Recycler le ciment, une révolution verte pour le secteur de la construction
Le ciment est un matériau irremplaçable. C’est pratique, facile à réaliser et pas cher. Cyrille Dunant, spécialiste des matériaux à l'Université de Cambridge, le décrit comme « une poignée de saleté ». Mais cette « terre » est l’un des composants du béton, base de la grande majorité des constructions. Selon l'expert, environ quatre milliards de tonnes de béton sont utilisées chaque année dans le monde, ce qui en fait la deuxième substance la plus utilisée après l'eau. Ce matériau est, comme l'explique le scientifique, un mélange de sable, de roches, d'eau et, bien sûr, de ciment, qui fonctionne comme « le lien qui unit les composants ». Jusqu’à présent, tout semble idéal, mais le ciment a un problème : il est à l’origine de 90 % des émissions de carbone liées à l’utilisation du béton.
Pour cette raison, l'équipe de chercheurs de Cambridge dont fait partie Dunant travaille sur une méthode pour recycler le ciment et réduire l'impact environnemental de l'industrie de la construction, responsable de 7,5% des émissions de carbone dans le monde, selon un rapport. Dunant est chercheur associé principal au sein du prestigieux groupe de réflexion britannique et possède également un doctorat dans l'étude du ciment. Il comprend donc comme peu d'autres pourquoi ce matériau pollue autant.
« La fabrication du ciment émet du CO₂ pour deux raisons. L’une d’elles est que pour le fabriquer, il faut brûler du charbon pour produire de la chaleur, ou peut-être du gaz ou un autre type de combustible. Et l’autre raison est le calcaire qui doit être brûlé au cours du processus. Ce calcaire est constitué de chaux et de CO₂ ensemble. « La chaleur sépare le CO₂, donc vous finissez par l'émettre », explique le scientifique suisse-britannique.
La raison des émissions élevées de ciment n’est pas due au fait que le matériau lui-même est particulièrement polluant, mais plutôt à l’énorme quantité de ciment produite dans le monde. « Beaucoup de gens pensent que le ciment émet beaucoup de CO₂, mais ce n’est pas vrai. Il émet peu de CO₂ et consomme peu d’énergie, mais nous en consommons beaucoup », précise l’expert.
Selon la revue scientifique, la production de ciment a triplé au cours des quarante dernières années. « Le ciment est un très bon matériau, très efficace, mais il a un impact énorme », ajoute Dunant.
Le secteur de la construction est loin d'atteindre les objectifs de réduction des émissions, selon les mêmes hommes d'affaires. Une enquête du réseau RICS auprès des professionnels des infrastructures de fin 2023, à laquelle ont participé 4 600 experts, indique que les bâtiments sont toujours responsables de 40 % des émissions mondiales. Comme cela est dû en grande partie au ciment, des initiatives ont vu le jour comme celle de l'entreprise Sacyr, qui a développé un béton issu de la revalorisation des déchets de verre, qui permet de remplacer entre 10 % et 20 % du ciment nécessaire au béton. Cependant, le béton Portland traditionnel reste la norme de l’industrie.
La clé est dans l'acier
La méthode développée par l'équipe de l'université de Cambridge consiste à profiter du recyclage de l'acier pour recycler également le ciment. Aucune nouvelle machinerie n'est nécessaire, car le même four électrique utilisé pour l'acier est utilisé.
La différence entre l’acier et le ciment est que le premier est conducteur électrique et le second ne l’est pas. Cependant, la fusion de l'acier n'est que la première partie du processus, il faut ensuite « nettoyer » les restes, ce qui se fait normalement avec de la chaux. « Ce que fait la chaux, c'est collecter toutes les impuretés. Et le mélange de chaux et d'impuretés est appelé laitier. Au lieu de la chaux, nous ajoutons dans ce cas du ciment, qui est en grande partie composé de chaux, donc c'est vraiment bon pour nettoyer l'acier », explique Dunant.
Pour ajouter du ciment, il faut d’abord le séparer des autres composants du béton. Ce processus nécessite beaucoup d'énergie et c'est l'une des raisons pour lesquelles le recyclage du ciment n'a jamais été tenté auparavant, selon le scientifique. « C'est un processus où l'on déploie beaucoup d'efforts pour peu de gains, mais nous avons ici un chercheur appelé Rohit Prajapati qui a fait son doctorat sur la séparation du ciment et d'autres granulats. » L'équipe de Cambridge a réussi à rendre cette séparation plus efficace et à éliminer ainsi l'un des principaux obstacles au recyclage du ciment.
Le processus lui-même consiste à charger le four électrique avec de l'acier, du ciment et un peu de chaux supplémentaire, car la séparation du ciment n'est pas toujours parfaite et peut nécessiter une « compensation ». Dunant l'explique de manière didactique : « Vous faites fondre l'acier et, d'un côté, vous avez l'acier neuf pour fabriquer des lingots, des barres et des poutres et, de l'autre, vous avez les scories que vous pouvez rapidement refroidir puis broyer en poudre. Vous ajoutez du plâtre et vous obtenez du nouveau ciment. Avec cela et du nouvel acier, vous pouvez construire un nouveau bâtiment.
Une substance irremplaçable
Depuis que le ciment Portland a été inventé en Angleterre au XIXe siècle (les précurseurs du ciment moderne existent depuis l'époque de la Rome antique), ce produit est resté un standard inébranlable. « Personne ne peut concevoir la création de certaines infrastructures sans béton et sans ciment », estime Dunant. Il n’existe toujours pas d’alternative viable aujourd’hui, mais même si elle existait, le scientifique de Cambridge souligne que le recyclage serait encore nécessaire pour les millions de tonnes qui existent déjà sur la planète.
Dans l'Union européenne, la directive sur la mise en décharge prévoit des sanctions pour ceux qui mettent des déchets de béton dans des décharges, les pays doivent donc rechercher d'autres alternatives pour les déposer. Aux États-Unis, deuxième producteur mondial derrière la Chine, la réglementation est beaucoup plus laxiste et une grande partie du béton inutilisé finit dans les décharges.
L'équipe de recherche de Cambridge reçoit un financement de l'Union européenne pour collaborer avec des entreprises tout au long de la chaîne d'approvisionnement en béton. Dans le secteur de l'acier, le principal partenaire est l'entreprise espagnole Celsa qui, outre son siège social à Castellbisbal (Barcelone), possède une filiale dans la ville de Cardiff (Pays de Galles), avec laquelle travaillent Dunant et son équipe. Avec le four électrique Celsaestán, ils ont mis en pratique le recyclage du ciment à l'échelle industrielle, et les chercheurs ont déjà réalisé suffisamment de tests pour considérer que ce procédé constitue une véritable option pour le traitement du ciment.
«Nous avons également contacté d'autres entreprises car l'objectif est de convaincre les sidérurgistes qu'il s'agit d'une bonne technologie», explique le scientifique. Ainsi, on s’attend à ce que la méthode de recyclage se développe dans l’industrie et démontre que le ciment, bien qu’irremplaçable, peut recevoir une nouvelle vie.