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  • Bâtiments responsables : l’importance du choix du ciment

En France, le secteur du bâtiment est le plus énergivore. Il représente 46% de la consommation énergétique nationale, bien devant les secteurs du transport (27%) et de l’industrie (24%)

Un impact écologique mesurer sous le prisme des rejets en CO2 des objets étudiés, autrement nommés gaz à effet de serre (GES). C’est sous cet indicateur que les émissions carbonées sont mesurées. Plus ce chiffre est élevé, moins le bâtiment est respectueux de l’environnement. Ainsi, le secteur du bâtiment représentait 19% des émissions de gaz à effet de serre en 2016. En 2017, le secteur de la construction seul représentait environ 10% de GES. Sur ces 10%, le béton en représente à lui seul près de 52%.

Quelles sont les solutions – dans un futur proche – qui pourraient se substituer à ce composant ?

Graphique du poids carbone par secteur en France

Le béton et la construction

Principalement composé de granulats, de sable, de ciment et d’eau, le béton est, à l’heure actuelle, un acteur incontournable dans le monde de la construction. Le fait de rajouter plus d’eau à la composition du ciment, pour diminuer la proportion de granulats, ne change en rien le poids carbone du béton.

Le fautif : le ciment. Il ne représente que 11,74% de la masse globale du béton et il est cependant responsable de 98% du carbone émis par ce dernier. Un “béton bas carbone” revient donc à un “ciment bas carbone”.

Le composant du ciment majoritairement responsable des émissions de GES est le clinker. Ce mélange est composé d’environ 80 % de calcaire et de 20 % d’aluminosilicates.La cuisson du clinker à 1450°C via des combustibles fossiles est responsable d’environ 40% des émissions de GES du ciment.

Concernant les autres composants du ciment – les granulats et le sable – leur taux d’émission de GES est très faible, en revanche il faut savoir qu’ils proviennent de ressources non renouvelables difficile à substituer.

Moins de Clinker, moins d’émissions de CO2

Aujourd’hui, il existe plusieurs type de ciments, pour différentes utilisations, et tous connaissent un pourcentage de clinker différent :

– LE CEM I Polyvalent, économique et de très bonne qualité, ce ciment, type Portland, est très répandu dans l’industrie de la construction pour tous types d’ouvrages : hôpitaux, écoles, résidences, etc. Il convient à la fabrication du béton armé ou du béton précontraint. En revanche, il contient environ 95 % de clinker et 5 % de constituants secondaires. Son impact carbone, très élevé, est de l’ordre de 850 kg de CO2/tonne. Pour comparaison, un béton est considéré bas carbone à environ 250 kg de CO2/tonne.

– LE CEM II/ A Majoritairement utilisé, ce ciment Portland contient environ 80 % de clinker et 20 % d’un autre constituant comme le laitier de haut-fourneau, les fillers calcaires ou les cendres volantes. Son impact carbone est de l’ordre de 750 kg de CO2/tonne.

– LE CEM II/ B Ciment Portland contenant environ 65 % de clinker et 35 % d’un autre constituant comme le laitier de haut-fourneau, les fillers calcaires ou les cendres volantes. Son impact carbone est de l’ordre de 630 kg de CO2/tonne.

– LE CEM V/A Ciment composé qui contient entre 20 et 64 % de clinker complété avec deux autres constituants qui sont le plus souvent des cendres volantes et du laitier de haut-fourneau. Son impact carbone est de l’ordre de 500 kg de CO2/tonne

– LE CEM III/ A Ciment de haut-fourneau qui contient 35 à 64 % de clinker complété avec le laitier de haut-fourneau. Il est utilisé pour les bâtis à faible empreinte environnementale. Son impact carbone est de l’ordre de 460 kg de CO2/tonne.

– LE CEM III/ B Ciment de haut-fourneau contenant 20 à 34 % de clinker complété avec le laitier de haut-fourneau majoritaire. Il est utilisé pour les bâtis à faible empreinte environnementale, dans les ouvrages massifs et dans les fondations. Son impact carbone est de l’ordre de 250 kg de CO2/tonne.

Fig. 1. Types de ciments en fonction de leurs compositions - Source : VICAT5
Fig. 2. Impact carbone (en kg eq. CO2 / t de ciment) des différentes compositions courantes de ciments - Sources : ATILH, Déclaration environnementale produit, Ciments courants français, 2015

Les CEM III A et B sont donc des ciments plus écologiques, grâce à leurs faibles taux de clinker.

