La production de ciment vert s’intensifie – et pourrait réduire l’empreinte carbone de la construction
Outre l’eau, le béton est le matériau le plus utilisé au monde, avec environ 14 milliards de mètres cubes utilisés chaque année. Sur cette somme, 40 % sont utilisés pour construire des logements où les gens peuvent vivre.
Si vous deviez couler cette quantité de béton pour obtenir une dalle de dix centimètres d’épaisseur, elle couvrirait toute l’Angleterre et environ la moitié du Pays de Galles. Aux États-Unis, le même montant couvrirait l’État de New York.
Mais la production de béton libère du dioxyde de carbone (CO₂), l’un des gaz à effet de serre à l’origine du changement climatique. Environ 90 % des émissions associées au béton proviennent de la production de ciment Portland – cette fine poudre grise, la partie qui lie les ingrédients du béton entre eux, doit son nom à sa ressemblance avec la pierre de l’île de Portland, dans le Dorset. Le ciment Portland représente 7 à 8 % des émissions directes mondiales de CO₂.
La production d’un ciment à faible teneur en carbone, plus durable et plus rentable, souvent surnommé « ciment vert », se développe. Une nouvelle usine à côté d'une cimenterie existante à Redding, en Californie, produira environ 15 000 tonnes de ciment à faible teneur en carbone chaque année. Cela pourrait être utilisé pour fabriquer environ 50 000 mètres cubes de béton, soit moins de 0,0004 % de la production mondiale de béton.
À Redding, l'entreprise de technologie des matériaux Fortera transforme le CO₂ capturé lors de la production conventionnelle de ciment en ciment vert prêt à l'emploi, une forme de carbonate de calcium. Cela pourrait réduire les émissions de carbone du ciment de 70 % sur une base tonne pour tonne, selon Fortera.
Un problème concret
Les gens utilisent le béton depuis plus de 2 000 ans en mélangeant du gravier, du sable, du ciment, de l’eau et, parfois, des produits chimiques synthétiques. Il est utilisé pour tout créer, des chemins et ponts aux bâtiments et tuyaux.
Actuellement, l’UE utilise plus de deux tonnes de béton par personne et par an, dont 325 kg de ciment. Cela équivaut à la quantité de nourriture qu'un Européen moyen consomme en cinq mois.
La production de ciment est un processus gourmand en énergie et les émissions de gaz à effet de serre sont difficiles à réduire. Lorsque le calcaire est chauffé dans un four, souvent alimenté au charbon, près de la moitié de ce calcaire est perdu sous forme d'émissions de CO₂.
Cela se produit parce que le calcaire (carbonate de calcium) se décompose sous l’effet de la chaleur pour former du clinker, un mélange d’oxyde de calcium et de CO₂. Pour chaque tonne de ciment Portland ordinaire fabriquée, 0,6 à 0,9 tonne de CO₂ sont rejetées dans l’atmosphère.
De nombreuses industries dépendent de ce matériau. Le principal défi auquel est confrontée l’industrie du ciment est de réduire les émissions de CO₂ tout en répondant à la demande mondiale.
Ainsi, en plus de développer de nouvelles technologies, la production de ciment à faible émission de carbone doit être établie à l’échelle mondiale pour répondre aux besoins en infrastructures requis par les pays économiquement en développement.
Alternatives bas carbone
D’autres moyens de réduire l’empreinte carbone du béton incluent l’utilisation de cendres volantes (un sous-produit de la combustion du charbon dans les centrales électriques) ou de scories (un sous-produit de la production d’acier) pour remplacer partiellement le ciment Portland.
Cependant, les sources de ces matériaux diminueront à mesure que d’autres industries se décarboneront. Au fil du temps, moins de minerai de fer sera utilisé pour produire de l'acier, car davantage d'acier sera produit à partir du recyclage de l'acier existant, ce qui entraînera moins de scories disponibles.
Les stratégies actuelles de décarbonation du ciment et du béton reposent largement sur l’utilisation de technologies de captage et de stockage du carbone pour capter les émissions inévitables des cimenteries.
Ainsi, la production de ciment à faible émission de carbone ne nécessite pas nécessairement le remplacement de toutes les usines de production de ciment en activité. Les installations de cimenterie à faible émission de carbone peuvent être modernisées pour capter les émissions de CO₂ émises par la fabrication du ciment conventionnel. Les usines peuvent également utiliser le CO₂ capturé dans le ciment qu’elles produisent ou comme produit pour les industries alimentaires et chimiques.
En Norvège, Heidelberg Materials construit une usine de captage et de stockage du carbone à l'échelle industrielle dans une cimenterie qui pourrait capter et stocker environ 400 000 tonnes de CO₂ par an, soit la moitié des émissions de l'usine existante.
Cependant, cette technologie a un coût d’investissement élevé pour les producteurs de ciment. Le CO₂ capté peut être stocké sous terre, mais cela nécessite des caractéristiques géologiques spécifiques qui ne sont pas garanties sur les sites de production de ciment.
Les émissions de gaz à effet de serre dans le secteur du ciment sont réglementées par le système d'échange de quotas d'émission de l'UE. Celui-ci a été créé pour faire payer les pollueurs pour leurs émissions de gaz à effet de serre, réduire les émissions et générer des revenus pour financer la transition verte.
Cette législation n’a pas réduit de manière significative les émissions de carbone dans le secteur du ciment au cours de la dernière décennie, selon l’Agence internationale de l’énergie, principalement en raison des quotas d’émission gratuits accordés aux fabricants de ciment.
Malgré des bénéfices soutenus et soutenus dans l'industrie du ciment, les investissements dans l'adoption généralisée de technologies plus propres et l'utilisation durable des matériaux n'ont pas été suffisants. Des incitations financières plus importantes pourraient être utiles, obligeant les entreprises à payer pour les émissions associées à la production de ciment.
En tant qu'ingénieur concepteur, j'apprécie que le choix des matériaux et une bonne conception jouent un rôle majeur dans la durabilité de la construction. Avant que la technologie du ciment à faible émission de carbone ne se généralise, les ingénieurs, les concepteurs et les constructeurs pourront utiliser les matériaux de construction plus efficacement et choisir des produits à faible teneur en carbone incorporé, c'est-à-dire les émissions de carbone libérées pendant le cycle de vie des matériaux de construction, depuis l'extraction jusqu'à l'élimination.
Cette approche pourrait facilement permettre d’économiser 20 % des émissions intrinsèques associées à la conception de nouveaux bâtiments.
Certains gouvernements pourraient autoriser uniquement l’utilisation de ciment à faible teneur en carbone. En Irlande, le Plan d'action climatique 2024 exige que des méthodes de construction et du ciment à faible émission de carbone soient spécifiées lorsque cela est possible pour les projets de construction commandés ou soutenus par le gouvernement.
Le ciment du futur pourrait-il être à faible émission de carbone ou « vert » ? La manière dont le terme « faible émission de carbone » est défini jouera un rôle très important dans la manière dont cela sera mis en pratique dans l’industrie.
La modernisation de la technologie des usines de production de ciment existantes à grande échelle prouvera qu’il est techniquement possible de produire efficacement du ciment à faible teneur en carbone à grande échelle. Avec les bonnes incitations mises en place par les gouvernements et le secteur de la construction, presque tout le ciment produit dans le monde pourrait être à faible émission de carbone.
Jamie Goggins, professeur de génie civil, Collège des sciences et de l'ingénierie, Université de Galway
