C'est le produit le plus utilisé dans le monde. Le ciment est indispensable mais sa réputation s'est largement entachée au cours du débat climatique en cours. Mélangé avec de l'eau, sable et gravier, il en résulte du béton, sur laquelle notre monde moderne est construit. Cependant, le matériau frugal est à l'honneur principalement à cause d'une autre propriété :la production d'une tonne de ciment provoque environ

700 kg de dioxyde de carbone (CO 2 ) émis dans l'atmosphère. C'est moins que dans le cas de, dire, production d'acier ou d'aluminium. Mais c'est la quantité qui fait la différence. Chaque année, nous produisons environ douze kilomètres cubes de béton dans le monde, une quantité qui pourrait remplir complètement le lac des Quatre-Cantons, chaque année à nouveau. Et la tendance est à la hausse.

La part des émissions mondiales de CO2 causées par l'industrie du ciment est actuellement d'environ sept pour cent. Cependant, cela risque d'augmenter à l'avenir, alors que la demande augmente en Asie et de plus en plus en Afrique, alors que la production en Europe est plus ou moins stable. Il est donc grand temps de chercher un ciment qui offre aux gens des logements et des infrastructures, mais prend toujours en compte les aspects environnementaux et peut être produit conformément à nos objectifs climatiques. Le Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE) appelle également au développement et à l'utilisation immédiats de nouveaux matériaux à base de ciment qui sont plus respectueux du climat et en même temps rentables. Les chercheurs de l'Empa travaillent ainsi sur des types alternatifs de ciment et de béton qui produisent moins de gaz à effet de serre ou peuvent même lier le CO 2 .

"Le ciment est traditionnellement brûlé dans un four rotatif à environ 1450 degrés Celsius, " déclare Frank Winnefeld, chercheur à l'Empa, du laboratoire Béton et asphalte de l'Empa. Bien que les combustibles fossiles puissent être remplacés par des énergies alternatives, « avec un degré moyen de substitution de 50 % avec les technologies d'aujourd'hui, le potentiel d'économies est déjà bien épuisé, du moins en Europe, " dit Winnefeld. Cependant, plus d'énergie pourrait être économisée en utilisant des matières premières qui nécessitent une température de combustion plus basse. Un candidat prometteur est le ciment CSA à base de sulfoaluminate de calcium. Il nécessite une température de cuisson inférieure de 200 degrés et émet environ 200 kg de CO2 en moins par tonne de ciment. Mais la réduction des émissions de gaz à effet de serre n'est pas seulement due à la température de cuisson plus basse. Une grande partie de l'avantage climatique du ciment CSA est due à la plus faible quantité de calcaire dans le mélange de matières premières.

Énorme demande

Le calcaire est responsable de l'essentiel des émissions de CO2 par réaction chimique lors de la production de ciment. Ainsi, la réduction de la proportion de calcaire est un aspect intéressant dans le développement de l'éco-ciment. En plus du ciment CSA, les chercheurs examinent les constituants de substitution qui s'accumulent sous forme de déchets dans d'autres industries.

Il s'agit notamment des scories des hauts fourneaux utilisés dans la production de fonte brute et des cendres volantes provenant de la combustion du charbon. Les deux produits peuvent être mélangés avec du ciment pour aider à réduire les émissions de CO2.

Mais ces matières premières secondaires ne peuvent pas répondre à la demande gigantesque de l'industrie. Les chercheurs de l'Empa sont, donc, innover et identifier les branches d'activité dont les résidus sont encore peu exploités. « La récupération métallurgique des métaux précieux des déchets électroniques laisse un laitier de haute qualité qui peut également être mélangé avec du ciment sous forme de poudre, " explique Winnefeld. Si la teneur en métaux lourds du laitier est conforme aux normes légales, ce ciment pourrait également être utilisé en Suisse. La bonne nouvelle est que les sédiments de la « mine urbaine » provenant des restes de nos téléphones portables et ordinateurs désaffectés continueront de croître à l'avenir. Selon Winnefeld, il est également possible d'utiliser des déchets de construction minéraux pour les adjuvants de ciment.

