Réponse directe : L’industrie chimique française est le 5ème émetteur industriel national avec environ 20 Mt CO₂/an (pétrochimie, raffinage, chimie de base, engrais). La décarbonation repose sur trois leviers complémentaires : l’électrification des procédés thermiques (chaudières, fours, colonnes de distillation), le bio-sourcing (remplacement des matières premières fossiles par de la biomasse et du CO₂ recyclé) et l’hydrogène vert (pour la production d’ammoniac et de méthanol). Pour une vision globale des enjeux de décarbonation industrielle, consultez notre guide complet sur la décarbonation de l’industrie française.
Points clés à retenir
- L’industrie chimique française émet environ 20 Mt CO₂/an (pétrochimie incluse), soit ~16 % des émissions industrielles nationales totales
- L’électrification des procédés peut réduire jusqu’à 40 % des émissions du secteur, mais est limitée par la disponibilité de chaleur haute température (>500 °C)
- Le bio-sourcing (biomasse, sucres, lignocellulose) peut remplacer 30 à 40 % des matières premières fossiles en chimie organique à l’horizon 2040-2050
- L’hydrogène vert est le levier clé pour la chimie des engrais (ammoniac) et du méthanol : 700 000 t H₂ gris/an à substituer en France
- Le recyclage chimique des plastiques (pyrolyse, gazéification) permet de produire des monomères recyclés sans recours aux ressources fossiles vierges
- Le Plan France 2030 alloue ~1 Md€ à la chimie verte ; les acteurs français clés sont Air Liquide, TotalEnergies, Arkema et Solvay
La chimie : 5ème émetteur industriel français (20 Mt CO₂/an)
L’industrie chimique est la deuxième industrie manufacturière française par le chiffre d’affaires (~80 Md€/an, données France Chimie 2023) et l’un des secteurs les plus intensifs en énergie et en émissions de carbone. Elle regroupe des sous-secteurs très divers — pétrochimie, chimie de base (acides, bases, gaz industriels), chimie fine et spécialités, engrais, plastiques et caoutchouc — dont les profils d’émissions et les leviers de décarbonation diffèrent sensiblement.
Au total, l’industrie chimique française émet entre 13 et 20 Mt CO₂/an selon le périmètre retenu (source Citepa 2023) :
- Raffinage : environ 8 à 9 Mt CO₂/an — premier sous-secteur émetteur. Concentré sur la vallée de la Seine (Normandie), l’étang de Berre (Bouches-du-Rhône) et Grandpuits (Seine-et-Marne).
- Pétrochimie (vapocraquage, BTX) : 3 à 4 Mt CO₂/an — production d’éthylène, propylène, benzène sur les sites de Lavéra (Bouches-du-Rhône), Dunkerque et Carling (Moselle).
- Chimie de base et spécialités : 3 à 5 Mt CO₂/an — chlore-soude, acide sulfurique, acide nitrique, polymères techniques.
- Engrais et ammoniac : 1 à 2 Mt CO₂/an — sites Yara France et Grand Paroisse (TotalEnergies) à Grande-Paroisse (Seine-et-Marne) et Pardies (Pyrénées-Atlantiques).
La chimie est soumise au marché carbone EU-ETS pour ses plus grands sites (≥ 25 000 t CO₂/an). La fin des quotas gratuits prévue entre 2026 et 2034 intensifie la pression économique à décarboner.
Électrification des procédés chimiques (chaudières vapeur, fours)
La production de vapeur industrielle représente environ 40 % des besoins énergétiques de l’industrie chimique française. Cette vapeur est encore majoritairement produite par combustion de gaz naturel et de fioul, générant des émissions directes (scope 1) significatives. L’électrification offre une voie de décarbonation directe, d’autant plus efficace en France grâce à un mix électrique bas-carbone (~50 g CO₂/kWh en 2024, contre 450 g/kWh en Allemagne).
Les technologies d’électrification disponibles pour la chimie :
- Pompes à chaleur industrielles haute température (PCHT) : peuvent produire de la vapeur jusqu’à 200 °C avec un COP de 2 à 3 (2 à 3 kWh de chaleur pour 1 kWh d’électricité). Adaptées à la distillation basse pression, au séchage, aux réacteurs de polymérisation. Coût d’investissement : 500 à 1 500 €/kW thermique. Exemples : Arkema (usine de Pierre-Bénite, Rhône) a installé une PCHT 4 MW en 2023 couvrant 20 % de ses besoins en vapeur basse pression.
