La France concentre plusieurs fonderies dans ses régions, au premier rang desquelles, le Grand Est et son territoire de Champagne-Ardenne. Pour la préparation des moules et des noyaux, cette industrie consomme des milliers de tonnes de sable chaque année. Après plusieurs utilisations, le matériau est noirci mais non dangereux, le plus souvent stocké ou enfoui. Pourtant, des solutions de traitement pourraient remédier à ce gâchis et profiter à d’autres industries. C’est le cas en Haute-Marne où des travaux sur la régénération et la valorisation dans le béton sont en cours.

Le territoire recouvrant l’ancienne région Champagne-Ardenne se trouve au premier rang national pour la production de pièces forgées. Dans une démarche de développement durable soutenue par Acappi (Association ChampArdennaise pour la Promotion et la Performance de l’Industrie), le fonds Feder, la Direccte, la Région, l’Ademe et l’UIMM (Union des industries et métiers de la métallurgie), une vingtaine de forges et fonderies champ-ardennaises mènent depuis plusieurs années des actions collectives pour réduire leur impact carbone. En Haute-Marne, une dizaine de fonderies produisent des pièces automobiles, des contre-poids de grues, des engrenages pour les systèmes d’ascenseurs, des pièces de tunneliers, de la boulonnerie. Cela représente pour ce bassin industriel, la consommation de 50 000 tonnes de sable par an, sans compter les stocks historiques estimés à deux millions de tonnes. Ce sable, si précieux pour la fabrication des moules et des noyaux provient principalement des carrières de Fontainebleau.

Après quatre à cinq utilisations, le sable, inerte à 50 % du flux, est stocké sur les sites industriels ou mis en décharge. En 2014, un programme de caractérisation des sables de fonderies au niveau national a été mené par le CTIF (Centre technique des industries de fonderie) avec l’aide de la Fédération Forge Fonderie. Cette campagne de mesures a permis de dresser un état des lieux de la qualité environnementale des sables pour une valorisation en techniques routières et de rehausser des valeurs limites réglementaires. Depuis, plusieurs travaux ont été publiés pour favoriser ce type de valorisation, dont le guide du Cerema paru en septembre 2019. Les fonderies espèrent ainsi que ce document officiel boostera la commande publique et les entreprises de Travaux Publics pour faciliter la valorisation des sables de fonderie en techniques routières. De son côté, l’association Acappi, lauréate d’un appel à projets économie circulaire en 2018, porté par l’Ademe, l’Agence de l’Eau Rhin-Meuse et la Région Grand Est, a choisi de lancer deux études de faisabilité sur l’intégration de sable de fonderie dans du béton et la régénération des sables en fonderie.

L’industrie du béton gagnante

Chacun au service d’un secteur, le Cerib (Centre d’études et de recherches de l’industrie du béton) et le CTMNC (Centre Technique des Matériaux Naturels de Construction) se sont penché sur la caractérisation des sables (composition chimique, granulométrie) qui diffèrent selon les fonderies. « Ce matériau est composé majoritairement de silice, de pigment, d’argile, et intéresse aujourd’hui certains fabricants de mobilier urbain en béton, car sa couleur foncée liée à la présence de pigments noirs permet un gain économique à l’industriel non négligeable » explique Clément Lecolle, chargé de mission Ecologie Industrielle & Territoriale pour Acappi. Le Cerib a ainsi entamé une nouvelle étude de caractérisation en mars 2019, dont les résultats sont attendus en février 2020. Elle porte sur les différentes applications possibles dans le béton prêt à l’emploi et préfabriqué. L’objectif est d’intégrer un sable de qualité et homogène dans le process de fabrication du béton, certifié par le Cerib. « C’est une garantie pour les industriels de sécuriser ainsi la matière première, souligne Clément Lecolle. A ce jour, quelques cimentiers de la région de Saint-Dizier et de Reims sont prêts à valoriser ces matériaux sur leur site, moyennant quelques modifications techniques et investissements. Le sable est ainsi mélangé en substitution de matériaux vierges, dans le clinker ».

Plusieurs essais chez les fabricants seront néanmoins nécessaires avant d’imaginer la publication par le Cerema, le CTIF et le Cerib, d’un guide de valorisation des sables de fonderie dans le béton. A terme, cette solution devrait conduire à une réduction des coûts de traitement du sable et de transport pour les entreprises partenaires de l’expérimentation. Grâce à l’identification d’un fabricant de béton local et volontaire, la mise en oeuvre d’une filière de traitement pourrait remettre en fonctionnement une ligne de production d’éléments préfabriqués en béton et réduire le volume de sable brut extrait de carrières ainsi que la quantité de sables usagés enfouis. L’autre piste envisagée, est celle d’une incorporation de sables dans la fabrication de tuiles et de briques. Un partenariat est envisagé en 2020 avec l’entreprise Edilians, basée à Pargny-sur-Saux dans la Marne, spécialisée dans les produits de toitures en terre cuite.

Réemploi en sable de fonderie

Parallèlement aux débouchés dans l’industrie cimentière, la régénération de sables en vue d’une réutilisation en fonderie est étudiée de près. Deux cabinets de conseil ont été missionnés pour réaliser une analyse réglementaire, environnementale et économique ainsi que la formalisation du business plan de l’étude. Des essais ont été réalisés dans une fonderie du groupe PSA dans l’Allier, disposant d’une installation spécifique de régénération. L’opération consiste à enlever la croûte d’argile sur le sable de fonderie par écoulement entre deux meules. L’usure mécanique permet alors d’obtenir d’un côté, un sable très propre et prêt à l’emploi et de l’autre, un résidu de poussière d’argile. A l’issue du traitement, 70 % des sables régénérés peuvent être réutilisés en fonderie ; le reste est constitué de déchets dits « ultimes », sur lesquels une nouvelle étude de caractérisation et de débouchés est en cours.

Pour envisager le déploiement de la régénération aux fonderies champ-ardennaises, Acappi a dû surmonter cependant quelques difficultés liées à la propriété intellectuelle de la machine. L’unité de régénération de PSA, opérationnelle depuis 2014 est issue d’un brevet japonais et du constructeur britannique Omega. Mais en 2018, le procédé est racheté par un constructeur allemand, HWS. Le brevet tombe alors dans le domaine public et l’installateur français de l’unité de PSA décide de développer sa propre machine de régénération, tandis que HWS construit une unité pilote. Avec une nouvelle répartition des acteurs de la régénération, la situation semble aujourd’hui s’éclaircir pour les fonderies françaises. Dans les Ardennes, plusieurs fonderies de petite taille envisagent l’utilisation d’une unité mobile, construite par le fabricant français EPC, tandis que les trois grandes fonderies de Haute-Marne souhaitent investir chacune dans quatre unités de régénération, fournies par le constructeur HWS. Il s’agit d’un investissement d’environ trois millions d’euros pour chaque installation, qui devrait être assez vite amorti, compte tenu des tonnages de sables utilisés sur chaque site (entre 15 et 20 000 tonnes par an). Le constructeur allemand pourrait livrer ces installations d’ici un à deux ans.

Au regard des études et des expériences concluantes menées sur son territoire, Acappi imagine le développement de solutions de valorisation dans d’autres régions. Les fonderies du Grand Ouest et du bassin rhodanien ont déjà montré leur intérêt pour ces nouvelles applications, avec la garantie de pérenniser des synergies industrielles locales et durables.

Crédit : Acappi

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