Le type d'additifs dans le ciment pourrait même être modifié de manière à éliminer complètement le processus de combustion. Dans le ciment dit activé par les alcalis, les composants tels que les scories, les cendres ou l'argile calcinée sont animées de la réaction chimique souhaitée par des solutions alcalines fortes telles que les silicates de sodium. Les produits de cette réaction se combinent alors pour former un matériau dont la résistance à la compression correspond à celle du brûlé, ciment conventionnel.

Le gaz climatique pris dans le béton

La capacité de lier le CO2 dans le béton au lieu de le libérer est également une caractéristique ingénieuse. Un CO 2 -le béton négatif serait un véritable ami du climat. Les chercheurs de l'Empa travaillent sur un ciment à base de magnésium qui constituera la base de cet éco-béton. Les ressources pour la matière première sont disponibles dans les régions où l'olivine contenant du magnésium se trouve dans le sol. Le minéral se trouve principalement dans les profondeurs du manteau terrestre. Cependant, s'il est transporté à la surface par l'activité volcanique, par exemple en Scandinavie, il peut être dégradé. Dans la production de ciment à partir d'olivine, Du CO2 est ensuite ajouté au silicate de magnésium brut. Et comme seule une partie du matériau est brûlée lors d'une étape de traitement ultérieure, globalement moins de CO2 est produit qu'auparavant. Et bien que le produit porte déjà un nom accrocheur ("MAMANS", oxyde de magnésium dérivé de silicates), ses propriétés sont encore largement inexplorées.

Diversité croissante

Pour s'assurer que de telles approches ne finissent pas comme des produits de niche, mais peut être produit industriellement et à moindre coût, des analyses minutieuses doivent montrer que l'éco-ciment répond aux mêmes exigences que les produits conventionnels. De nombreux types alternatifs de ciment manquent actuellement de recettes simples pour ajouter de nouveaux constituants ou modifier les procédés de fabrication sans compromettre les propriétés convoitées du ciment traditionnel. Tant que les performances au moins équivalentes de l'éco-ciment ne pourront être démontrées hors de tout doute, le ciment Portland classique, un matériau de construction bon marché et bien caractérisé, restera le matériau de prédilection des ingénieurs civils.

Les chercheurs en ciment de l'Empa analysent actuellement les rapports de mélange chimique et les critères de conformité tels que la résistance et la durabilité de nouveaux types de ciment, ouvrant la voie à des agréments conformes aux normes. Il s'agit notamment d'enquêtes à petite et à grande échelle. En plus des investigations chimiques, analyses microscopiques et modélisation thermodynamique, avec lequel les réactions à l'intérieur du ciment sont étudiées, la capacité portante de grands composants faits de différents types de ciment est également comparée. « Les processus industriels devront être optimisés, car ils sont encore trop chers dans de nombreux cas, " dit Winnefeld. C'est clair, cependant, que d'autres types de ciment peuvent être utilisés pour produire un béton d'une durabilité comparable voire meilleure.

Dans tous les cas, un développement est déjà en train d'émerger :la variété des produits en ciment et en béton augmentera à l'avenir. Pour les producteurs de matériaux de construction, cette diversité conduit à des exigences accrues. De plus, Winnefeld est certain que l'utilisation de matières premières secondaires rendrait les solutions locales plus attractives s'il n'y avait pas de voies de transport, par exemple parce que des résidus industriels appropriés sont produits à proximité d'une cimenterie.

La production de béton est responsable d'environ 6% des émissions de CO2 d'origine humaine dans le monde, en Suisse même pour 9%. Dans le domaine du bricolage, le béton est mélangé en utilisant des règles empiriques simples. Par exemple, 300 kg de ciment, 180 l d'eau et 1890 kg de granulats produisent un mètre cube de béton. L'émission de CO2 du béton provient en grande partie de la teneur en ciment :le ciment doit être brûlé à 1450 degrés, où le CO lié aux minéraux 2 se dissout du calcaire. À l'échelle mondiale, 2,8 milliards de tonnes de ciment sont produites chaque année.