« Diviser par 10 les émissions de CO2 du ciment, c’est possible »

Le dérè­gle­ment cli­ma­tique, lié notam­ment aux 43 mil­liards de tonnes de dioxyde de car­bone (CO₂) émises par les acti­vi­tés humaines par an rend urgent l’accélération des acti­vi­tés de recherche dans tous les domaines menant à des solu­tions bas car­bone. Le ciment, qui est le prin­ci­pal consti­tuant du béton, est à l’origine à lui seul d’en­vi­ron 7 % des émis­sions mon­diales de CO₂. 

L’objectif du nou­veau labo­ra­toire com­mun (Lab­Com) « Maté­riaux cimen­taires éco-effi­caces » (MC²E) est de déve­lop­per des ciments à faible impact car­bone. Il est le fruit d’une col­la­bo­ra­tion entre le CNRS, l’ENS Paris Saclay et la socié­té Eco­cem. Cette col­la­bo­ra­tion a notam­ment per­mis de mettre au point un nou­veau ciment bre­ve­té basé sur des rési­dus de l’in­dus­trie sidé­rur­gique et dont l’im­pact car­bone est réduit d’en­vi­ron 80 % par rap­port à un ciment classique. 

Depuis son inven­tion il y a deux siècles, le ciment conven­tion­nel, dit « Port­land », est res­té lar­ge­ment domi­nant dans la pro­duc­tion des maté­riaux de construc­tion comme le  béton. Ce ciment est fabri­qué à par­tir d’environ 80% de cal­caire et 20% d’argile. Le mélange est chauf­fé à haute tem­pé­ra­ture et subit une réac­tion chi­mique appe­lée cal­ci­na­tion. La plu­part des émis­sions de CO₂ pro­ve­nant de la fabri­ca­tion du ciment résultent de la décom­po­si­tion du cal­caire par la cal­ci­na­tion (en chaux et en CO₂). Glo­ba­le­ment, une tonne de ciment fabri­quée pro­duit entre 800 kilos et une tonne de CO₂.

Une façon de réduire ces émis­sions serait tout sim­ple­ment de réduire la quan­ti­té de ciment uti­li­sée dans les maté­riaux de construc­tion. Cela est tout à fait envi­sa­geable puisque le ciment n’est qu’un « liant » ou une « colle » et qu’il est uti­li­sé en grande par­tie pour rem­plir les espaces entre les agré­gats et le sable dans les maté­riaux de construc­tion afin de les faire adhé­rer les uns aux autres. 

D’abord, nous sommes par­ve­nus à divi­ser par cinq la quan­ti­té de ciment dans les bétons en par­tant pré­ci­sé­ment de l’i­dée qu’il ne s’a­git que d’un liant/colle et que l’espace inter-gra­nu­laire peut être rem­pli avec autre chose que du ciment. Pour les colles indus­trielles clas­siques, comme celles à base de poly­mères, le point de départ est une sub­stance liquide afin de pou­voir mouiller les deux sur­faces à col­ler. Cette colle dur­cit ensuite pour don­ner à la struc­ture sa résis­tance méca­nique. Le ciment fonc­tionne de la même manière : la poudre de ciment est mélan­gée à de l’eau pour obte­nir un liquide qui peut s’é­cou­ler entre les gra­nu­lats et les mouiller. Ce liquide dur­cit ensuite pour don­ner un maté­riau solide comme le béton.

Notre nou­veau ciment men­tion­né plus haut n’a rien à avoir avec cela, puis­qu’il ne contient pas de ciment conven­tion­nel. Il est com­po­sé de lai­tier broyé qui est un rési­du de l’in­dus­trie sidé­rur­gique. Nous avons ajou­té à ce « lai­tier gra­nu­lé de haute-four­neau fine­ment broyé » une petite quan­ti­té de pro­duits chi­miques (« les adju­vants ») pour obte­nir un ciment qui peut être uti­li­sé pour fabri­quer des bétons dont les per­for­mances sont simi­laires à celles d’un béton à base de ciment Portland. 

La pro­duc­tion d’une tonne de ce nou­veau ciment entraine le rejet d’environ 90 kg de CO₂. L’utilisation de ce ciment à la place du ciment Port­land per­met de pro­duire des bétons bas car­bone per­for­mants et durables. Il pré­sente des carac­té­ris­tiques chi­miques qui leur confère une résis­tance méca­nique à long terme meilleure que celle d’un béton clas­sique ain­si qu’une meilleure résis­tance aux agres­sions chi­miques telles que les sul­fates et les chlorures.

Le ciment que nous avons fabri­qué est déjà sur le mar­ché et a été employé à grande échelle par le groupe Vin­ci pour construire une par­tie de son siège social dans le quar­tier de La Défense, aux portes de Paris. Ce nou­veau maté­riau sera éga­le­ment uti­li­sé dans le vil­lage des Jeux olym­piques de Paris 2024 et dans la construc­tion des tun­nels de la ligne 18 du métro de la capitale.

Jusqu’à pré­sent, les acteurs de la construc­tion ne se sou­ciaient pas des ques­tions envi­ron­ne­men­tales car le ciment est robuste et bon mar­ché. Ain­si on uti­lise sou­vent beau­coup plus de ciment que néces­saire dans leur béton car on pense – à tort – que le béton final est plus sûr d’un point de vue méca­nique et  plus durable s’il contient plus de ciment. Le déve­lop­pe­ment des outils d’intelligence arti­fi­cielle per­met­tra de sim­pli­fier les méthodes de for­mu­la­tion des bétons – notam­ment de déter­mi­ner les quan­ti­tés opti­males de ciment à uti­li­ser dans les maté­riaux de construc­tion et de dimi­nuer ain­si leur impact en termes de CO₂. Une telle approche est nova­trice dans le domaine, car, jusqu’à pré­sent, les ingé­nieurs s’appuyaient sur des simu­la­tions infor­ma­tiques qui néces­sitent des connais­sances spé­cia­li­sées. L’apprentissage auto­ma­tique, en revanche, peut être uti­li­sé par tout un chacun.

Nous pen­sons donc qu’il est pos­sible d’atteindre la neu­tra­li­té car­bone assez rapi­de­ment dans ce domaine sans avoir à recou­rir à des tech­niques dites de rup­ture, c’est-à-dire à inven­ter de toutes nou­velles façons de fabri­quer du ciment. Ce qui pour­rait ralen­tir ce mou­ve­ment tient sur­tout à l’évolution des normes, tou­jours moins rapides que le déve­lop­pe­ment des innovations.