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Les avantages que les solutions de palplanches en acier apportent aux infrastructures portuaires durables augmentent régulièrement avec l'évolution des nuances d'acier, la réduction du poids, la protection contre la corrosion, la recyclabilité et la réduction de l'impact sur l'environnement.

Avancées technologiques

Les palplanches en acier sont utilisées dans les ports pour la construction des murs de quai depuis près de 100 ans. Elles ont remplacé les pieux en bois en raison de la pénurie de bois à la fin du 19e siècle.

Depuis lors, de nombreux murs de quai, jetées et brise-lames ont été construits avec des palplanches en acier dans le monde entier. L'évolution des formes des profils combinée à l'amélioration des qualités d'acier a permis de concevoir des structures maritimes de plus en plus profondes en réponse à l'augmentation de la taille des navires.

La recherche et le développement ont contribué à réduire l'impact environnemental de l'acier de plusieurs manières. Tout d'abord, en réduisant la quantité d'acier nécessaire pour construire des structures équivalentes, et ensuite en développant de nouvelles voies de production qui recyclent l'acier.

La durabilité est un critère important du développement durable et l'un des principaux challenges pour les structures maritimes. L'acier et le béton armé sont tous deux affectés par cet environnement difficile. L'industrie de la construction recherche de nouvelles solutions innovantes pour augmenter la durée de vie et réduire les coûts d'entretien tout au long du cycle de vie.

Le deuxième aspect du développement durable est l'environnement. Les considérations financières seront toujours un paramètre clé dans le choix de la solution technique, mais le monde change et, ces dernières années, les aspects environnementaux prennent de plus en plus d'importance dans le processus complexe de prise de décision.

Les progrès inexorables des techniques de laminage, ainsi que le développement de techniques de battage de palplanches plus efficaces, ont poussé les fabricants de tôles d'acier à améliorer l'efficacité de leurs produits, l'objectif étant de surpasser leurs concurrents. Par exemple, la réduction de poids entre les différentes générations de profils de palplanches de type Z ayant le même module de section est significative : la nouvelle AZ®-800, lancée en 2015, est plus de 25 % plus légère qu'une section BZ équivalente datant des années 1950.

De même, le système de parois en acier à module de section élevé HZ®-M a été lancé en 2008 et surpasse l'ancien système HZ des années 1970 d'au moins 10 % en termes de poids. Sa résistance maximale (module de section maximal) a été plus que doublée.

En outre, si l'on tient compte de l'augmentation de 30 % de la limite d'élasticité des qualités d'acier actuelles, la masse d'acier nécessaire pour construire exactement la même structure de palplanches a diminué de plus de 50 % au cours des dernières décennies !

Protection contre la corrosion

La corrosion est l'un des paramètres clés pour l'optimisation d'une structure en acier dans un environnement marin. Il est difficile d'estimer la réduction de l'épaisseur d'un élément en acier dans l'eau de mer, car de nombreux paramètres influencent le phénomène de corrosion. Ces paramètres peuvent également varier au cours de la durée de vie de la structure. Pour améliorer la durabilité, de nouvelles nuances d'acier sont apparues ces dernières années, spécifiquement pour les applications marines. Sur la base de plus de 15 ans d'exposition d'échantillons d'acier à l'eau de mer dans un port britannique, les taux de corrosion mesurés de la nuance d'acier AMLoCor® dans la zone de basses eaux et dans la zone d'immersion permanente sont jusqu'à 5 fois inférieurs à ceux de l'acier au carbone standard.

AMLoCor a reçu un accord technique national allemand, de sorte que même s'il contient plus d'alliages qu'un acier standard utilisé dans la construction, il peut être conçu conformément aux normes internationales de conception de l'acier. Par exemple, environ 4 000 tonnes de palplanches en AMLoCor ont été installées dans le nouveau terminal unitaire du port de Koege, au Danemark, en 2016.

La réduction des taux de corrosion permet d'alléger les sections de palplanches et d'éviter l'utilisation de revêtements. Il s'agit d'une situation gagnant-gagnant typique pour l'environnement.