Des industriels mobilisés pour diminuer l’impact carbone des matériaux

Comme expliqué ci-dessus, le choix du ciment est primordial pour une construction à faible empreinte carbone. Le cycle de vie et l’aptitude des ciments allégés en clinker sont équivalents à ceux des ciments traditionnels, comme nous l’explique l’étude de la Fédération Française du Bâtiment.

Depuis 2017, l’entreprise Hoffmann Green Cement Technologies développe des ciments à faible émissions de CO2 : entre 200 et 250 kg de CO2 par tonne produite, contre 900 kg pour un ciment classique, type Portland. Ces nouveautés ont su convaincre très rapidement les géants de la construction comme Eiffage. Pendant plus d’un an, ces deux acteurs ont collaboré pour proposer un liant émettant 5 fois moins de CO2 qu’un ciment classique. Ce liant est utilisé pour la réhabilitation des Ateliers Gaîté à Montparnasse (Paris 14).

Bouygues Construction a également annoncé, début juillet 2019, avoir signé un partenariat avec ce cimentier pour tester des formules de béton à base d’un nouveau ciment fabriqué à partir de la technologie H-EVA. Ce dernier présenterait une empreinte carbone près de 80 % inférieure à celle d’un ciment traditionnel.

La commission européenne, dans le cadre du thème « Énergie » d’Horizon 2020, cherche elle aussi à développer des solutions de liant à faible émission de CO2. Son projet de recherche “ECO-Binder” vise à améliorer les capacités isolantes de 20%, tout en réduisant de 30% l’empreinte carbone et de 15% le coûts – comparaison avec le ciment Portland. Sur ce projet, la commission travaille en collaboration avec 13 partenaires de France, Italie, Allemagne, Danemark, Grèce, Roumanie, Espagne, Royaume-Uni, Hongrie et République tchèque.

Des solutions existent déjà

En Lituanie, les équipes de chercheurs en Université s’orientent sur le sujet du béton écologique, fabriqué sans ciment. En effet, dans un communiqué mis en ligne le 31 octobre 2018, l’équipe en ingénierie civile et architecture “Vytautas Bocullo” explique avoir développé un béton écologique à partir de résidus industriels : cendres volantes issues des centrales à charbon, laitier de haut fourneau, cendres de biocarburant, etc. De plus, ce dernier durcit à température ambiante (20°C), contrairement au ciment Portland qui doit être chauffé à une température très élevée (1450 °C). Aucune émission de CO2 n’est donc produite pendant sa mise en place. Très résistant au feu, il isole parfaitement les armatures en métal et les protège de la corrosion. De plus, sa teinte plus claire limite l’accumulation de chaleur.

La société française “Air Liquide” et la start up américaine “Solidia Technologies”, ont pour leur part collaboré au développement d’un béton qui durcit seulement lorsqu’il est au contact de CO2. Il ne consomme donc que peu d’eau et absorbe du dioxyde de carbone. Cette solution permet à l’ensemble des acteurs de la construction et de la chaîne industrielle en générale de réduire jusqu’à 70% l’impact environnemental du béton. La technologie est en cours de commercialisation depuis 2015 via un partenariat avec Lafarge.

Quelles dispositions pour demain ?

2020 : arrivées des CEM II/C-M (M pour mélange) et les CEM VI. Un choix plus large aux acteurs de la construction quant à la composition de leur béton. Ces ciments sont des mélanges « ternaires », composés de clinker, de calcaire et de composés cimentaires comme les laitiers, les cendres ou la pouzzolane. Leur teneur en clinker varie de 50 à 65% pour les CEM II/C-M et de 35 à 50% pour les CEM VI.

2021 : arrivée des LC3 (Limestone calcined clay cement). Composés de clinker, calcaire et métakaolin (argile calcinée), la résistance du ciment LC3 est supérieure à celle des ciments traditionnels et son empreinte environnementale est réduite de 35 à 40% par rapport au CEM I (ciment Portland).

Les futurs ciments, CEM II/C-M, CEM VI et LC3, permettront de réduire les émissions CO2 de 50% comparé à un CEM I et de 35% comparé à la moyenne actuelle de tous les ciments.

Il s’agit donc d’une grande avancée technologique et environnementale. Malheureusement, cette baisse d’émission de GES de 50% ne suffira pas à rendre le monde de la construction écologiquement responsable. Pour cela, une mobilisation de tous les acteurs est requise et d’autres solutions doivent être mises en place.