Le manganèse, un métal polyvalent, trouve des applications dans diverses industries telles que la métallurgie (Sun et al., 2022), la fabrication de batteries (Song et al., 2023) et les domaines biomédicaux (Sisakhtnezhad et al., 2023). Actuellement, la demande mondiale croissante de véhicules électriques stimule la demande de batteries électriques, augmentant ainsi la demande de manganèse métallique (Maisel et al., 2023). Les données de 2022 sur la consommation de minerai de manganèse en Chine suggèrent une augmentation notable de l'utilisation du manganèse dans les batteries lithium-ion, dépassant la barre des 1 % (IMNI, 2023). La Chine se classe non seulement au quatrième rang mondial-producteur de minerai de manganèse, après l'Afrique du Sud, le Gabon (USGS, 2023) et l'Australie, mais occupe également la première place en tant que plus grand producteur de manganèse métal électrolytique (EMM) (DJ He et al., 2021 ; Li et al., 2023). La situation actuelle est que les entreprises de production d'EMM à grande échelle n'existent qu'en Chine et en Afrique du Sud. Depuis 2008, la Chine a constamment contribué à plus de 98 % de la production mondiale d’EMM, s’imposant ainsi comme le premier producteur mondial (Han et Wu, 2019).
La production de manganèse métallique par électrolyse représente une industrie de transformation caractérisée par une consommation élevée de ressources et d'énergie, une production de pollution importante, des coûts élevés et des bénéfices relativement faibles (Ning et al., 2010). La majorité des entreprises de production d'EMM en Chine sont concentrées dans le célèbre Triangle du manganèse, délimité par le Hunan, le Guizhou et Chongqing. Cependant, les entreprises de la région manquaient de sensibilisation à l’environnement, ce qui a entraîné d’importants dommages environnementaux et une pollution causée par ces entreprises (SC He et al., 2021). La pollution générée par la production industrielle d'EMM, notamment les résidus électrolytiques de manganèse, le rejet de Mn2+, et l’azote ammoniacal, constituent une menace sérieuse pour les écosystèmes et la santé humaine (Chen et al., 2022). Il est donc nécessaire d’évaluer de manière globale l’impact environnemental de la production d’EMM dans la région du Triangle du Manganèse afin de formuler des recommandations pour une production plus propre.
L'analyse du cycle de vie (ACV) constitue un outil puissant d'analyse environnementale, quantifiant systématiquement l'impact environnemental des produits, des processus ou des activités (ISO 14040, 2006). Largement appliquée dans divers secteurs, notamment l’agriculture (van der Werf et al., 2020), la construction (Rodrigues et al., 2023) et l’exploitation minière (Tao et al., 2022), l’ACV fournit une compréhension globale des implications environnementales. Pour l’industrie du manganèse métal, Westfall et al. (2016) ont collecté des données primaires auprès de 16 producteurs d’alliages de manganèse dans le monde et ont réalisé une ACV. Les résultats de l'étude montrent que le total GWP, AP et POCP pour 1 kg d'alliage de manganèse moyen était de 6 kg de CO.2éq, 45 g SO2eq, et 3 g C2H4éq, respectivement. Ning et coll. (2010) ont mené un bilan matière complet et une analyse des polluants de l’industrie EMM en Chine, révélant les sources et les destinations des principaux polluants. Cependant, leur étude n’a pas abordé l’aspect du changement climatique. Peng et coll. (2011) ont utilisé l'ACV pour comparer les impacts environnementaux de la production d'EMM en Chine et en Afrique du Sud, en se concentrant uniquement sur le potentiel de réchauffement climatique et le potentiel d'acidification. Davourie et coll. (2017) ont réalisé une ACV pour évaluer les émissions de particules lors de la production d’alliages de manganèse. Les résultats ont révélé que 66 % des émissions de particules liées à la production-se produisent en dehors des installations de manganèse, les émissions directes ou sur-site représentant 34 % des émissions totales de particules. Cependant, il n’a étudié que les particules et n’a pas étudié les autres polluants. Farjana et al. (2019) ont mené une analyse ACV sur la production de minerai de manganèse basée sur la base de données Ecoinvent, mais n'ont pas couvert la partie électrolyse ultérieure du concentré de manganèse. Zhang et coll. (2020) ont mené une analyse ACV détaillée sur la production d'EMM en Chine, mais les données sélectionnées sur l'exploitation minière et l'électrolyse ne provenaient pas de la même entreprise, ce qui entraîne des écarts spatiaux. De plus, la majorité des études existantes concernant l’EMM se sont principalement concentrées sur l’analyse de ses polluants. Par exemple, Zhang et al. (2023) ont étudié la situation de la pollution par les métaux lourds (Mn, Zn, Pb et autres) dans une zone industrielle EMM du nord de la Chine et son environnement. Sun et coll. (2020) ont utilisé la récupération des ressources en soufre à partir des résidus de manganèse électrolytique grillés et du minerai de manganèse désulfuré pour la production propre de manganèse électrolytique. Xu et coll. (2014) ont proposé une méthode complète de traitement des eaux usées pour la production d'EMM à travers une étude sur le bilan hydrique des entreprises d'EMM. En conclusion, la Chine manque actuellement d'une étude ACV complète et de haute qualité sur les impacts environnementaux de la production d'EMM. Pour répondre à ce problème, cette étude a sélectionné l’entreprise de production de manganèse électrolytique la plus représentative du Triangle du manganèse, la région possédant les gisements de manganèse les plus riches de Chine. Une ACV a été réalisée sur la production électrolytique de manganèse depuis l’étape d’extraction jusqu’à l’étape d’électrolyse.
Cette étude vise à (1) analyser le fardeau environnemental de la production d'EMM dans la région du Triangle du manganèse en Chine à l'aide de la méthode ACV ; (2) obtenir les résultats quantitatifs de l'évaluation de l'impact du cycle de vie (LCIA) ainsi que les informations sur les incertitudes et identifier les principales catégories d'impact sur l'environnement ; (3) identifier les processus et substances clés, effectuer une analyse de sensibilité sur les processus clés et examiner le degré de variation des résultats de la LCIA ; (4) simuler divers scénarios énergétiques, comparer leurs impacts environnementaux correspondants et proposer des stratégies d'optimisation pour l'industrie de production de manganèse électrolytique en Chine. Après avoir effectué une ACV quantitative, analysez sous plusieurs perspectives, notamment la contribution, l'incertitude et la sensibilité, pour évaluer de manière exhaustive l'état actuel et les impacts environnementaux de la technologie de production d'EMM en Chine. Cette analyse vise à optimiser la consommation de ressources et d’énergie et à réduire l’intensité des émissions polluantes. Proposer des mesures techniques pour parvenir à une production EMM propre et efficace et pour construire un système énergétique vert et durable.
