gaz. Une part importante et croissante de la production mondiale provient de fours rotatifs chauffés au charbon, surtout en Inde. Le charbon y est l'agent réducteur. Selon Midrex, les émissions de ces installations sont nettement plus élevées que celles des fours à cuve fonctionnant au gaz. De 2019 à 2024, la production indienne des fours rotatifs à charbon a augmenté de près de 20 millions de tonnes. Qui qualifie le DRI de façon générale de faiblement émetteur passe à côté de cette différence.

Pour situer l'ordre de grandeur : en 2024, environ 140,8 millions de tonnes de DRI ont été produites dans le monde, un record. L'Inde et l'Iran sont les plus grands producteurs. En 2024, la croissance est venue surtout des fours rotatifs indiens, tandis que la production des fours à cuve au gaz a légèrement reculé.

Formes de produit et indicateurs

Un indicateur central est le taux de métallisation. Il indique quelle part du fer total est effectivement présente sous forme de fer métallique et non plus sous forme d'oxyde. Pour les produits Midrex, il se situe typiquement autour de 92 à 96 ou 97 pour cent. Le reste est de l'oxyde de fer pas encore entièrement réduit. Le deuxième indicateur est la teneur en carbone. Selon le procédé, le gaz et le mode de conduite, elle se situe entre environ 1 et 4,5 pour cent. De nombreux exploitants de fours à arc électrique préfèrent 1,5 à 3 pour cent, car la combustion du carbone avec l'oxygène insufflé fournit de la chaleur et économise de l'électricité.

Le DRI est commercialisé ou utilisé sous trois formes :

Le DRI chaud (Hot DRI, HDRI) est acheminé directement au four de fusion à plusieurs centaines de degrés. Cela économise de l'énergie de chauffage.
Le DRI froid (Cold DRI, CDRI) est refroidi. Il est poreux, réagit facilement avec l'air et l'humidité et doit donc être protégé lors du stockage et du transport.
Le Hot Briquetted Iron (HBI) est obtenu lorsque du DRI chaud, à au moins environ 650 degrés Celsius, est comprimé sans liant en briquettes en forme de coussin. La densité est d'au moins 5 grammes par centimètre cube. Le HBI est plus dense et moins réactif. Il convient donc le mieux au stockage, au transport maritime et au commerce.

Le côté matières premières en fait aussi partie : le DRI contient les composants non métalliques accompagnant le minerai (gangue), car il n'est pas fondu. Les fours à cuve fonctionnant au gaz nécessitent donc en règle générale des pellets de haute qualité, à forte teneur en fer et pauvres en gangue. Tout minerai adapté au haut fourneau ne convient pas sans autre à la réduction directe suivie d'un four à arc électrique. Si de nombreux sites dans le monde se reconvertissent, la demande pour de tels minerais augmente. Cela peut déplacer les coûts, les flux commerciaux et les dépendances.

Impact climatique : gaz naturel, hydrogène et chaîne complète

La réduction du minerai est l'étape la plus émettrice de la production d'acier primaire. Selon Midrex, la voie par le haut fourneau et le convertisseur à oxygène génère environ deux tonnes de CO2 par tonne d'acier. La réduction directe au gaz naturel associée à un four à arc électrique atteint environ la moitié. Ces valeurs proviennent d'un constructeur d'installations et dépendent fortement d'hypothèses. Elles montrent néanmoins que le DRI à base de gaz naturel réduit les émissions, mais ne rend pas l'acier neutre pour le climat.

Les émissions directes ne baissent nettement plus que lorsque c'est surtout de l'hydrogène qui sert d'agent réducteur. Cet hydrogène doit être produit à faibles émissions, par exemple sous forme d'hydrogène vert. L'électricité destinée au four à arc électrique et aux installations annexes doit elle aussi être à faibles émissions. Midrex chiffre le besoin en hydrogène dans le four à cuve à environ 550 normo-mètres cubes par tonne de DRI. À cela s'ajoutent jusqu'à 250 normo-mètres cubes d'hydrogène ou d'une autre énergie pour le préchauffage du gaz. Même dans ce cas, on ajoute souvent un peu de gaz naturel, environ 50 normo-mètres cubes par tonne, pour maintenir la température et ajuster une teneur en carbone d'environ 1,4 pour cent. La réduction directe à base d'hydrogène n'est donc pas automatiquement exempte de carbone en pratique.

C'est pourquoi la notion d'« installation DRI compatible hydrogène » – comparable à H2-ready – ne décrit qu'une possibilité technique, pas un bilan d'émissions réel. Une installation peut être conçue pour l'hydrogène et fonctionner malgré tout pendant des années au gaz naturel ou avec un mélange gazeux. Pour l'impact climatique, ce qui compte est le gaz effectivement utilisé en exploitation et la manière dont l'hydrogène a été produit. Comptent aussi les émissions des chaînes en amont et la quantité de carbone fossile qui reste dans le procédé. S'y ajoutent l'extraction du minerai, la pelletisation, le transport, les électrodes, les agents d'alliage et la transformation ultérieure. Le DRI n'est donc pas synonyme d'acier vert. Cette notion n'est pas définie de façon uniforme et peut renvoyer aux émissions des produits, à des certificats ou à des critères d'aide.

Lien avec le système électrique

Le DRI est relié au système électrique surtout par la production d'hydrogène et par le four à arc électrique. Un calcul d'estimation approximatif : 550 normo-mètres cubes d'hydrogène pèsent environ 49 kilogrammes. Avec un besoin supposé de 50 à 55 kilowattheures d'électricité par kilogramme d'hydrogène issu de l'électrolyse, on obtient, pour le seul gaz de réduction, environ 2,5 à 2,7 mégawattheures par tonne de DRI. À cela s'ajoutent le besoin énergétique pour le préchauffage du gaz, l'électricité pour le four de fusion et les installations annexes. Une grande usine devient ainsi un gros consommateur industriel.