- Chaudières électriques à résistances et à électrodes : produisent de la vapeur de 4 à 40 bar (143 à 250 °C). Rendement électrique proche de 99 %. Adaptées aux besoins de vapeur à pression modérée. BASF, Shell et TotalEnergies ont lancé en 2023 le programme « eSteam » pour accélérer le déploiement des chaudières électriques sur leurs sites européens.
- Fours électriques à résistances ou à induction : pour les procédés nécessitant des températures de 400 à 1 000 °C (reformage, craquage thermique, calcination). Le craqueur de vapeur électrique (e-steam cracker) développé conjointement par BASF, SABIC et Linde atteint 850 °C avec de l’électricité — testé en pilote à Ludwigshafen depuis 2023, potentiel de déploiement commercial à partir de 2030.
- Chauffage par micro-ondes et plasma : technologies de rupture pour des applications très spécifiques (synthèse de l’acétylène par plasma, réactions endothermiques ultrarapides). TRL 4-6, horizon de commercialisation 2030-2035.
Bio-sourcing : matières premières renouvelables (biomasse, CO₂)
Le bio-sourcing consiste à remplacer les matières premières fossiles (naphta, gaz naturel) par des matières premières renouvelables d’origine biologique. La chimie organique est construite sur le carbone : dans la chimie conventionnelle, ce carbone vient du pétrole ; dans la chimie biosourcée, il vient de la biomasse végétale, des co-produits agricoles ou du CO₂ atmosphérique capturé.
- Sucres et amidon (première génération) : le glucose issu de la betterave, du maïs ou de la canne à sucre peut être fermenté en acide lactique (PLA, bioplastique), en acide succinique (précurseur de polyesters biosourcés), en éthanol (solvant, carburant, précurseur de polyéthylène biosourcé PE-vert). Filière mature (TRL 9) mais en compétition avec les usages alimentaires.
- Lignocellulose (deuxième génération) : bois, paille, bagasse de canne à sucre. Plus abondante que les sucres alimentaires, cette biomasse est valorisée via la préhydrolyse + fermentation pour produire des éthanol 2G, ou via la pyrolyse pour produire des bio-huiles précurseurs d’aromatiques biosourcés (BTX bio). TRL 6-8. En France, le projet Futurol (IFPEN/ARD) et Deinove (rachetée par Afyren) ont développé des procédés de bioraffinerie lignocellulosique.
- CO₂ capturé (chimie du CO₂) : le CO₂ industriel capturé (CCU) peut être valorisé par réaction avec de l’hydrogène vert pour produire du méthanol de synthèse (CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O), du méthane de synthèse (SNG), ou des carburants synthétiques e-fuel. Air Liquide et TotalEnergies investissent dans cette filière. En Allemagne, le projet Carbon2Chem (ThyssenKrupp) valorise le CO₂ sidérurgique en méthanol et ammoniac — un modèle étudié pour les sites industriels français.
- Biotechnologies industrielles (enzymes, fermentation) : remplacement des réacteurs chimiques haute pression/haute température par des bioréacteurs à enzymes ou micro-organismes, opérant à température ambiante. Arkema utilise des procédés biotechnologiques pour produire de l’acide acrylique biosourcé (projet Rheabio). Roquette et Afyren produisent des acides organiques par fermentation.
Hydrogène vert comme matière première chimique
L’industrie chimique est de loin le premier consommateur d’hydrogène industriel en France, avec environ 700 000 t H₂/an, soit la moitié de la consommation nationale. Cet hydrogène est actuellement produit à 95 % par vaporeformage du gaz naturel (SMR — Steam Methane Reforming), un procédé émettant 9 à 12 kg de CO₂ par kilogramme d’hydrogène produit. La substitution par de l’hydrogène vert (électrolyse de l’eau par ENR, <1 kg CO₂/kg H₂) représente un levier de décarbonation massif mais coûteux.
