Savoir téchnique

Coup d’envoi du passage à un ciment au bilan carbone négatif

L’industrie du ciment émet de grandes quantités de dioxyde de carbone polluant, alors que d’autres liants à base de carbonate de magnésium pourraient fixer le CO2. Le béton, un puits de carbone?

Par Norbert Raabe

Un projet de recherche, qui a récemment obtenu le premier « Advanced Grant » du Fonds national suisse (FNS) pour l’Empa, doit en explorer les bases et préparer des applications pratiques.

Avec plus de quatre milliards de tonnes par an dans le monde, et la tendance est à la hausse, le ciment est de loin le matériau de construction le plus utilisé et, lors de sa fabrication à partir de chaux vive, il libère inévitablement de grandes quantités de CO2 « fixé » dans la chaux. Certes, les fabricants du monde entier ont déjà considérablement réduit ce chiffre, mais plus le réchauffement climatique s’accélère, plus il est urgent de trouver des alternatives.

 Les ciments qui ne sont pas fabriqués à base de calcaire, également appelé carbonate de calcium (CaCO3), mais de carbonates de magnésium, sont porteurs d’espoir. Les spécialistes de l’Empa étudient depuis des années ces liants à base d’olivine, un minéral disponible en grande quantité en Norvège, par exemple. L’oxyde de magnésium obtenu à partir de ce silicate de magnésium peut, en résumé, servir à produire du ciment à l’aide d’eau et de CO2. Ainsi, la quantité de dioxyde de carbone fixée est supérieure à celle émise, ce qui en fait un puits de carbone.

Photo: Empa

Un financement généreux pour des objectifs clés

Toutefois, contrairement aux ciments traditionnels, dont le durcissement a été étudié dans les moindres détails, ces matériaux soulèvent encore de nombreuses questions. Le projet de recherche « Low Carbon Magnesium-Based Binders », dirigé par l’experte de l’Empa Barbara Lothenbach, devrait bientôt apporter des réponses grâce à une « Advanced Grant » du Fonds national suisse (FNS, voir l’Infobox) d’une somme de 2,2 millions de francs.

 Ce montant est justifié, car la tâche est délicate. Les spécialistes de l’Empa et leurs partenaires de l’université finlandaise d’Oulu veulent explorer ce qui se passe au niveau moléculaire dans sept domaines prioritaires. Comment de tels ciments durcissent-ils et selon quelles formules? Quel est l’effet de la température, du pH et d’autres facteurs tels que les accélérateurs de réaction? Le volume d’un « béton de magnésium » reste-t-il stable à long terme ? Et quelle est sa résistance?

 Il s’agit donc d’une recherche fondamentale axée sur la pratique, dans laquelle deux procédés de production seraient disponibles: le durcissement au CO2 sous une « pression de gaz » élevée, un procédé coûteux qui serait surtout utilisable pour les éléments préfabriqués en béton. Et l’hydratation: le durcissement à l’eau dans des conditions ambiantes, qui convient également à la fabrication sur les chantiers.

 Au terme du projet, les connaissances acquises lors des essais en laboratoire et des modélisations thermodynamiques devraient être intégrées dans un « jumeau numérique » du ciment au carbonate de magnésium. Il s’agit donc d’une simulation des processus chimiques et physiques lors du durcissement qui deviendra le point de départ de formules de bétons robustes qui fixent le plus de CO2 possible, du moins c’est ce qu’espèrent les spécialistes de l’Empa.

Un projet de recherche ambitieux

Le projet « Low Carbon Magnesium-Based Binders », ou «Low CM» en abrégé, commencera début 2023 et se déroulera sur cinq ans. Il mettra à profit de nombreuses connaissances déjà acquises dans ce domaine par les chercheurs de l’Empa ainsi que par les spécialistes de l’université finlandaise d’Oulu. Les « SNSF Advanced Grants » du Fonds national suisse (FNS) remplacent les célèbres bourses « ERC Advanced Grants » du « Conseil européen de la recherche » (ERC), auxquelles les chercheurs basés en Suisse n’ont actuellement plus accès en raison de leur non-association au programme de recherche « Horizon Europe ». Au total, le FNS subventionne 24 projets à hauteur de 60 millions de francs.

 

www.empa.ch