Définition
La réduction directe du minerai de fer par l'hydrogène (DRI pour Direct Reduced Iron) est un procédé sidérurgique permettant de transformer le minerai de fer en fer spongieux sans passage par la phase liquide du haut-fourneau traditionnel. L'hydrogène gazeux (H₂) remplace le monoxyde de carbone (CO) comme agent réducteur, réaction chimique se produisant à des températures de 800 à 900 °C.
Principes du procédé
Dans les fours à cuve ou les réacteurs à lit fluidisé, l'hydrogène réduit les oxydes de fer (Fe₂O₃ et Fe₃O₄) selon la réaction : Fe₂O₃ + 3 H₂ → 2 Fe + 3 H₂O. Le produit final, le fer réduit direct (DRI), contient typiquement 92 à 96 % de fer métallique, avec une teneur en oxygène résiduel de 1 à 3 %. Cette matière première peut ensuite être fondue dans un four électrique à arc (FEA) pour produire l'acier.
Performances environnementales
Lorsque l'hydrogène provient d'électrolyse alimentée par électricité renouvelable, les émissions de CO₂ du procédé DRI chutent à 0,5 à 1,5 tonne de CO₂ par tonne de fer réduit, contre 1,8 à 2,5 tonnes en voie traditionnelle haut-fourneau-convertisseur. Les installations actuelles réduisent les émissions spécifiques à environ 2,0 kg CO₂/kg DRI avec hydrogène de source mixte ou partiellement décarbonée.
Matériaux et qualités
Le fer réduit direct se présente sous forme de pellets ou de briquettes (HBI pour Hot Briquetted Iron, 6 à 10 % d'humidité) facilitant le transport et le stockage. La composition chimique du DRI dépend du minerai source et du procédé : silice (SiO₂) 1 à 3 %, alumine (Al₂O₃) 0,5 à 2 %, chaux (CaO) 0,1 à 0,5 %, soufre <0,05 %. La densité apparente des pellets DRI varie de 2,4 à 2,8 t/m³.
Applications et intégration
Le DRI constitue une charge idéale pour les fours électriques, permettant une réduction de 30 à 50 % de la consommation électrique par rapport à la fusion de ferraille. Il s'intègre dans des gammes d'acier de qualité courante (S235, S275, S355) et d'aciers alliés. Les aciéries européennes et du Moyen-Orient exploitent déjà ce procédé à l'échelle industrielle.
Cadre réglementaire et perspectives
Le Règlement délégué (UE) 2023/1775 relatif aux critères de durabilité du secteur sidérurgique reconnaît le DRI comme solution bas-carbone. La directive ETS-II (Système d'échange de quotas d'émission, révision 2024) intègre désormais les émissions de la sidérurgie avec une trajectoire de neutralité carbone à l'horizon 2050. Le coût de production du DRI reste sensible au prix de l'hydrogène bas-carbone, actuellement entre 3 et 6 €/kg selon la technologie d'électrolyse et la région.