Les deux applications chimiques prioritaires de l’hydrogène vert :
- Ammoniac vert (NH₃) : l’ammoniac est synthétisé à partir de N₂ et H₂ (procédé Haber-Bosch, 150-300 bar, 400-500 °C). Il est utilisé à 80 % pour produire des engrais azotés (urée, nitrate d’ammonium), secteur émet ~2 Mt CO₂e/an en France. L’ammoniac vert, produit avec de l’hydrogène vert, réduirait ces émissions de 80 à 95 %. Yara France (usite de Montoir-de-Bretagne) et TotalEnergies (Grande-Paroisse) étudient la transition vers l’ammoniac vert. Coût de l’ammoniac vert : ~700-900 €/t NH₃ vs 300-400 €/t pour l’ammoniac gris en 2026.
- Méthanol vert : le méthanol (CH₃OH) est produit à partir de CO + 2H₂ (procédé Methanol de BASF) ou CO₂ + 3H₂ (méthanol de synthèse). Il sert de solvant, de précurseur des colles formaldéhyde, de l’MTBE (additif carburant) et des carburants marins. L’hydrogène vert couplé au CO₂ capturé permet de produire du e-méthanol « power-to-methanol ». Maersk utilise du e-méthanol produit à partir d’H₂ vert danois pour ses navires GNL-méthanol.
En France, le programme Hydrogène France 2030 (9 Md€, dont 4 Md€ pour les électrolyseurs et l’infrastructure) prévoit de déployer 6,5 GW d’électrolyseurs d’ici 2030. Air Liquide et McPhy construisent les premiers électrolyseurs de grande puissance (100 à 200 MW) sur les pôles chimiques de Dunkerque et de la vallée de la Seine.
Économie circulaire : recyclage chimique et plasturgie
Le recyclage chimique des plastiques est une composante cruciale de la décarbonation de la chimie : en transformant des déchets plastiques en monomères ou hydrocarbures de synthèse, il permet de substituer des ressources fossiles vierges par des matières recyclées, réduisant ainsi les émissions de scope 3 de la chimie plasturgique.
Les technologies de recyclage chimique disponibles :
- Pyrolyse des plastiques mixtes : décomposition thermique (400-700 °C, sans oxygène) de plastiques non recyclables mécaniquement (polyoléfines, polystyrène) en huile de pyrolyse (naphta de pyrolyse) réinjectée dans les vapocraqueurs. TRL 8-9. Recycling Technologies (Royaume-Uni) et Plastic Energy (Pays-Bas, usine à Almería) opèrent des unités commerciales. En France, Valoregen (Valence, Drôme) et Quantafuel ont développé des unités de pyrolyse. TotalEnergies intègre du naphta de pyrolyse dans ses vapocraqueurs de La Mède et de Gonfreville.
- Gazéification des plastiques : conversion des plastiques en gaz de synthèse (syngas = CO + H₂) réutilisable comme matière première chimique. TRL 7-8. Permet de traiter des plastiques très souillés ou hétérogènes non traités par pyrolyse. Projet Syngas Green en cours à Lacq (Pyrénées-Atlantiques).
- Dépolymérisation chimique (solvolyse) : pour les plastiques techniques à structure définie (PET, polyamides, polycarbonate), des procédés chimiques (glycolyse, hydrolyse, aminolyse) dissolvent le polymère en monomères purifiés. Ces monomères recyclés sont chimiquement identiques aux monomères vierges — c’est le recyclage « bouteille à bouteille ». Itero (ex-Loop Industries, Québec) et Carbios (Clermont-Ferrand) opèrent cette technologie pour le PET avec une première usine commerciale annoncée pour 2025.
| Sous-secteur | Émissions Mt CO₂/an | Levier principal | Réduction potentielle | Horizon |
|---|---|---|---|---|
| Raffinage | ~8-9 Mt CO₂/an | Électrification four, H₂ vert pour désulfuration, reconversion biocarburants | -30 à -60 % | 2030-2040 |
| Pétrochimie (vapocraquage) | ~3-4 Mt CO₂/an | E-steam cracker, naphta biosourcé ou de pyrolyse | -50 à -80 % | 2030-2040 |
| Chimie fine et spécialités | ~3-5 Mt CO₂/an | Électrification procédés, biotechnologies, solvants verts | -40 à -70 % | 2025-2035 |
| Engrais et ammoniac | ~1-2 Mt CO₂/an | Ammoniac vert (H₂ vert + Haber-Bosch électrique) | -80 à -95 % | 2030-2040 |
Les acteurs français (Air Liquide, TotalEnergies, Arkema, Solvay)
Les grands groupes chimiques français ont chacun engagé des stratégies de décarbonation ambitieuses. Pour une analyse des secteurs industriels les plus intensifs en carbone, voir notre article sur la décarbonation de l’industrie lourde.