Recyclabilité, EPD et ACV

L'acier est durable et résistant, mais il possède une autre propriété exceptionnelle : il peut être recyclé à l'infini. Le recyclage préserve les ressources naturelles et contribue ainsi à un monde plus durable. L'acier est un matériau respectueux de l'environnement et 100 % de l'acier d'une structure peut être récupéré et recyclé.

Le challenge dans la construction portuaire réside dans le fait que les anciennes structures ne sont pas toujours démantelées, mais dans quelques décennies, la récupération des différents matériaux de construction en vue d'un traitement ultérieur, de préférence le recyclage, sera une idée naturelle pour tout maître d'ouvrage. Le secteur de la construction prend déjà en compte des critères environnementaux, par exemple dans la certification des bâtiments « verts » (labels tels que LEED, BREEAM, etc.). Il convient de noter que certaines administrations européennes mettent déjà en œuvre des critères durables dans leurs appels d'offres de travaux publics, sur la base de la « Directive 2014/24/UE du parlement européen et du conseil du 26 février 2014 sur les marchés publics ». L'une des méthodes consiste à monétiser les différents critères durables, par exemple en accordant des crédits sur la base d'une ACV (les matériaux respectueux de l'environnement obtiennent davantage de crédits).

La difficulté de comparer des solutions alternatives d'un point de vue environnemental réside dans le manque d'informations fiables sur les impacts environnementaux de chaque matériau. Les effets de l'installation, de la phase d'utilisation et, après sa durée de vie, du recyclage, ne sont pas faciles à calculer. Les principaux facteurs contribuant à l'impact environnemental d'une structure doivent être analysés au moyen d'une analyse du cycle de vie (ACV) conforme aux normes ISO, en tenant compte de toutes les phases de la structure, y compris le recyclage des matériaux.

Une déclaration environnementale de produit (EPD) pour un produit spécifique (usage spécifique) simplifie ces comparaisons. Elle consiste en une ACV utilisant des données fournies par une ou plusieurs usines de production (aciéries et laminoirs) pour des produits spécifiques. Les hypothèses sur les taux de réutilisation et de recyclage dépendent de l'utilisation des produits. Les palplanches en acier peuvent être réutilisées plusieurs fois pour des applications temporaires, mais la plupart d'entre elles sont utilisées dans des structures permanentes pour une durée de vie allant de 30 à 100 ans. Certains modules, comme la production du berceau à la porte (modules A1 à A3 de la norme EN 15804), sont obligatoires. D'autres sont laissés au choix du fabricant.

ArcelorMittal montre la voie en étant le premier fabricant de palplanches en acier à avoir publié une EPD évaluée par des tiers conformément aux dernières normes ISO et EN pour les produits en acier en 2016, et une EPD plus spécifique pour les EcoSheetPiles™, qui sont des palplanches fabriquées exclusivement à partir de ferraille par la voie d'un four électrique à arc (FEA), en juin 2018.

La prochaine étape dans l'industrie devrait être le développement d'outils et de calculateurs plus conviviaux pour effectuer la comparaison des ACV avec différents matériaux. Il est important de mentionner que les ACV doivent comparer les alternatives pour la même unité fonctionnelle.

Les ACV réalisées par ArcelorMittal dans le passé ont montré que pour quelques configurations de murs de quai, l'acier a une empreinte environnementale inférieure à celle des matériaux alternatifs, à condition que les éléments en acier soient récupérés et recyclés après la durée de vie de la structure.

À titre d'exemple, le graphique ci-dessous montre une ACV simplifiée pour le paramètre « potentiel de réchauffement planétaire » (CO2) en utilisant des hypothèses réalistes pour un projet au Danemark où 2 235 tonnes de palplanches fabriquées à Belval, au Luxembourg, ont été transportées par rail jusqu'à Anvers, en Belgique (environ 328 km), puis par bateau jusqu'à Kalundborg, au Danemark (environ 1 285 km). Il peut y avoir d'énormes différences entre les EPD et les hypothèses formulées dans une ACV pour un projet spécifique. Il est clair que le transport a un impact très faible sur l'empreinte carbone globale de la solution. L'installation, l'entretien et le démontage peuvent également être négligés la plupart du temps (ils ne sont pas représentés sur le graphique). Le graphique suivant est basé sur un taux de recyclage de 99% de l'acier et aucune réutilisation.

