Depuis un siècle, le ciment est l'épine dorsale 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 gourmande en énergie : pour chaque kilogramme de ciment produit, 0,5 à 0,7 kg de CO2 sont émis, ce qui porte sa part des émissions mondiales à près de 8 %. En réponse à la demande croissante de produits à faible émission de carbone, les fabricants s'efforcent de réduire l'empreinte carbone des produits mélangés à sec. Dans cet article, nous étudierons quatre manières différentes de réduire les émissions de CO2 dans le secteur des mélanges secs, tout en les associant au concept Scopes, et nous recueillerons les informations de Manuel Baumann, directeur mondial de la construction, IMCD Coatings & Construction.
1. Captage du carbone
Le captage du carbone est un terme fourre-tout désignant plusieurs technologies qui, au lieu 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 fermement dans le champ d'application 1.
La plupart des émissions de CO2 liées à la fabrication du ciment, soit 60 % au total , sont des sous-produits de la production de clinker, sous forme de calcium le carbonate est calciné à l'intérieur du four. Les installations de captage du carbone couplées au four collecteraient le CO2, le comprimeraient en un liquide et le transporteraient vers un stockage souterrain permanent.
Alternativement, le CO2 collecté pourrait être utilisé comme matériau cimentaire supplémentaire — jusqu'à 20 % du mélange final — ou par injection dans du béton, créant ainsi un mélange final plus résistant.
En théorie, ces technologies pourraient complètement décarboniser la calcination, voire en faire un processus négatif en carbone, piégeant plus de CO2 que ce qui est généré.
« Bien que des projets soient en cours et suscitent un vif intérêt fabricants de ciment en matière de 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 commercialement difficile à adopter à grande échelle », explique Baumann.
2. Énergie alternative et renouvelable
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 4 0 % de toutes les émissions liées à la production de ciment.
Bien que les fabricants de ciment puissent apporter des améliorations progressives en matière d'efficacité énergétique, la production de clinker restera un procédé énergivore. Le passage à des carburants alternatifs, tels que la biomasse, ou à des déchets municipaux traités permettrait au contraire de réduire directement les émissions de CO2 provenant de la combustion de combustibles fossiles. Certains fabricants optent pour l'électrification du four au lieu de brûler du combustible sur place. Pour en revenir au cadre Scopes, cette option utilise l'électricité achetée pour la centrale afin de réduire les émissions de Scope 2.
« Tout comme le captage du carbone, la plupart des fabricants ont déjà des programmes visant à améliorer leur efficacité énergétique et à étudier la faisabilité de l'utilisation de carburants alternatifs », explique Baumann. Cependant, des obstacles persistent, tels que le prix et la disponibilité de la biomasse.
3. Ciment à teneur réduite en clinker
Un autre effort visant à réduire les émissions de CO2 dans la production de ciment consiste à réduire sa quantité de clinker en utilisant des matériaux cimentaires supplémentaires (SCM). La réduction du clinker entre dans le Scope 1, car nous essayons de réduire les émissions de CO2 du four en contournant et en réduisant l'utilisation de la calcination.
Le SCM peut être obtenu à partir de plusieurs sources : déchets industriels, tels que les scories de haut fourneau provenant de la production de fer et les cendres volantes de charbon provenant de la production d'électricité, ou des matériaux naturels tels que les pouzzolanes.
Un ciment mélangé de ce type peut entraîner une réduction de 10 à 30 % de l'empreinte carbone par rapport au ciment de type I.
De nouveaux types de ciment apparaissent sur le marché, comme dans le cas du ciment à l'argile calcinée au calcaire (LC3). L'utilisation de calcaire et d'argile calcinée est une alternative lorsque la disponibilité de scories est faible. Dans le même temps, le LC3 consomme moins d'énergie, ce qui entraîne une réduction des émissions de CO2 jusqu'à 40 %. Cependant, cette option oblige les fabricants à adapter le processus de production pour 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 du béton à sec. À titre de contexte, il peut être 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 mélangés à sec tels que les coulis, les adhésifs pour carrelage ou les composés autonivelants ont des exigences de qualité qui peuvent être compromises par une faible teneur en clinker », décrit Baumann. « Le ciment de type I produit avec du biocarburant combiné à des matières premières secondaires peut réduire la teneur en clinker tout en permettant une flexibilité dans la formulation. Cependant, lorsque vous utilisez des ciments mélangés, il est difficile de maintenir les performances au même niveau en termes de durabilité, de porosité et de résistance aux chlorures, entre autres indicateurs. Par exemple, la substitution du clinker a un impact sur le processus d'hydratation, ce qui peut avoir un impact négatif sur la résistance finale. L'obtention de la bonne formulation nécessite souvent des efforts de reformulation et des tests approfondis. »
4. Matières premières certifiées selon le bilan massique
Enfin, l'approche du bilan massique est une stratégie éprouvée visant à soutenir le remplacement des matières premières d'origine fossile par des matières premières plus durables à base de biomasse ou de 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 aucune modification de l'application. Cette intégration parfaite nécessite un calcul exact des apports de matières premières lors de la formulation.
« Les poudres redispersibles, qui ne représentent généralement qu'un faible pourcentage du produit final, sont un composant des produits secs qui pourrait bénéficier de cette approche », explique Manuel Baumann.
Étapes concrètes pour réduire l'empreinte carbone du mortier à sec
Dans cet article, nous avons exploré quatre manières de réduire l'empreinte carbone dans le secteur des mélanges secs, relever les défis environnementaux liés à la production de ciment. Nous avons abordé le captage du carbone, les énergies alternatives, la réduction du clinker et l'approche du bilan massique. Ces deux dernières approches proposent des étapes concrètes à la portée des formulateurs de mélanges secs aujourd'hui. Il existe néanmoins des défis de formulation à relever. À l'IMCD, nous sommes prêts à aider les fabricants à surmonter 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 au courant de l'actualité d'IMCD et de nos progrès dans ce domaine.
À propos de l'expert du marché
Manuel Baumann est le directeur mondial de la construction chez IMCD Coatings & Construction. Il supervise l'expansion des activités et des stratégies de construction dans le monde entier en collaboration avec les partenaires et les clients. Au cours 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 en apprendre davantage au fil de chaque interaction avec les clients et les dirigeants.