Au cours du siècle dernier, le ciment a été la colonne vertébrale du secteur de la construction. En tant que base du béton et du mortier, le ciment est largement présent dans nos bâtiments et nos infrastructures. Mais la fabrication du ciment est une activité très énergivore : pour chaque kilogramme de ciment produit, 0,5 à 0,7 kilogramme de CO2 est émis, ce qui porte sa part dans les émissions mondiales à près de 8 %. En réponse à la demande croissante de produits à faible teneur en carbone, les fabricants s'efforcent de réduire l'empreinte carbone des produits en vrac secs. Dans cet article, nous examinerons quatre façons différentes de réduire les émissions de CO2 dans le secteur des produits en vrac secs, tout en établissant un lien avec le concept des scopes, et nous recueillerons les commentaires de Manuel Baumann, directeur mondial de la construction chez IMCD Coatings & Construction.
1. Captage du carbone
Le captage du carbone est un terme générique qui désigne plusieurs technologies qui, plutôt que d'éviter la production de CO2 dans les cimenteries, visent à empêcher son rejet dans l'atmosphère. L'accent mis sur les émissions au sein de l'usine place le captage du carbone dans le champ d'application 1.
La plupart des émissions de CO2 dans la fabrication du ciment (60 % au total) sont un sous-produit de la production de clinker, car le carbonate de calcium est calciné à l'intérieur du four. Les usines de captage du carbone associées au four collecteraient le CO2, le comprimeraient sous forme liquide et le transporteraient vers un stockage permanent sous terre.
Alternativement, le CO2 collecté pourrait être utilisé comme matériau cimentaire supplémentaire (jusqu'à 20 % du mélange final) ou injecté dans le béton, créant ainsi un mélange final plus résistant.
En théorie, ces technologies pourraient décarboniser entièrement la calcination, voire en faire un processus négatif en carbone, piégeant plus de CO2 qu'il n'en est généré.
« Bien qu'il existe des projets en cours et que les cimentiers s'intéressent beaucoup au captage du carbone, nous en sommes encore à un stade où la technologie existante n'est applicable que dans le cadre de projets pilotes et semble difficile à adopter à grande échelle sur le plan commercial », explique M. Baumann.
2. Énergies alternatives et renouvelables
Le four est le cœur de la cimenterie. C'est là que le calcaire est chauffé à 1 450 °C, produisant le clinker qui est ensuite broyé pour créer du ciment.
Atteindre cette température absorbe 90 % de toute l'énergie consommée dans la fabrication du ciment. Les combustibles fossiles utilisés pour alimenter les fours, ainsi que les précalcinateurs, sont responsables de 40 % de toutes les émissions pendant la production de ciment.
Si les cimentiers peuvent améliorer progressivement leur efficacité énergétique, la production de clinker restera un processus très énergivore. Le passage à des combustibles alternatifs, tels que la biomasse ou les déchets municipaux traités, permettrait en revanche de réduire directement les émissions de CO2 liées à la combustion de combustibles fossiles. Certains fabricants optent pour l'électrification du four, plutôt que de brûler du combustible sur place. Pour en revenir au cadre Scopes, cette option utilise l'électricité achetée pour l'usine afin de réduire les émissions de scope 2.
« Comme pour le captage du carbone, la plupart des fabricants ont déjà mis en place des programmes visant à améliorer leur efficacité énergétique et à étudier la faisabilité de l'utilisation de combustibles alternatifs », explique M. Baumann. Cependant, des obstacles subsistent, tels que le prix et la disponibilité de la biomasse.
3. Ciment à teneur réduite en clinker
Une autre mesure visant à réduire les émissions de CO2 dans la production de ciment consiste à diminuer la quantité de clinker en utilisant des matériaux cimentaires supplémentaires (SCM). La réduction du clinker relève du champ d'application 1, car nous essayons de réduire les émissions de CO2 du four en contournant et en réduisant le recours à la calcination.