Le paramètre clé est sans aucun doute le taux de réutilisation et de recyclage. La voie du four à arc électrique (FEA) réduit considérablement l'impact environnemental d'une solution à base de palplanches. Le module D tient compte de l'influence de la réutilisation et du recyclage de l'acier, mais comme il n'est pas obligatoire de le déclarer, certaines autorités ne le prennent pas en compte dans l'ACV. À notre avis, le module D devrait toujours être pris en compte, ce qui est dorénavant le cas pour la norme européenne EN 15804-A2 de 2019.

Contribuer à l'économie circulaire

Enfin, une expression à la mode aujourd'hui est l'économie circulaire, qui englobe la réutilisation des produits et des matériaux, réduisant ainsi le gaspillage des ressources naturelles. Les palplanches en acier ont été un précurseur car elles peuvent être réutilisées plusieurs fois pour des excavations temporaires avant d'être mises au rebut et sont parfois même réutilisées dans des structures permanentes. Nous avons vu des palplanches en acier qui ont été utilisées jusqu'à 10 fois. La location de palplanches en acier contribue également à l'économie circulaire (réutilisation).

La durabilité est un objectif clé pour les nouvelles infrastructures portuaires à l'avenir. Ce sera un challenge, c'est certain, et les solutions innovantes en matière d'acier peuvent certainement contribuer à la réalisation de cet objectif crucial.

Texte :
João Martins, ArcelorMittal Sheet Piling (VII Congreso Nacional de la Asociación Técnica de Puertos y Costas, 2019)
Constructalia (introduction, intitulés)

Photos :
© ArcelorMittal Sheet Piling

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Source

La première FDES (Fiche de Déclaration Environnementale et Sanitaire) individuelle dédiée aux palplanches en acier a été publiée en septembre 2023 par ArcelorMittal sur la base de données française INIES. La FDES couvre les palplanches EcosheetPile™ Plus (XCarb®), qui sont produites avec de l'acier issu de la voie secondaire dans des fours électriques à arc (FEA) à partir de près de 100 % de ferraille et avec 100 % d'électricité renouvelable (sources éoliennes et solaires) pour toutes les phases de production dans nos usines.

Les avantages d'une FDES

L'empreinte carbone, qui peut être exprimée en termes de PRG (Potentiel de Réchauffement Global), des modules A1-A3 (production) n'est que de 368 kg CO2-eq par tonne de produit fini (prêt à être installé), ce qui est environ 7 fois inférieur à celle des éléments de structure produits à partir de minerai de fer dans des hauts fourneaux.

L'avantage d'une FDES est qu'elle est conforme aux normes européennes et internationales et que les données sont vérifiées par un expert indépendant avant d'être publiées. La déclaration couvre tous les types de palplanches en acier produites dans les usines de Belval et Differdange (Luxembourg), ainsi que toutes les nuances d'acier de S240 GP à S500 GP (nouvelle norme EN 10248-1:2023).

Alors que les pouvoirs publics visent à réduire drastiquement les émissions de CO2, la gamme EcosheetPile™ Plus devrait rapidement trouver sa place dans le secteur des travaux publics et des infrastructures. Désormais, les entrepreneurs, bureaux d'études et investisseurs français peuvent comparer en toute transparence l'empreinte carbone d'une solution de palplanches ArcelorMittal (à l'aide des FDES) avec d'autres solutions équivalentes en acier (à l'aide de données génériques) ou d'autres matériaux grâce à l'analyse du cycle de vie (ACV).

La FDES EcosheetPile™ Plus comprend également des informations sur d'autres modules obligatoires :

- A4 pour le transport de l'usine au chantier, qui correspond à une moyenne pondérée de toutes les livraisons effectuées pendant l'année de référence (2021).
- A5 pour la pose, dont les données ont été agrégées à partir des données reçues des entreprises françaises de battage de pieux.
- C et D, qui prennent en compte la fin de vie et les bénéfices (ou charges) potentiels de la réutilisation et/ou du recyclage des palplanches en acier, un autre avantage considérable des solutions en acier.

Texte :
ArcelorMittal Sheet Piling

Photos :
ArcelorMittal Sheet Piling

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