Le béton avec son principal composant le ciment est le 2ème plus gros émetteur de gaz à effet de serre ou carbone (après les transports en France). Dans le podcast « Structural Engineering channel”, le Professeur Karen L. Scrivener, de la Swiss Federal Institute of Technology à Lausanne (EPFL), une experte reconnue en chimie du ciment et la science des matériaux-ciment nous donne sa vision sincère du sujet, n’oubliant pas de nous indiquer des solutions ‘concrètes’
Voici les principales idées du Professeur Scrivener sur l’empreinte carbone du béton construction résumées ici >
+ Anciennement chez Lafarge en R&D, le Professeur Scrivener a le privilège rare mais essentiel de lier le milieu académique et le privé
+ L’opportunité de travailler sur le verdissement du béton Il y a environ 10ans partie d’un constat d’abandon de l’innovation et recherche depuis plus de 20 ans dans le secteur ciment/béton, aussi d’un manque de connaissance scientifique dans le privé
+ Aujourd’hui la recherche à ce sujet est davantage stratégique : le professeur est notamment à l’origine du réseau scientifique et de l’équipe recherche ciment/béton Nanocem, aujourd’hui intégré au sein de l’INNOVANDI / GCCA (Global Cement Concrete Alliance)
+ La solution actuelle la plus ‘verte’ ciment nommé « LC3 » : ses recherches à ce sujet ont commencé vers 2006 lors d’une prise de conscience plus mondiale sur le sujet
+ L’essentiel est de prendre en compte les principales contraintes à une adoption massive de la solution , bien que le marché après analyse n’offrait pas de solution ‘miracle’
+ Une solution viable doit intégrer le monde : Le béton le 1er matériau produit dans le monde, 40Mds tonnes par an, 90% dans les pays émergents ou en développement, EU+USA à moins de 10%
+ Une solution doit aussi intégrer la contrainte de la composition de la planète : la surface de la terre est à 98% composée de seulement 8 éléments : oxygène, silicone, aluminium, ion, calcium, sodium, potassium, magnésium
+ La quantité très importante de béton ne peut se baser sur les autres 2% de matériau disponible, et doit prendre en compte ces 8 éléments disponibles pour être viable
+ Une nécessaire prise en compte du fonctionnement actuel du ciment, de ses procédés (de l’eau, température ambiante, une dissolution, une précipitation)
+ Ses propriétés et contraintes ont amené à la solution du ciment « LC3 », des 3 oxydes : oxyde de calcium, oxyde d’aluminium, dioxyde de silicone
+ Le ciment Portland, classique aujourd’hui, n’offre pas aujourd’hui de meilleures propriétés : sa réduction de CO2 permise par l’utilisation de cendres (charbon), de déchets (laitiers haut fourneau) qui ont une production de toute façon limitée
+ La meilleure solution ou le meilleur substitut est l’argile (calcinée, à 800 dégrés pour devenir réactif)
+ La découverte de la solution ciment « LC3 » : l’argile ‘calcinée’ ajouté au calcaire (permettant la réaction de l’aluminium dans l’argile) offre un production possible très importante grâce à la disponibilité de ses ressources (8 principaux éléments)
+ Remplacer 50% du ciment Portland par du ciment « LC3 » (argile calcaire) permet aussi une plus forte et rapide solidification (de 28 jours à une semaine), et d’autres avantages / améliorations (résistance à la pénétration de chlore)
+ Le ciment « LC3 » est à l’aube d’une croissance exponentielle : une part de marché substantielle dans 5 à 10ans
+ Le ciment « LC3 » actuellement en test sur le terrain : en Inde, 50 pays y travaillent, l’année dernière 2 nouvelles usines de production en Colombie et Cote ivoire, plusieurs entreprises pilotes en Europe, 3 projets aux USA
+ Le ciment « LC3 » : une réduction des émissions carbone d’environ 40% au global
+ 60% du Co2 dans la production du ciment Portland provient dans la production de ‘clinker’ (farine ciment) des 80% de calcium qui hautement chauffé fournit l’oxyde de calcium nécessaire tout en rejetant le CO2 dans l’atmosphère
+ Remplacer le calcium par l’argile calcinée offre 2 avantages : 1) une température de chauffe plus basse (de 1400 à 800 degrés), 2) évitement de la décomposition du calcaire, une réduction de 850 à 200 kg CO2 / tonne de clinker/ciment
+ L’argile, devant contenir au moins 40% de « kaolin » nécessaire est suffisamment accessible malgré différences géographiques, y compris en Californie, un terrain majeur de l’innovation
+ La couleur rouge (de cette argile) provenant de l’oxyde d’ion n’est pas un sujet et peut être gris en fonction du procédé d’oxydation utilisé
+ Les autres ciments alternatifs comme le CSA ou Géopolymère sont loin d’apporter une solution aussi bénéfique que le « LC3 »
+ Le ciment CSA (Calcium Sulfate Aluminium) peut sembler intéressant avec moins de calcium nécessaire, donc moins de CO2 émis ; son problème est son grand besoin en minéraux, d’aluminium (vs silicone) qui n’est pas disponible à grande échelle
+ La ressource potentielle nécessaire au CSA est par exemple le Bauxite, un élément rare dont 10 pays détiennent 90% des réserves
+ CSA : tout le bauxite disponible serait nécessaire pour couvrir 10% de la demande en ciment dans le monde, tout en étant plus couteux et moins robuste
+ CSA : une réduction carbone de 20-30% versus 40% pour le LC3
+ L’autre ciment dit Géopolymère est une impasse malgré les enormes ressources (Mds €) engagées dessus tout en ne produisant aucune avancée depuis plus de 50ans
+ Géopolymère : son utilisation de cendres et déchets à haut niveau de calcium ne pourra produire que 8% du volume nécessaire au ciment demandé sachant que 90% est déjà utilisé au ciment / béton
+ Géopolymère : aucune réduction CO2 supplémentaire possible, une possible augmentation CO2 avec les activateurs (Alkali) nécessaires aussi plus couteux et difficile à manier
+ Géopolymère : une mauvais jugement technique du capital risque
+ La solution d’absorption CO2 par des bactéries est encore pire (comme par les coraux): besoin d’oxyde de calcium qui ne peut se produire qu’en décomposant le dioxyde de calcium, produisant du CO2 – aucun intérêt et contreproductif
+ Le ciment « LC3 » permet aussi une production moins couteuse ; une adaptation surmontable
+ Le principal obstacle est l’inertie de l’industrie ciment « conservatrice »
+ Une usine ciment, produisant 10 mille tonnes de ciment / jour, est difficile à arrêter ou changer ; 7 ans de test actuel (Inde, Suisse et autres) est rapide dans cette industrie) ; une croissance exponentielle aujourd’hui prévisible
+ Le ciment « LC3 » peut faire économiser 400 Mds de tonnes CO2 par an, 1% du CO2 mondial > une centaine d’idées de cette nature suffisent à résoudre notre problème d’émissions carbone planétaire
Karen Louise Scrivener est une chimiste des matériaux connue pour ses travaux pionniers dans le domaine des matériaux à base de ciment. Elle est directrice du Laboratory of Construction Materials à l’École polytechnique fédérale de Lausanne. Elle a été rédactrice en chef de la revue Cement and Concrete Research pendant 15 ans.
Les Génies de la Planète (@geniesplanete ou www.geniesdelaplanete.com), ou l’écologie par les créateurs de solutions propres, est un blog + podcast résumant les principales idées ou solutions propres de ces génies, scientifiques ou entrepreneurs, œuvrant pour la préservation écologique de notre planète
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