- Air Liquide : leader mondial des gaz industriels, Air Liquide est à la fois un gros consommateur d’énergie (électrolyse de l’air pour O₂, N₂, Ar) et un acteur central de l’hydrogène. Le groupe a investi plus de 8 Md€ dans l’hydrogène entre 2022 et 2035. Il construit plusieurs électrolyseurs de grande puissance : Bécancour (Canada, 20 MW PEM, opérationnel 2023), Oberhausen (Allemagne, 20 MW) et des projets en France dans le cadre de Normandie H2. Objectif : neutralité carbone du groupe en 2050.
- TotalEnergies : TotalEnergies opère 5 raffineries en France (Gonfreville, Donges, Feyzin, La Mède, Grandpuits) et plusieurs sites pétrochimiques. La reconversion de La Mède en bioraffinerie (2019) est emblématique : le site produit du HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) et de l’eHVO à base d’huiles végétales usagées. Grandpuits (Seine-et-Marne) a été reconverti en 2024 en site de production de SAF (carburant aviation durable) et de PLA biosourcé. TotalEnergies vise -30 % d’émissions brutes à périmètre constant en 2030 par rapport à 2015.
- Arkema : chimiste spécialisé dans les matériaux de haute performance, Arkema s’est fixé un objectif de -38 % d’émissions scope 1+2 en 2030 par rapport à 2019. Le groupe investit dans la bio-acrylique (acide acrylique biosourcé, projet Rheabio), le recyclage chimique des polymères techniques (polyamides, PVDF) et l’électrification des fours de ses usines françaises (Pierre-Bénite, Jarrie, Mont). Arkema a cédé ses activités polyamides intermédiaires à Domo Chemicals pour se concentrer sur la chimie de spécialités à plus faible intensité carbone.
- Solvay : chimiste belge-français, Solvay opère des sites majeurs en France (Tavaux pour la chimie chlorée, Dombasle pour la soude de Solvay). Objectif : net-zero en 2050. Le groupe développe la chimie du fluor bas-carbone (FKM, PTFE) et investit dans l’électrification des fours de soude. En 2024, Solvay s’est séparé de sa chimie de commodités (nouvelle entité Syensqo) pour se concentrer sur les matériaux de performance à haute valeur ajoutée et plus faible intensité carbone.
Plan France 2030 et PIIEC chimie verte
La France a déployé un écosystème de financement inédit pour la décarbonation de la chimie dans le cadre du Plan France 2030 :
- Volet Chimie verte France 2030 (~1 Md€) : géré par l’ADEME et BPI France, cet axe finance les projets de biotechnologies industrielles, chimie biosourcée, recyclage chimique et nouveaux procédés bas-carbone. Les AMI « Chimie verte et biotechnologies » ont soutenu des projets comme Afyren (acides organiques biosourcés), Carbios (enzymes de dépolymérisation PET) et Deinove/Afyren à Clermont-Ferrand.
- PIIEC Hydrogène (Hy2Tech, Hy2Use, Hy2Infra) : les PIIEC (Projets Importants d’Intérêt Européen Commun) permettent aux États membres de contourner les règles habituelles d’aides d’État pour financer des projets stratégiques transfrontaliers. Hy2Use (production industrielle d’H₂ vert) et Hy2Infra (infrastructure H₂) bénéficient à des acteurs français : Air Liquide, McPhy, Lhyfe, Elogen. Ces PIIEC représentent plusieurs centaines de millions d’euros d’aides publiques françaises.
