Le ciment recyclé pourrait être la voie par excellence vers un ciment à zéro émission
En associant le recyclage de deux matériaux à forte teneur en carbone, le ciment et l’acier, des chercheurs ont réalisé une percée qui réduit considérablement les effets de ces deux matériaux sur le climat.
Par Sarah DeWeerdt (Opens in a new window)
Selon une nouvelle étude, une méthode de recyclage du ciment récemment mise au point pourrait permettre de produire un milliard de tonnes métriques de ciment par année d’ici 2050, soit l’équivalent d’environ un quart de la production annuelle mondiale de cet important matériau de construction. En outre, cette méthode pourrait rendre possible la réalisation du grand œuvre de l’industrie de la construction écologique : la conception d’un ciment à zéro émission.
D’après les résultats de l’étude, le recyclage du ciment à grande échelle recèle un potentiel pratique, estime un membre de l’équipe de recherche, Cyrille Dunant (Opens in a new window), ingénieur à l’Université de Cambridge, au Royaume-Uni.
Le ciment sert à lier le sable, le gravier et l’eau dans la fabrication du béton. Le béton, quant à lui, est un composant essentiel des infrastructures partout dans le monde (Opens in a new window) : il arrive au deuxième rang des matériaux les plus utilisés sur la planète (après l’eau).
Le béton est également responsable d’environ 7,5 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre, et il est extrêmement difficile de le décarboner.
Le problème climatique du béton se résume essentiellement au ciment. En effet, près de 90 % des émissions du béton proviennent de la production de ciment, un matériau issu du broyage de calcaire et d’autres matériaux qui sont chauffés à des températures extrêmement élevées. Cette opération nécessite beaucoup d’énergie, et la transformation du calcaire en chaux libère de grandes quantités de dioxyde de carbone.
Les efforts déployés par le passé pour réduire l’empreinte carbone de la production de béton (Opens in a new window) ont surtout consisté à chercher des matériaux tels que les cendres volantes pour remplacer le ciment. Mais les solutions trouvées nécessitent toujours l’utilisation de ciment, et les matériaux de remplacement n’existent pas en quantité suffisante pour répondre à la demande de l’industrie mondiale. Ces solutions ne règlent qu’une fraction du problème.
La nouvelle approche s’appuie sur un matériau extrêmement abondant : le béton lui-même. Il est déjà possible de séparer le ciment des autres composants du béton usagé, mais jusqu’à présent, le marché de cette pâte de ciment récupéré était restreint.
La nouvelle méthode est née de la constatation que la pâte de ciment récupéré a beaucoup de points communs avec le flux de chaux, un autre matériau à forte teneur en carbone fabriqué à partir de calcaire, que l’on fait flotter sur l’acier fondu pour en éliminer les impuretés lors du recyclage.
Le flux de chaux utilisé dans le recyclage de l’acier (Opens in a new window) classique produit un déchet appelé laitier. Ainsi, la nouvelle méthode emploie plutôt du ciment usagé pour éliminer les impuretés de l’acier, ce qui permet d’obtenir du ciment recyclé qui peut ensuite être utilisé pour fabriquer du nouveau béton.
« La performance du ciment en tant que flux est bien meilleure que prévu », indique Cyrille Dunant.
Les températures élevées utilisées dans le processus de recyclage de l’acier permettent de « re-clinker » le ciment, c’est-à-dire de réactiver les oxydes qui jouent un rôle clé dans sa fonction de liant. Dans un article publié dans la revue Nature, M. Dunant et ses collaborateurs décrivent l’utilisation d’un four à arc électrique, un appareil déjà couramment utilisé dans le recyclage de l’acier, pour réaliser ce processus.
Selon M. Dunant, il s’agit là du deuxième élément clé de l’étude : « la production de clinker peut être électrifiée ». Si le four à arc est alimenté par de l’électricité renouvelable, il pourrait en résulter un ciment à zéro émission.
En réduisant le besoin de flux de chaux, la nouvelle méthode permet également de réduire les émissions de carbone liées au recyclage de l’acier. Qui plus est, elle n’augmente que très peu le coût du béton ou de l’acier.
Le ciment recyclé contient une plus grande quantité d’oxyde de fer que le ciment classique, mais, selon les chercheurs, cela ne devrait pas nuire à ses performances.
La mise en œuvre à grande échelle du processus sera loin d’être simple. « La coproduction est toujours difficile, en particulier à grande échelle, de sorte que la voie commerciale doit encore être comprise, et les compromis qui seront nécessaires “dans le monde réel” entre la production d’acier et de ciment sont encore inconnus », explique M. Dunant.
Néanmoins, les résultats pointent vers la conclusion réjouissante que, parfois, le moyen de résoudre un problème environnemental difficile consiste à s’attaquer à deux problèmes en même temps.
Source : Dunant, C.F. et coll. Electric recycling of Portland cement at scale (Opens in a new window). Nature, 2024.
Article original en anglais : https://www.anthropocenemagazine.org/2024/06/the-ultimate-path-to-zero-emission-cement-may-be-recycled-cement/ (Opens in a new window)
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(Opens in a new window)Anthropocène est la version française d’Anthropocene Magazine (Opens in a new window). La traduction française des articles est réalisée par le Service de traduction de l’Université Concordia (Opens in a new window), la Durabilité à l’Ère Numérique (Opens in a new window) et le pôle canadien de Future Earth (Opens in a new window).