Pour la planification du réseau et l'approvisionnement, la quantité d'énergie annuelle n'est pas seule à compter. Tout aussi importantes sont la puissance raccordée, les heures de fonctionnement et le profil de charge. Une usine qui fonctionne presque en continu à forte puissance pose d'autres exigences au raccordement au réseau, aux postes de transformation et à l'approvisionnement en électricité qu'un consommateur de même quantité annuelle, mais à fonctionnement très fluctuant.

La flexibilité n'est possible que de manière limitée. Les électrolyseurs peuvent en principe être exploités plus flexiblement que de nombreux procédés industriels. Le four à cuve, en revanche, est un procédé continu à haute température, avec des exigences strictes en matière de qualité du gaz, de température et de flux de matière. Le four à arc électrique ne peut pas non plus être piloté à volonté selon les prix de l'électricité, en raison d'obligations de livraison, du travail en équipes et de la qualité métallurgique. Une marge de manœuvre naît plutôt grâce aux stockages d'hydrogène, à des tampons de produits intermédiaires comme le HBI, à une conduite adaptée de l'électrolyse et à des contrats d'approvisionnement en électricité.

Rôle de la ferraille

Le recyclage de la ferraille dans le four à arc électrique économise beaucoup d'énergie et d'émissions. Il est toutefois limité par la quantité disponible et par la qualité de la ferraille. Les éléments d'accompagnement indésirables comme le cuivre sont difficiles à éliminer et doivent être dilués. Le DRI est, à cet égard, largement exempt de tels éléments. Il contient toutefois de la gangue et des oxydes résiduels et n'est donc pas du fer « pur ». Le DRI peut compléter la ferraille et permettre d'obtenir des nuances d'acier de haute qualité. Comme les stocks mondiaux d'acier augmentent et que les bâtiments et les infrastructures sont utilisés longtemps, le recyclage seul ne suffit pas dans un avenir prévisible.

Réglementation et aides (état de novembre 2026, UE et Allemagne)

Dans l'UE, les installations de production de fonte et d'acier relèvent du système d'échange de quotas d'émission. Les coûts du CO2 modifient donc le calcul d'investissement entre haut fourneau et réduction directe. En outre, le mécanisme d'ajustement carbone aux frontières (CBAM) couvre le DRI en tant que marchandise relevant de la position tarifaire 7203. Depuis 2026, la phase définitive est en cours, dans laquelle des coûts de CO2 sont générés pour les importations. Les détails, par exemple les valeurs par défaut et les valeurs de référence, sont complexes et doivent être vérifiés au cas par cas à l'aide des actes juridiques en vigueur.

En Allemagne, des contrats de protection du climat (Klimaschutzverträge), fondés sur le principe de contrats pour différence carbone, doivent compenser pendant de nombreuses années les surcoûts des procédés respectueux du climat. Les contrats sont attribués par enchères. Selon la conception initiale, pouvaient participer des projets de branches à fortes émissions comme l'acier. La condition était qu'une installation de référence conventionnelle comparable émette plus de 10 kilotonnes d'équivalent CO2 par an. De plus, les projets devaient, au cours de la période d'aide, économiser nettement plus de gaz à effet de serre que cette installation de référence – la présentation de 2023 parle d'au moins 90 pour cent. Les conditions des tours d'enchères ultérieurs peuvent s'en écarter.

Par ailleurs, les autorisations, les raccordements au réseau, les conduites d'hydrogène, les terminaux d'importation et le développement de la production d'électricité renouvelable relèvent chacun de compétences différentes. Une installation DRI peut donc être entièrement planifiée sur le plan industriel alors que l'infrastructure hydrogène, le renforcement du réseau ou la reconnaissance juridique des produits respectueux du climat accusent encore du retard.

Conclusion

Le DRI ne désigne pas l'acier fini neutre pour le climat. Il s'agit de l'étape du procédé dans laquelle le minerai de fer est réduit en fer métallique solide sans haut fourneau. Le caractère respectueux du climat de cette étape dépend de l'agent réducteur : charbon, gaz naturel ou hydrogène à faibles émissions. Le mix électrique, la qualité du minerai et l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement sont tout aussi importants. Qui situe correctement le DRI voit quelles émissions peuvent réellement être évitées et quelles conditions doivent être remplies en dehors de l'aciérie.

Sources

MIDREX H2: Ultimate Low CO2 Ironmaking and its place in the new Hydrogen Economy — Midrex Technologies, Inc.; 2017-09. Abschnitte 'Using Hydrogen for Ironmaking', 'An Iron Reduction Primer', 'Hydrogen Use in MIDREX Plants'
World DRI production reaches 140.8 Mt in 2024 — Midrex Technologies, Inc.; 2025 (World Direct Reduction Statistics 2024). Einleitung der Statistikmeldung
Report: Worldwide DRI Production Sets New Record — Association for Iron & Steel Technology (AIST); 2025-08-25. Gesamter Kurzbericht
DRI Products & Applications (Designed for Today, Engineered for Tomorrow) — Midrex Technologies, Inc.; 2018-04 (laut Dateiname). Abschnitte zu HBI, Produkttabelle Metallization, 'HBI use in the BF & BOF'
Klimaschutzverträge – Vorstellung des neuen Förderprogramms zur Transformation der Industrie — Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK); 2023-04-26. Folien 'Für wen kommen Klimaschutzverträge in Betracht?' und 'Wie wird die Förderhöhe berechnet?'

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Edited by eCMS on 11.11.2026 19:11