Architecture Technique Béton

Objectif : réduire les émissions de CO2

Mots clés : Béton

La filière béton cherche à diminuer son empreinte carbone. Avec plus ou moins de succès.

La lutte contre le réchauffement climatique est désormais l’une des priorités des responsables politiques, et ce à l’échelle mondiale. En France, la « loi de Transition énergétique pour la croissance verte » a créé des outils pour favoriser l’émergence d’une « économie bas carbone », via une stratégie nationale bas carbone et l’instauration de « budgets carbone ». L’industrie du béton a aujourd’hui fait siennes ces préoccupations. Mais, à l’expression « béton bas carbone », elle préfère toutefois parler de « béton à faible impact – ou empreinte – environnemental/e ». « Il n’existe pas, aujourd’hui, de normes ou de réglementations qui définiraient officiellement ce que sont des « matériaux bas carbone », remarque Laurent Truchon, directeur délégué bâtiment de Cimbéton.

Quoi qu’il en soit, la filière de fabrication du béton reste particulièrement émettrice de gaz à effet de serre, et, en particulier, de dioxyde de carbone : la faute, principalement, au ciment. « A l’heure actuelle, pour 1 kg de ciment produit, un peu moins de 1 kg de CO2 est émis dans l’atmosphère », rappelle Christian Crémona, directeur études et technique de Bouy- gues Travaux publics. C’est pourquoi des efforts sont aujourd’hui consentis, à différents niveaux, par les professionnels du secteur ; et, en premier lieu, dans la production industrielle. « Nous cherchons à réduire au maximum la consommation énergétique de nos usines en valorisant des déchets et à modifier la formulation de base du ciment de sorte à diminuer sa teneur en clinker, résume Mouloud Behloul, directeur du développement technique de Lafarge France. Notre objectif, d’ici à 2030, est de baisser de 40 % nos émissions de CO2 par rapport à 1990. »

Vers des ciments consommateurs de CO2.

Si l’utilisation, aujourd’hui éprouvée, d’additions minérales – silice ou calcaire finement broyés, laitiers de hauts fourneaux sidérurgiques, cendres volantes issues des centrales thermiques, fumées de silice, métakaolin, etc. – tend à diminuer la quantité de clinker contenue dans le ciment (jusqu’à 30 % environ), des liants « innovants » voient le jour, qui pourraient totalement remplacer le ciment Portland ordinaire – la fabrication du clinker, son constituant principal, nécessitant une forte décarbonatation. « Les ciments sulfo-alumineux, à base d’oxyde de magnésium et les géopolymères – ou liants alcali-activés -, constituent des axes de recherche pertinents, dans la mesure où ils sont beaucoup moins émetteurs, voire consommateurs, de CO2 », indique Christian Crémona.

Outre le ciment, d’autres recherches sont actuellement menées pour remplacer tout ou partie des autres composants principaux du béton (granulats, adjuvants, etc.), dans le but in fine de réduire l’empreinte environnementale globale de ce dernier (voir pages suivantes). Reste que le meilleur « béton écologique » est celui qui n’aura pas été produit… Dès lors, le recyclage du béton de démolition dans du béton neuf offre des perspectives intéressantes de réduction des émissions de CO2 – mais aussi de déchets – et de préservation des ressources naturelles. Il en va de l’intérêt de tous les acteurs de la filière.

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« Nous cherchons aujourd’hui à remplacer 100 % du ciment traditionnel »

François Jacquemot, responsable du pôle matériaux du Centre d’études et de recherches de l’industrie du béton (Cerib)

« Au terme béton “bas carbone”, nous préférons l’expression béton “à faible impact environnemental”. En effet, les émissions de CO2 ne constituent pas le seul indicateur pour mesurer l’impact environnemental du béton. Il existe également des indicateurs comme la consommation d’énergie, la pollution de l’air et de l’eau, etc. Cela étant dit, l’impact environnemental du matériau béton provient principalement de ses constituants, et, en premier lieu, du ciment. C’est pourquoi, nous cherchons aujourd’hui à remplacer le traditionnel ciment Portland par des liants alternatifs. Nous utilisons, par exemple, des additions minérales, telles que les laitiers de hauts fourneaux, les cendres volantes, les métakaolins, ou des additions calcaires, qui sont des solutions directement applicables aujourd’hui. L’enjeu, pour les applications industrielles, est d’accélérer leur durcissement. La valorisation d’autres coproduits industriels, comme les cendres de biomasse et de papeterie ou les fines de sables de fonderie, est également une piste pertinente. Il existe, en outre, d’autres solutions, telles que les géopolymères et les ciments sulfo-alumineux, qui pourraient à terme se substituer entièrement au ciment Portland pour certaines applications. Ces composants commencent à émerger sur le marché français. Nous avons donc encore peu de retours d’expérience à leur sujet, mais ils sont prometteurs. »