- AMI Décarbonation de l’Industrie (ADEME) : les sites chimiques consommant >10 GWh/an d’énergie peuvent bénéficier d’un accompagnement ADEME pour la réalisation d’un diagnostic de décarbonation et d’une aide à l’investissement couvrant 20 à 50 % des surcoûts d’investissement par rapport à la solution fossile de référence.
- CEE (Certificats d’Économie d’Énergie) : les fiches CEE « Chaleur fatale », « Pompes à chaleur haute température » et « Audit énergétique » sont directement mobilisables par les sites chimiques. Le programme CEE « Tremplin pour la transition énergétique des TPE/PME » et le programme PROFEEL complètent le dispositif pour les petites installations chimiques.
- Horizon Europe — Partenariat Processes4Planet : ce partenariat public-privé (300 M€ UE + 800 M€ industrie sur 2021-2030) finance la R&D en chimie propre : électrification des procédés, solvants verts, intensification des procédés (microréacteurs, chimie continue), séparation par membranes. Des laboratoires français (IFPEN, CEA LETI, C2P) et industriels (TotalEnergies, Arkema) y participent.
En résumé
La chimie verte et la décarbonation industrielle de la chimie française s’appuient sur trois piliers technologiques complémentaires. L’électrification des procédés (pompes à chaleur haute température, chaudières électriques, e-steam crackers) peut réduire de 40 % les émissions des procédés thermiques, en tirant parti du mix électrique bas-carbone français. Le bio-sourcing — substitution des matières premières fossiles par de la biomasse, des sucres fermentescibles ou du CO₂ recyclé — offre une décarbonation des scope 3 et permet de produire des molécules chimiques renouvelables. L’hydrogène vert est le levier incontournable pour les 700 000 t/an d’hydrogène gris de la chimie française (ammoniac, méthanol, désulfuration), avec un potentiel de -80 à -95 % d’émissions sur ces applications. Air Liquide, TotalEnergies, Arkema et Solvay mènent ces transformations avec des objectifs 2030-2050 ambitieux, soutenus par le milliard d’euros France 2030 dédié à la chimie verte, les PIIEC hydrogène et le programme Horizon Europe Processes4Planet. La chimie verte française est en train de passer d’un concept de niche à une réalité industrielle à grande échelle.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que la chimie verte et en quoi diffère-t-elle de la chimie conventionnelle ?
La chimie verte désigne l'ensemble des procédés et matières premières chimiques qui réduisent ou éliminent les substances dangereuses et les émissions de gaz à effet de serre tout au long du cycle de vie des produits chimiques. Elle repose sur 12 principes fondamentaux formulés par les chimistes Paul Anastas et John Warner en 1998 : prévention des déchets, économie d'atomes, synthèses moins dangereuses, conception de produits plus sûrs, utilisation de solvants et auxiliaires plus sûrs, efficacité énergétique, utilisation de matières premières renouvelables, réduction des dérivés, catalyse, dégradabilité, analyse en temps réel pour la prévention de la pollution, et chimie intrinsèquement plus sûre. En pratique, la chimie verte se distingue de la chimie conventionnelle principalement par le remplacement des matières premières fossiles (pétrole, gaz, charbon) par des matières premières renouvelables (biomasse, CO₂ recyclé), l'élimination des solvants chlorés, et l'utilisation de procédés catalytiques sélectifs moins énergivores.
L'électrification des procédés chimiques est-elle techniquement faisable ?
Oui, l'électrification des procédés chimiques est techniquement faisable pour une large part des besoins thermiques du secteur. Les pompes à chaleur industrielles haute température (HP-HT) peuvent aujourd'hui atteindre des températures jusqu'à 200-220 °C, couvrant les besoins de chauffage des colonnes de distillation, sécheurs et réacteurs basse température. Pour les besoins à plus haute température (jusqu'à 500-600 °C), les chaudières électriques à résistances et les systèmes à induction électromagnétique sont disponibles commercialement. BASF et Siemens Energy ont développé un craqueur de vapeur (steam cracker) électrique pilote permettant de produire de l'éthylène avec de l'électricité au lieu de combustibles fossiles : les tests réalisés à Ludwigshafen (2023) montrent une faisabilité technique avec -90 % d'émissions CO₂ par rapport au craqueur fossile. En France, le projet ELEC-GAS (ADEME/IFP Energies Nouvelles) explore l'électrification des vapocraqueurs de la pétrochimie de l'étang de Berre (TotalEnergies, LyondellBasell).
