Les gigantesques cheminées des cimenteries sont responsables de 5 à 7 % des émissions de dioxyde de carbone (CO2) mondiales. Pour deux tiers, celles-ci sont dues à la décarbonatation du calcaire (CaCO3) qui se produit lors de la fabrication du clinker, constituant essentiel du ciment. La réaction a lieu à plus de 1 000 °C : le CaCO3 se décarbonate en émettant une molécule de CO2 pour former de l’oxyde de calcium (CaO). Le tiers restant des émissions provient du chauffage. Pour l’industrie cimentière, la solution pour réduire ses émissions de CO2 est donc toute trouvée : limiter le taux de clinker dans ses ciments, qui grimpe aujourd’hui jusqu’à 95 %. « C’est un levier à court terme très puissant », affirme Fabrice Copin, le directeur du pôle process industriel de l’Association technique de l’industrie des liants hydrauliques (Atilh).
La feuille de route pour atteindre la neutralité carbone en 2050, établie par la filière en 2018, fait du développement de nouveaux ciments une priorité. La mise sur le marché de ciments à faible taux de clinker pourrait réduire de 127 kg la quantité de CO2 émis par tonne de ciment produit. Soit près de 20 % des 656 kg de CO2 émis en moyenne pour fabriquer une tonne de ciment aujourd’hui.
Deux ciments « bas carbone » sont déjà prêts : le CEM II/C-M et le CEM VI. Dits « ternaires », ils sont composés de clinker, de calcaire et de composés cimentaires. Ces derniers peuvent être du laitier issu de hauts-fourneaux sidérurgiques, c’est-à-dire un sous-produit de la fabrication de fonte. Mais aussi être des cendres volantes provenant de centrales thermiques, ou des pouzzolanes – des roches volcaniques. Leur teneur en clinker varie de 50 à 65 % pour les CEM II/C-M, et de 35 à 50 % pour les CEM VI. « Ces ciments n’en sont plus au stade de la R & D, indique Edelio Bermejo, le directeur de la R & D chez LafargeHolcim. Ils ont été largement validés et nous sommes prêts à les produire. D’autant que leur fabrication n’implique pas de modification de nos installations. »
De nouveaux ciments bloqués par la Commission européenne
Or ces nouveaux ciments ne sont pas encore produits et vendus en raison d’un blocage juridique au niveau de la Commission européenne qui freine leur homologation, indique Xavier Guillot, le responsable de la coordination des normes chez LafargeHolcim. « Pour les introduire, il faut réviser la norme européenne harmonisée qui autorise leur mise sur le marché. Mais des problèmes légaux entre la Commission européenne et le Comité européen de normalisation empêchent de finaliser le travail. » Les cimentiers envisagent de rédiger une norme commune à tous les pays membres, mais qui serait appliquée à l’échelle nationale. « Il faut bien que nous avancions pour faire face aux enjeux auxquels on nous demande de répondre, à savoir réduire nos émissions de CO2 », ajoute Xavier Guillot. La mise sur le marché est espérée, au mieux, en 2021.
Une des limites des ciments CEM II/C-M et CEM VI tient à la disponibilité des substituts utilisés pour remplacer le clinker. En effet, le laitier issu de hauts-fourneaux n’est disponible qu’à proximité des sites sidérurgiques. « À l’avenir, avec une augmentation du recyclage de l’acier et d’éventuelles délocalisations des aciéries, les gisements risquent de s’éloigner de nos marchés et de s’amenuiser, avertit Laury Barnes, la directrice scientifique du groupe Vicat. De plus, la disponibilité actuelle de laitier ne permettra pas de couvrir tous les besoins en ciments bas carbone. » De même pour les cendres volantes, qui devraient se faire de plus en plus rares à mesure que les centrales thermiques ferment.
L'alternative des argiles calcinées
C’est pourquoi un autre ciment ternaire concentre l’espoir des cimentiers pour réduire le taux de clinker : le ciment aux argiles calcinées et au calcaire. « Les argiles sont des minéraux présents partout sur Terre, pointe Laury Barnes. Mais toutes ne conviennent pas pour faire du ciment. C’est pourquoi nous faisons de la prospection dans les pays où nous sommes présents. » Dans le cadre d’un projet appelé LC3 (Limestone calcined clay cement), un consortium de chercheurs suisses, indiens et cubains est parvenu à une formulation incluant 30 % d’argiles calcinées, auxquels s’ajoutent 50 % de clinker, 15 % de calcaire et 5 % de gypse, ce dernier étant toujours présent dans n’importe quel ciment.
« Le futur est là », assure Edelio Bermejo. Le principe consiste à utiliser de l’argile cuite à 800 °C pour remplacer le clinker. Avec une température de cuisson plus basse – donc un besoin plus faible en énergie –, et l’absence de réaction de décarbonation du calcaire émettrice de CO2, les émissions sont fortement diminuées. « Nous pouvons les réduire de 40 % par rapport au ciment de référence CEM I », précise Rémi Barbarulo, le directeur R & D de l’équipe sur les ciments nouveaux chez LafargeHolcim. La fabrication d’une tonne de CEM I, composé à 95 % de clinker et à 5 % de gypse, émet 850 kg de CO2. Selon l’Atilh, il représente 20 % du marché et continue à être utilisé car il répond à des applications spécifiques, notamment lorsqu’une résistance à court terme est recherchée.
Or les ciments de type LC3 sont des candidats sérieux pour remplacer le CEM I. « Le clinker, l’argile calcinée et le calcaire mélangés dans les proportions définies par le projet LC3 forment une synergie », indique Laury Barnes. C’est-à-dire qu’ils réagissent d’une manière avantageuse qui permet d’obtenir de bonnes performances en termes de résistance mécanique et de durabilité. « Une argile bien choisie et bien calcinée peut être aussi bonne que du clinker », assure Rémi Barbarulo.
Le nécessaire captage du CO2
Contrairement aux ciments CEM II/C-M et CEM VI, les ciments LC3 nécessitent une adaptation du procédé de fabrication : l’ajout d’un four pour cuire les argiles à 800 °C. « Ce sont des investissements significatifs, qui se chiffrent en dizaines de millions d’euros », précise Rémi Barbarulo. Un pilote industriel est prévu dans une cimenterie de LafargeHolcim en France, avec une production attendue d’ici à deux ans. Un autre est également prévu d’ici à 2021 chez Vicat.
La feuille de route de l’industrie cimentière inclut d’autres mesures à court terme : amélioration de l’efficacité énergétique, substitution énergétique et utilisation de biomasse. Mais toutes ces solutions restent des leviers moins importants que la substitution du clinker.
Toutefois, le clinker ne disparaît d’aucun des ciments « bas carbone » envisagés. Et les combustibles utilisés pour le chauffage émettront toujours du CO2. À plus long terme, les cimentiers estiment donc qu’ils ne pourront pas se passer du captage du CO2, en vue de le réutiliser ou de le stocker. Plusieurs procédés sont en cours de développement, comme le projet FastCarb [lire l’encadré]. « Ce sont des technologies de rupture qui présentent des incertitudes », avertit Fabrice Copin. Avec le captage, les cimentiers espèrent réduire de 312 kg supplémentaires leurs émissions de CO2 pour chaque tonne de ciment produit. Soit près de la moitié du chemin qui doit les mener à la neutralité carbone. La bonne formule inclut le captage. ?
