Un nouveau matériau développé par l'EPFL pourrait révolutionner la production de béton et économiser 500 millions de tonnes de CO2

Des chercheurs de l'EPFL ont trouvé une solution pour réduire les émissions lors de la production du béton (Photo: Stefan Wermuth/Projet LC3/EPFL)

Chaque année, pour chaque personne vivante sur Terre, environ 4 tonnes de béton sont produites. Le ciment, qui est utilisé comme composant liant pour sa production, représente donc à lui seul le8 pour cent de les émissions global de CO2.

L’impact du béton, en termes d’émissions et de consommation de ressources, est suffisamment important pour représenter un enjeu crucial pour la santé de la planète. Il s'agit d'une tâche particulièrement difficile, car la nécessité de réduireimpact climatique du béton doit répondre aux besoins des économies en croissance, qui nécessitent de nouvelles constructions et infrastructures.

Ainsi, le Laboratoire des Matériaux de Construction de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) a étudié une alternative durable adaptée à la demande toujours croissante de matériaux de construction à l'échelle mondiale : elle s'appelle CL3 (« Limestone Calcined Clay Cement ») est déjà produit dans diverses usines et permet de réduire les émissions de 40 pour cent par rapport au ciment traditionnel.

Professeur Karen Scrivener, responsable du Laboratoire des matériaux de construction de la Faculté d'ingénierie de l'EPF de Lausanne qui a développé LC3 (Photo: EPFL)

Ciment, les longues recherches de Karen Scrivener à l'Université Polytechnique de Lausanne

Karen Scrivener, responsable du Laboratoire des Matériaux de Construction de la Faculté d'Ingénierie de l'EPFL, étudie les béton depuis quarante ans. Nous construisons beaucoup de choses en béton, mais nous en savons encore trop peu sur ce sujet. "Cela semble si simple : on mélange une poudre grise avec de l'eau et un matériau de construction stable est prêt.», a expliqué le scientifique britannique dans une interview accordée l'année dernière. Cependant, dans la production de béton, «des réactions chimiques complexes se produisent», qui méritent d’être approfondis.

Au cours de sa longue carrière universitaire, la chercheuse a beaucoup fait pour combler ces lacunes, en se concentrant sur l'amélioration des propriétés mécaniques et environnementales du béton : dans le cadre des efforts mondiaux pour réduction des émissions de gaz à effet de serre, le travail systématique sur le béton est plus important que jamais.

Scrivener et son équipe multidisciplinaire de l'EPFL, en collaboration avec des partenaires industriels et de recherche, ont enfin trouvé un brillant substitut au béton « traditionnel » : c'est le Ciment d'argile calcinée au calcaire, en abrégé LC3, une argile calcinée qui n'émet pas de CO2 et cuit à seulement 800 degrés centigrades (contre 1.450 XNUMX°C pour le procédé classique).

Ciment et émissions de CO2 : la vraie solution est de contenir le clinker

Il cimentL'eau, composant liant du béton, est responsable de 8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre et constitue la deuxième matière première la plus exploitée au monde après l'eau. Le béton est tout sauf durable: pour produire une tonne, on émet environ une tonne de CO2. Le processus de production et les ingrédients sont restés les mêmes qu’il y a deux cents ans.

En enquêtant plus loin, nous découvrons que le mâchefer (composant de base du ciment Portland, le plus utilisé) constitue à lui seul 90 pour cent des émissions globales due à la production de béton : la génération de ce matériau a en effet un très haut intensité carbone, ce qui signifie que, si d’une part elle nécessite des combustibles à haute teneur énergétique (fossile), de l’autre elle émet une grande quantité de carbone pour l’énergie consommée.

La réaction chimique de calcination, qui confère au clinker ses propriétés liantes, est à lui seul responsable de 60 pour cent des émissions liées à la production du béton : éliminer le clinker du ciment permettrait d'éliminer ces émissions, mais cette voie est techniquement quasiment impossible, explique Karen Scriveneur.

