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Glossaire · Secteur de l’énergie & transition énergétique

Four à arc électrique (Electric Arc Furnace)

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Electric Arc Furnace, abrégé EAF, est la désignation anglaise du four à arc électrique (en allemand Elektrolichtbogenofen), un équipement de fusion utilisé dans la sidérurgie. Dans le four, des arcs électriques jaillissent entre des électrodes en graphite et la charge métallique, ou le bain de métal liquide. Dans le four à courant triphasé, très répandu, on utilise généralement trois électrodes. Dans les fours à courant continu, une électrode située dans la voûte fait généralement face à une contre-électrode placée dans la sole du four. Les arcs atteignent plusieurs milliers de degrés Celsius et font fondre de la ferraille d'acier, du fer à réduction directe (DRI) ou du Hot Briquetted Iron (HBI) pour obtenir de l'acier brut liquide.

Un EAF est un type de four et non une technologie climatique en soi. Son respect du climat dépend de trois éléments : la charge enfournée, l'origine de l'électricité et les produits auxiliaires. S'y ajoutent les émissions des étapes en amont et en aval. Le four ne fournit que de l'acier liquide. La nuance d'acier proprement dite n'est obtenue que lors des étapes suivantes : métallurgie secondaire au four-poche, le cas échéant dégazage sous vide, puis coulée continue et laminage.

Fonctionnement technique et besoins énergétiques

Un cycle de fusion (« charge » ou « heat ») se déroule en gros ainsi : les paniers de ferraille sont enfournés, les électrodes amorcent les arcs, le matériau fond. Le bain est ensuite affiné à l'oxygène et l'on génère un laitier moussant qui protège l'arc. À la fin, l'acier est coulé dans une poche. Outre l'électricité, l'oxygène, les brûleurs au gaz naturel, le carbone injecté et la postcombustion des gaz de fumées apportent de l'énergie chimique. L'EAF n'est donc pas un procédé purement électrique, même si l'électricité fournit la plus grande partie de l'énergie.

La consommation d'électricité spécifique peut être chiffrée plus précisément que par « quelques centaines de kilowattheures ». Selon une publication spécialisée, les EAF modernes ont besoin en moyenne d'environ 400 à 500 kWh d'électricité par tonne d'acier, en plus des brûleurs et de l'oxygène. La valeur exacte dépend notamment de la qualité de la ferraille, du chargement et des interruptions d'exploitation. Une présentation technique indique environ 400 à 435 kWh par tonne d'acier liquide pour de la ferraille froide pure avec un bon laitier moussant. Lorsque la part de DRI augmente, le besoin croît de manière à peu près linéaire. Pour près de 100 % de DRI, on cite environ 635 kWh par tonne. Cela tient aux oxydes résiduels de l'éponge de fer, qui doivent d'abord être réduits, et à la quantité plus importante de laitier. La valeur exacte dépend en outre du degré de métallisation et de la teneur en gangue du DRI.

Un exemple chiffré rend l'ordre de grandeur concret : une coulée de 150 tonnes à environ 400 kWh par tonne nécessite environ 60 mégawattheures. Si cette quantité d'énergie est apportée en une heure environ de temps sous tension, il en résulte une puissance moyenne d'environ 60 mégawatts. Les grands fours disposent de transformateurs de plusieurs dizaines à plus de cent mégavoltampères. Pour le réseau, ce qui compte n'est donc pas seulement l'énergie annuelle, mais aussi la concentration de la charge dans le temps.

L'arc électrique est une charge très instable, surtout tant que la ferraille est encore solide. Le courant et la tension fluctuent fortement. Cela provoque du papillotement (flicker), des harmoniques et un besoin fluctuant de puissance réactive. Pour limiter ces perturbations du réseau, les aciéries électriques sont généralement raccordées en haute ou très haute tension. S'y ajoutent souvent des installations de compensation comme des compensateurs statiques de puissance réactive ou des STATCOM, ainsi que des circuits de filtrage. Lors d'un raccordement au réseau, le gestionnaire de réseau examine donc la puissance de raccordement, la puissance de court-circuit au point de couplage et la qualité de la tension.

Distinction avec le haut fourneau, la réduction directe et le four à induction

Le haut fourneau réduit le minerai de fer avec du coke en fonte liquide. La fonte est ensuite transformée en acier dans le convertisseur à oxygène (acier à l'oxygène). L'EAF, en revanche, ne réduit pas de minerai : il fond du fer ou de l'acier déjà métallique. Il peut utiliser directement de la ferraille. Pour le minerai, il a besoin d'une étape de réduction en amont.

Cette étape est assurée par exemple par la réduction directe. Le minerai de fer y est réduit à l'état solide en éponge de fer au moyen de gaz naturel, de gaz riche en hydrogène ou, à l'avenir, d'hydrogène largement pur. Le DRI peut être transféré à chaud ou compacté en HBI. Lorsqu'il est question d'acier vert à base d'hydrogène, il s'agit donc le plus souvent de la combinaison de la réduction directe et de l'EAF, et non du four seul.

