Est-il possible de produire un ciment neutre en carbone ?

Après l’eau, le ciment est la ressource la plus consommée par l’humain, au détriment de l’environnement. Plus de 4 milliards de tonnes sont ainsi produites annuellement émettant plus de 8 % du CO₂. Ce matériau est fabriqué à partir de calcaire (source de calcium) et d’argiles (source de silicium, d’aluminium et de fer) extraits dans des mines. Les deux minéraux sont ensuite broyés et chauffés à 1 500°C grâce à des énergies fossiles. Au cours de ce processus, qui s’appelle la calcination, le calcaire libère du CO₂ en grande quantité : 0,8 tonne pour chaque tonne de ciment. « Les émissions liées au ciment viennent à 60 % du procédé chimique en lui-même. Même si on utilise des énergies vertes, il ne sera pas possible de décarboner complètement ce secteur pour tendre vers la neutralité carbone. C’est pour cela que nous avons conçu un ciment qui ne contient pas de calcaire, basé sur une autre chimie », explique Mohend Chaouche, directeur de recherche au CNRS et spécialiste en science des matériaux. Depuis dix ans, il collabore avec les industriels pour développer des ciments à bas carbone. Certains ont déjà été employés dans le chantier du grand Paris ou encore au village olympique. En 2020, en partenariat avec la professeure F. Briki de l’université Paris-Saclay, il a fabriqué un ciment qui serait neutre en carbone à la production, dans le cadre du projet Cimen soutenu par CNRS-Innovation. Ce dernier a abouti au dépôt d’un brevet CNRS, et se poursuit au sein du projet Concerto épaulé par la Commission européenne à travers le programme Horizon Europe.

S’émanciper du calcaire

Pour produire ce ciment, les inventeurs et inventrices utilisent une matière première de départ constituée de roches dites ultramafiques, abondantes à travers le monde et distribuées sur le littoral, principalement au niveau des zones de subduction où se rencontrent les plaques tectoniques. En Europe, on retrouve ainsi de larges gisements le long de la côte Océanique Espagnole, au sud de la France et de l’Angleterre, en Norvège et dans les Alpes. « Ces roches sont dites plutoniques et durcissent avant leur remontée en surface terrestre en refroidissant au contact de l’eau. Elles contiennent du magnésium et du silicium en proportions idéales pour ce nouveau ciment. Une fois extraites, elles sont traitées selon un procédé mécano-chimique complètement électrifiable, ce qui nous permet d’utiliser des énergies renouvelables », explique le chercheur. Toute la difficulté de cette technique est de rendre cette roche réactive et c’est sur cette partie que les laboratoires ont déposé leur brevet. Pour l’instant le projet en est encore au TRL 4. Les prochaines années verront la montée en puissance du procédé afin de passer à l’échelle industrielle et à la création d’une start-up pour installer un premier pilote.

Aujourd’hui les cimenteries sont situées au plus près du calcaire, c’est-à-dire à l’intérieur des terres. Le ciment est ensuite déplacé jusqu’aux chantiers. Si la production de ce ciment peut être décarbonée, reste que le transport continue d’émettre du CO₂, tant que les camions fonctionnent à l’énergie fossile. « Nous ne pouvons pas résoudre tous les problèmes, dès que nous consommons, il y a un impact. En décarbonant la fabrication, nous éliminons tout le CO₂ issu du procédé chimique. En outre, comme notre méthode est électrifiable, les émissions dues aux énergies fossiles sont absentes, ce qui n’est pas le cas du ciment classique. Par ailleurs, le procédé de fabrication de notre ciment consomme trois fois moins d’énergie que celui du ciment classique. Mais étant donné que nous utilisons de l’électricité, cela nous coûte plus cher. Nous devons encore optimiser la procédure afin qu’elle soit compétitive », ajoute Mohend Chaouche. Dans le cadre du projet Horizon Europe, ils réaliseront une analyse de cycle de vie de leurs procédés.