Il existe cependant une solution efficace pour réduire considérablement Emissions de CO2: limiter le pourcentage de clinker dans le ciment, en le remplaçant par d'autres matériaux comme la terre cuite, permet de réduire les émissions sur les deux fronts, en limitant le CO2 produit par la réaction chimique et en minimisant la quantité de combustible nécessaire au traitement du ciment.

LC3 est né, le ciment durable et économique qui fera la différence

Dans la longue recherche de substituts idéaux au clinker, Scrivener et son équipe ont obtenu des résultats importants avec Ciment d'argile calcinée au calcaire, une argile calcinée qui peut être cuite seule 800 gradi Celsius et qui, contrairement au calcaire utilisé pour le clinker, n'émet pas de CO2 lorsqu'il est chauffé.

Le Ciment d'Argile Calcinée Calcaire, ou CL3, cuit à des températures beaucoup plus basses que le ciment traditionnel, ce qui réduit la quantité de combustible nécessaire et permet d'émettre l'hypothèse de l'utilisation de des sources d'énergie plus propres comme l’électricité, une option non viable pour le clinker.

En remplaçant la moitié du clinker, LC3 peut réduire les émissions de CO2 d’environ 40 pour cent par rapport au béton conventionnel. Le bétonargile calcinée il est également très fonctionnel : il est moins perméable à l'eau et au sel, donc plus durable que le ciment Portland, et peut être produit à moindre coût. Parce qu'elle nécessite moins d'énergie et utilise une argile largement disponible, la production de LC3 cela peut coûter jusqu'à 25 pour cent de moins par rapport au béton conventionnel.

Il ne s’agit pas ici de diaboliser le béton, bien au contraire. En soi, le béton a une empreinte CO2 plus faible que tous les autres matériaux de construction : il est très durable et a donc un cycle de vie positif. Le problème, c’est que nous en produisons une quantité impressionnante. Et nous ne pouvons pas arrêter de le faire.

LC3 : une solution durable aussi (surtout) pour le Sud du monde

Nous produisons chaque année 30 milliard de tonnes de matériau à base de ciment, "un chiffre énorme et nettement supérieur à tous les autres matériaux que les humains utilisent ensemble», rappelle Scrivener.

D'autre part, "Arrêter la construction en béton n’est pas une option pour les économies émergentes": la bois il peut satisfaire au maximum 10 pour cent de la demande et ne représente pas une solution pour le Sud du monde. "Il n'y a pas assez d'espace pour la forêt qui serait nécessaire», explique le chercheur, «et nous n'avons même pas 30 ans pour faire pousser suffisamment d'arbres ».

Ce dont vous avez besoin, c'est d'un solution pratique et concrète, ce qui permet réduire les émissions liées à la production de ciment, sans renoncer aux qualités qui en ont fait le matériau de construction le plus utilisé au monde au fil des siècles. Par exemple, en utilisant un matériau, de l'argile, largement disponible dans le monde entier (y compris des pays, comme ceux d'Afrique, qui ne peuvent pas compter sur d'importantes ressources en calcaire).

La production de LC3, moins chère et moins polluante que celle du clinker, a déjà commencé en de nombreuses usines à travers le monde:Argos Cementos en Colombie produit 2,3 millions de tonnes de ciment LC3 par an, et Holcim dans le canton de Zoug a annoncé qu'il en produirait 500.000 XNUMX tonnes par an.

Pour chaque tonne d’argile calcinée produite, 600 kilos de CO2 sont économisés. D’ici fin 2023, LC3 aura déjà économisé 15 millions de tonnes de CO2. Si l’industrie du ciment adoptait largement l’utilisation du ciment à base d’argile calcinée, d’ici 2030, nous pourrions éviter 500 millions de tonnes de Emissions de CO2.

Le béton ne peut pas être remplacé. Mais peut-il être plus durable ? La solution des chercheurs de l'EPFL (Photo: Envato)