Développement de nouveaux types de ciment à empreinte carbone réduite

L’industrie du ciment en mouvement

La volonté de l’industrie cimentière belge de réduire l’impact environnemental du ciment n’est pas neuve, mais elle se renforce. Le défi consiste à y parvenir tout en maintenant les performances techniques du ciment et du béton. L’un des moyens d’atteindre les objectifs de neutralité climatique d’ici 2050 est de réduire la teneur en clinker du ciment. Le clinker est le constituant de base du ciment et est obtenu en chauffant principalement du calcaire jusqu’à 1450°C dans un four à ciment. Outre les émissions de CO2 provenant des combustibles, du CO2 est également libéré lors de la décomposition chimique du calcaire en oxyde de calcium, à environ 850°C. Cette réaction chimique est à l’origine de la majeure partie des émissions totales de CO2. Le reste des émissions de CO2 provient du chauffage des matières qui passent par le four.

Après le passage dans le four, des matières de substitution sont souvent ajoutés au clinker avant que l’ensemble soit broyé en une fine poudre appelée ciment. Les producteurs réduisent la proportion de clinker dans le ciment, réduisant ainsi immédiatement les émissions de CO2. Pour suivre cette voie, de nouveaux ciments, c’est-à-dire de nouvelles recettes ou compositions, sont incontournables. Les matières de substitution du clinker, tels que les cendres volantes, le laitier de haut fourneau ou les fillers calcaires, sont mélangés et broyés avec le clinker, sans être chauffés dans le four et donc sans émettre de CO2. Toutefois, la fermeture des centrales électriques au charbon et l’abandon progressif des hauts fourneaux sidérurgiques entraînent une pénurie de cendres volantes et une diminution de la disponibilité du laitier de haut fourneau, ce qui oblige l’industrie du ciment à utiliser d’autres matières premières secondaires.

Le ciment le plus couramment utilisé en Belgique aujourd’hui est le ciment de haut fourneau « bas carbone » CEM III/A, avec une teneur en clinker comprise entre 35 et 64% et le solde est du laitier de haut fourneau. Seuls les ciments belges CEM III et CEM V ont une teneur en clinker inférieure à 65%. Pour information, la proportion moyenne de clinker dans le ciment belge en 2020 était de 63,8%, alors que la moyenne européenne se situe autour de 77%.

Une nouvelle partie de la norme sur le ciment a été publiée en 2021, à savoir la partie 5, la NBN EN 197-5. Elle décrit les nouveaux types de ciment CEM II/C-M et CEM VI. Les types de ciment CEM II/C-M ont une teneur en clinker de 50 à 64%. Les types CEM VI appelés « bas carbone » contiennent encore moins de clinker, à savoir entre 35 et 49%. Et depuis la mi-2023, il existe même une sixième partie à la norme ciment, la NBN EN 197-6, qui traite du ciment avec des particules fines issues du recyclage. Certes, ces deux dernières normes ne sont pas harmonisées. Dès lors, aucun marquage CE ne sera possible pour ces types de ciment, mais le marquage volontaire BENOR sera possible.

Les ciments figurant dans les normes sont tous adaptés à un usage général, ce qui signifie entre autres qu’ils n’ont pas d’effet négatif sur la durabilité du béton. En outre, une aptitude spécifique à l’emploi doit être démontrée pour certaines applications (généralement en fonction des classes d’environnement selon les normes sur le béton, qui incluent des attaques par carbonatation, par le gel, par la pluie, par les sels de mer ou de déverglaçage et les attaques chimiques).

Un projet de recherche prénormative de grande ampleur, NEOCEM, mené par l’industrie cimentière, en collaboration avec trois centres de recherche, le CRIC, BUILDWISE et le CRR, est en cours depuis 2020 et vise à démontrer l’aptitude spécifique de 4 types principaux de ciment avec de nouvelles matières : les CEM II/B-M, CEM II/C-M, CEM V et CEM VI, où les matières secondaires sont du laitier de haut fourneau et/ou des fillers calcaires et/ou une nouvelle matière telle que l’argile calcinée. Pour ces types de ciment, un certain pourcentage de laitier, qui varie d’un type à l’autre, est remplacé à chaque fois par des fillers calcaires ou des argiles calcinées. L’avancement du projet a déjà permis l’introduction d’une partie des nouveaux ciments dans la nouvelle version de la norme belge relative au béton, la NBN B 15-001 à paraitre tout prochainement. Dans le projet suivant NEOCEM II, les ciments contenant des particules fines recyclées conformément à la norme NBN EN 197-6 sont étudiés. Ces études permettront de commercialiser plus rapidement les nouveaux ciments et de relever ainsi les défis de demain.