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Ciment - Capturer le dioxyde de carbone

Si le processus de fabrication du ciment est fortement émetteur de CO2 dans l’atmosphère – à hauteur d’au moins 5 % des émissions mondiales -, une solution technique innovante, mise au point conjointement par Lafarge et la société américaine Solidia Technologies, permet de capturer et de piéger le dioxyde de carbone émis par les usines dans des éléments de béton préfabriqués (blocs, pavés, tuiles, etc.).
Le principe de ce procédé breveté ? « Une partie de l’eau est remplacée par du gaz carbonique dans la fabrication du béton, explique Mouloud Behloul, directeur du développement technique de Lafarge France. Le dioxyde de carbone réagit avec un ciment “spécial”, qui présente la propriété de durcir sous l’effet de la carbonatation [l’injection et l’absorption de CO2, NDLR]. Le béton ainsi produit atteint alors sa résistance maximale au bout de seize heures seulement, contre vingt-huit jours pour un béton composé de ciment Portland ordinaire. » Selon le responsable, le bilan carbone global de la production de béton préfabriqué pourrait ainsi diminuer « jusqu’à 70 % », d’importantes économies d’énergie – et d’eau – étant réalisées à différentes étapes du process industriel.
Lafarge et Solidia Technologies cherchent aujourd’hui à industrialiser leur procédé.

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Adjuvants - Vers des polymères à base végétale

Composants essentiels dans la fabrication du béton, les adjuvants ont pour but de réduire la réactivité du ciment. « Ils permettent la défloculation des grains de ciment, tout en réduisant la consommation d’eau, ce qui assure au final le maintien de l’ouvrabilité du béton », résume Fabrice Decroix, directeur technique adjuvants et additifs chez Sika France. Issus de l’industrie pétrochimique – et plus précisément de la synthèse de polycarboxylates -, les adjuvants présentent toutefois la contrainte d’être dépendants du pétrole. C’est pourquoi les chimistes développent aujourd’hui des polymères à base biosourcée.
« La part végétale, extraite de déchets de canne à sucre ou de maïs, par exemple, peut atteindre 90 % de leur composition », indique Fabrice Decroix. Selon Sika, les adjuvants, tels que les superplastifiants, lorsqu’ils sont utilisés pour diminuer la quantité de ciment ou introduire des additions secondaires, peuvent contribuer à réduire la consommation d’énergie, et corollairement l’empreinte carbone de la fabrication du béton, jusqu’à 20 %.

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Granulats - Faire du béton avec des matériaux agrosourcés

En amont du processus de fabrication du béton, la production des granulats, via l’exploitation de carrières et de sablières, n’est pas l’étape la plus anodine. Des efforts sont aujourd’hui consentis pour remplacer une partie des traditionnels granulats minéraux – par définition non renouvelables – par des matériaux alternatifs agrosourcés (ou biosourcés) renouvelables, dont la composante végétale – bois, chanvre, lin, etc. – a préalablement contribué à la fixation et au stockage de CO2 atmosphérique. « Par ailleurs, le développement de bétons dits “légers”, à matrice cimentaire allégée, ou composés de granulats minéraux légers, ou agrosourcés, constitue un axe de travail important. Ils sont thermiquement performants et peuvent donc contribuer à l’efficacité énergétique des bâtiments », précise François Jacquemot, responsable du pôle matériaux du Centre d’études et de recherches de l’industrie du béton (Cérib).
Enfin, l’incorporation de béton de déconstruction concassé dans la formulation de nouveaux bétons fait aujourd’hui l’objet de toutes les attentions de la part des professionnels de la filière. Environ 300 millions de tonnes de déchets de chantiers sont produits chaque année en France.

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