Les SCM peuvent provenir de plusieurs sources : des déchets industriels, tels que les scories de haut fourneau issues de la production de fer et les cendres volantes de charbon issues de la production d'électricité, ou des matériaux naturels tels que les pouzzolanes.
Le ciment mélangé de ce type peut permettre de réduire l'empreinte carbone de 10 à 30 % par rapport au ciment de type I.
De nouveaux types de ciment font leur apparition sur le marché, comme le ciment à base de calcaire et d'argile calcinée (LC3). L'utilisation de calcaire et d'argile calcinée est une alternative lorsque la disponibilité des scories est faible. Parallèlement, le LC3 consomme moins d'énergie, ce qui permet de réduire les émissions de CO2 jusqu'à 40 %. Cependant, cette option oblige les fabricants à adapter leur processus de production afin d'inclure une deuxième ligne de production.
Avec la technologie existante, la réduction du clinker est l'approche la plus prometteuse pour tous les produits à base de ciment. Cependant, la transition est plus facile pour le secteur du béton que pour celui des mélanges secs. Pour mettre les choses en perspective, il serait possible de réduire la teneur en clinker du ciment de 30 à 40 % sans compromettre la durabilité, la résistance et le temps de prise du produit final.
« Les produits de mélange sec tels que les coulis, les colles à carrelage ou les composés autonivelants ont des exigences de qualité qui peuvent être compromises par une teneur en clinker plus faible », explique M. Baumann. « Le ciment de type I produit à partir de biocarburants combinés à des matières premières secondaires peut réduire la teneur en clinker tout en permettant une certaine flexibilité dans la formulation. Cependant, lorsqu'on utilise des ciments mélangés, il est difficile de maintenir le même niveau de performance en termes de durabilité, de porosité et de résistance au chlorure, entre autres indicateurs. Par exemple, la substitution du clinker a un impact sur le processus d'hydratation, ce qui peut avoir un effet négatif sur la résistance finale. Pour obtenir la bonne formulation, il faut souvent procéder à des reformulations et à des tests approfondis. »
4. Matières premières certifiées par bilan massique
Enfin, l'approche du bilan massique est une stratégie éprouvée pour soutenir le remplacement des matières premières fossiles par des matières premières plus durables issues de la biomasse ou des déchets.
Grâce à cette approche, les fabricants peuvent ajouter des matières premières renouvelables et recyclées au processus sans modifier la méthode de production existante et fournir un produit final qui ne nécessite aucun changement dans son application. Une telle intégration transparente nécessite un calcul précis des intrants de matières premières lors de la formulation.
« Les poudres redispersibles, qui représentent généralement un faible pourcentage du produit final, sont un composant des produits en mélange sec qui pourrait bénéficier de cette approche », explique Manuel Baumann.
Mesures concrètes pour réduire l'empreinte carbone des mortiers en mélange sec
Dans cet article, nous avons exploré quatre moyens de réduire l'empreinte carbone dans le secteur des mélanges secs, en relevant les défis environnementaux liés à la production de ciment. Nous avons abordé la capture du carbone, les énergies alternatives, la réduction du clinker et l'approche du bilan massique. Ces deux dernières approches offrent des mesures concrètes à la portée des formulateurs de mélanges secs aujourd'hui. Néanmoins, il reste des défis à relever en matière de formulation. Chez IMCD, nous sommes prêts à guider les fabricants à travers ces obstacles et à promouvoir la réduction des émissions de CO2 dans l'industrie des mélanges secs. Si ce sujet vous intéresse, inscrivez-vous à notre newsletter pour rester informé des actualités d'IMCD et de nos progrès dans ce domaine.
À propos de l'expert du marché
Manuel Baumann est directeur mondial de la construction chez IMCD Coatings & Construction. Il supervise l'expansion des activités et des stratégies mondiales dans le domaine de la construction, en collaboration avec des partenaires et des clients. Fort d'une carrière de plus de dix ans à des postes de direction, Manuel possède une vaste expérience commerciale dans le secteur de la construction et aime approfondir ses connaissances à travers chaque interaction avec les clients et les principaux acteurs.