Le bio-sourcing peut-il vraiment remplacer les matières premières fossiles en chimie ?
Le bio-sourcing peut remplacer les matières premières fossiles pour environ 30 à 40 % de la chimie organique dans un horizon 2040-2050, selon les estimations de l'IFPEN (IFP Énergies Nouvelles) et de l'AIChE (American Institute of Chemical Engineers). Les filières les plus matures concernent les sucres et amidon (glucose fermenté en éthanol, acide lactique, acide succinique, acide itaconique) pour la chimie des solvants et des polymères biosourcés. La cellulose et la lignine (co-produits de la filière bois) permettent de produire des aromatiques biosourcés (BTX : benzène, toluène, xylène) et des fibres. Le CO₂ (capturé industriellement ou atmosphérique) peut être valorisé par électrosynthèse ou fermentation microbienne pour produire du méthanol, de l'éthanol ou de l'acide acétique — c'est la voie de la chimie du CO₂. La principale contrainte du bio-sourcing est la disponibilité durable de la biomasse : à l'échelle mondiale, la biomasse agricole et forestière disponible sans empiéter sur les surfaces alimentaires est estimée à 200 à 300 EJ/an, ce qui est insuffisant pour remplacer l'intégralité des 6 Gt de matières fossiles consommées par l'industrie mondiale.
Quel est le rôle de l'hydrogène vert dans la chimie (ammoniac, méthanol) ?
L'hydrogène vert joue un rôle central dans la décarbonation de la chimie car la filière est aujourd'hui le premier consommateur industriel d'hydrogène en France (~700 000 t H₂/an) et en Europe (~10 Mt H₂/an). Cet hydrogène est actuellement produit à 95 % par vaporeformage du gaz naturel (SMR) émettant ~10 kg CO₂/kg H₂ — on parle d'hydrogène gris. Son remplacement par de l'hydrogène vert (électrolyse de l'eau par électricité renouvelable, <1 kg CO₂/kg H₂) est l'un des leviers de décarbonation les plus massifs du secteur. Les deux applications chimiques clés : l'ammoniac (NH₃, synthèse Haber-Bosch : N₂ + 3H₂ → 2NH₃) qui représente ~50 % de la consommation mondiale d'hydrogène et sert à produire des engrais azotés ; et le méthanol (CO + 2H₂ → CH₃OH) utilisé comme solvant, carburant et précurseur de nombreux plastiques. En France, Air Liquide et TotalEnergies développent des unités d'électrolyse pour produire de l'hydrogène vert sur leurs sites (Normandie H2, H2Med). Air Liquide a inauguré en 2023 à Bécancour (Canada) le plus grand électrolyseur PEM au monde (20 MW, 8,2 t H₂/jour).
Comment la France finance-t-elle la transition vers la chimie verte ?
La France dispose de plusieurs mécanismes de financement dédiés à la chimie verte. Le Plan France 2030 consacre environ 1 Md€ à la chimie verte et aux biotechnologies industrielles, géré conjointement par l'ADEME (AMI Chimie verte et biotechnologies) et BPI France (garanties et prêts bonifiés). L'ADEME soutient également les projets d'électrification des procédés chimiques via le Programme d'Investissements Avenir (PIA) et les appels à projets "Procédés Industriels". Les PIIEC (Projets Importants d'Intérêt Européen Commun) dans les domaines de l'hydrogène vert (Hy2Use, Hy2Infra) et des technologies propres (European Batteries, IPCEI Semi-conducteurs) permettent aux industriels français de recevoir des aides d'État dérogeant aux règles habituelles d'encadrement des aides (jusqu'à 100 % des coûts de R&D). Le programme Horizon Europe (2021-2027, 95 Md€ total) finance des projets collaboratifs en chimie verte via les partenariats "Processes4Planet" et "Clean Hydrogen JU". Enfin, les CEE (Certificats d'Économie d'Énergie) financent les investissements d'efficacité énergétique dans la chimie (isolation, récupération chaleur fatale, optimisation procédés).