Le four à induction chauffe le métal par induction électromagnétique et est surtout répandu dans les fonderies. Il ne permet guère d'affinage métallurgique, et le laitier n'y joue qu'un rôle mineur. L'EAF est au contraire conçu pour de grandes quantités, des matières premières variables et l'affinage. Dans les statistiques, l'« acier électrique » désigne l'acier issu du four électrique. Le terme seul ne dit rien de l'empreinte carbone.

Importance pour la décarbonation et l'économie circulaire

L'EAF ouvre deux voies. Premièrement, il est l'installation industrielle centrale du recyclage de l'acier et donc un élément de l'économie circulaire : la ferraille remplace le minerai primaire et la production de fonte, intensive en carbone. Deuxièmement, associé à la réduction directe, il permet une filière d'acier primaire sans coke. Le besoin énergétique se déplace ainsi du charbon vers l'électricité et l'hydrogène, c'est-à-dire vers l'électrification de l'industrie.

Selon la fédération allemande de l'acier (Wirtschaftsvereinigung Stahl), 34,1 millions de tonnes d'acier brut ont été produites en Allemagne en 2025. Environ 10,4 millions de tonnes provenaient de fours électriques, soit environ 30 %. La production d'acier électrique a reculé de 3,5 %, celle d'acier à l'oxygène de 10,7 %.

L'acier EAF n'est pas automatiquement neutre pour le climat. Une partie des émissions se déplace vers la production d'électricité, la production d'hydrogène, les produits intermédiaires, l'usure des électrodes, la chaux et le carbone injecté, ainsi que vers la logistique. Une évaluation solide doit indiquer quelles limites de système elle retient.

Pertinence pour le système électrique

Une aciérie électrique est un gros consommateur au profil de charge cyclique. Les cycles de fusion sont planifiables, mais ne peuvent pas être déplacés à volonté. Les installations de coulée et les laminoirs ont besoin d'un approvisionnement régulier, et la conduite des températures ainsi que les exigences de qualité imposent des limites. La flexibilité n'apparaît que là où la logistique de la ferraille, le personnel, le carnet de commandes et les capacités tampons permettent un déplacement de charge. C'est le cas par exemple lorsque des coulées sont programmées aux heures où le prix de l'électricité est bas ou lorsqu'une coulée est suspendue en cas de congestion du réseau. Sans ces conditions, l'EAF est d'abord une charge élevée, mais pas automatiquement une charge utile au système.

La production éolienne et solaire fluctue. Toute charge industrielle déplaçable gagne donc en valeur. Une aciérie ne peut toutefois ni couvrir une période de plusieurs jours sans vent ni soleil (Dunkelflaute), ni résoudre toute congestion. S'y ajoute la question de l'implantation : de nouveaux fours électriques, électrolyseurs et autres grandes charges peuvent rendre nécessaires des renforcements du réseau, des postes de transformation et de nouvelles lignes de raccordement. Les demandes de raccordement doivent donc être coordonnées.

Cadre économique et juridique

La rentabilité d'un EAF ne dépend pas seulement du prix de l'électricité. Les prix et la qualité de la ferraille, la disponibilité de DRI ou de HBI, le prix du CO₂, les coûts d'investissement, le taux d'utilisation et la qualité des produits sont tout aussi importants. La ferraille contient souvent des éléments résiduels comme le cuivre ou l'étain, qui ne peuvent guère être éliminés dans le four et peuvent nuire aux aciers plats de haute qualité. Davantage de recyclage exige donc un tri soigneux ou une dilution avec du DRI.

En Allemagne, la fabrication de fonte, d'acier et de ferro-alliages (NACE 24.10) fait partie des secteurs pouvant bénéficier de la compensation des prix de l'électricité (Strompreiskompensation). Cette aide compense les coûts indirects du CO₂ contenus dans le prix de l'électricité. L'autorité compétente est l'Office allemand d'échange de quotas d'émission (Deutsche Emissionshandelsstelle). Pour l'année de décompte 2025, la Commission européenne a autorisé une extension en juillet 2026. Pour les secteurs déjà éligibles comme l'acier, l'intensité de l'aide passe à 80 %. Pour les années de décompte à partir de 2026, le gouvernement fédéral a annoncé une évolution qui doit encore être autorisée au titre des aides d'État.

Malentendus fréquents

  • « L'EAF remplace le haut fourneau. » Il remplace le convertisseur comme étape de fusion. Pour l'acier primaire issu du minerai, une étape de réduction supplémentaire est nécessaire, par exemple une réduction directe.

  • « L'acier électrique est de l'acier vert. » Cela dépend du mix électrique, de la matière première et des matières auxiliaires.

  • « Un EAF est pilotable à volonté. » La possibilité de déplacer la charge est limitée par la chaîne de production.

Sources

Autres entrées du glossaire

Edited by eCMS on 11.11.2026 19:43

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