L'un des principaux moyens de réduire les émissions de CO2 dans la production de ciment consiste à utiliser des matières premières alternatives à la place du clinker. En diminuant la quantité de clinker dans une recette de ciment, il est possible de diminuer l’impact CO2 de ce ciment. Une très grande partie de ces matières de substitution, utilisées dans nos filiales du Benelux, provient actuellement de l'industrie sidérurgique. À mesure que ce flux de sous-produits diminue, Heidelberg Materials Benelux s'efforce de développer et d'utiliser de nouveaux produits de substitution.
Processus de production de ciment
La majeure partie des émissions de CO2 provient de la production de clinker, le principal composant du ciment. Cette part représente plus de 70 % des émissions totales de CO2 d'une cimenterie. Ces émissions se produisent pendant le processus de cuisson. Le calcaire extrait de la carrière, puis broyé, est chauffé par circulation de gaz chauds jusqu'à 1 000° C pour être décarbonaté. La poudre obtenue est ensuite introduite dans le four et cuite à 1 450° C pour devenir du clinker. À la fin de ce processus, des gaz de combustion contenant du CO2 sont émis. Le clinker qui sort du four est finalement broyé en ciment.
Des matières premières alternatives peuvent être introduites à deux moments du processus de production :
premièrement lors du cru avant la fabrication du clinker et deuxièmement lors de la fabrication du ciment.
Alternatives au calcaire et au clinker
Une réflexion et des actions innovantes peuvent réduire l'empreinte CO2. Par exemple, en ajoutant des cendres volantes comme matières premières alternatives pour réduire la quantité de calcaire, dont la décarbonatation produit du CO2 . Plus tard dans le processus de production, une variété de produits alternatifs provenant d'autres industries peuvent également être ajoutés pour réduire le clinker dans le ciment. L'utilisation de laitier granulé de haut fourneau en est l'exemple le plus important. Cela permet de réduire la quantité des stocks de ce sous-produit et de promouvoir l'économie circulaire. Toutefois, l'amenuisement des stocks de cette matière première alternative amène Heidelberg Materials Benelux à proposer des solutions durables novatrices pour l'avenir. Une innovation importante chez Heidelberg Materials Benelux est l'essai d'argile calcinée et de pouzzolane d'origine volcanique, qui peuvent remplacer une partie du clinker. Parallèlement, Heidelberg Materials Benelux joue un rôle de premier plan dans le projet innovant CosmoCem. Dans le cadre de ce projet, plusieurs partenaires étudient les possibilités de recyclage des matières premières secondaires wallonnes en nouveaux additifs minéraux pour le ciment.
Objectifs et étapes clés
De nouvelles recettes pour le ciment, basées sur des matières premières alternatives, réduisent l'empreinte carbone, préservent les ressources naturelles et améliorent la résistance et la durabilité du béton. L'objectif du groupe Heidelberg Materials est de réduire la proportion de clinker à 68 % dans le monde entier. Au Benelux, le groupe a déjà réussi à réduire la teneur en clinker à 54 % en 2021. Et la fin des développements n'est pas encore en vue. Afin d'en connaître davantage, consultez ci-dessous les matières alternatives que nous utilisons et/ou testons.
Les cendres volantes proviennent de la combustion du charbon dans les grandes chaudières industrielles et dans les chaudières des centrales électriques au charbon. Ces cendres volantes entrent dans la recette des produits permettant de produire du clinker. De plus, elles peuvent aussi remplacer jusqu'à 30 % du clinker. Son application permet parfois d'augmenter la résistance finale du béton et d'accroître sa résistance chimique et donc sa durée de vie. Compte tenu des qualités de cette matière première alternative, Heidelberg Materials Benelux s'engage à faire des efforts pour promouvoir son utilisation par le biais de Recybel.
Recybel
Heidelberg Materials Benelux est l'un des actionnaires de Recybel, qui est active dans la valorisation de produits secondaires tels que les cendres volantes. L'une des missions de Recybel est de donner une deuxième vie aux cendres volantes du terril du Hénâ en région liégeoise. Ces cendres sont issues de la combustion du charbon de la centrale des Awirs. Il s'agit d'une solution alternative qui préserve les ressources naturelles utilisées pour la production de clinker puisqu'elle contient des composants similaires. Recybel a reçu les félicitations des autorités régionales et locales pour cette valorisation unique. En 2022, Recybel a franchi le cap symbolique du million de tonnes évacuées de cendres volantes du terril du Hénâ.
Une économie circulaire favorisée
Recybel ne se contente pas de recycler d'importants sous-produits d'autres industries. Elle applique aussi les principes important de l'économie circulaire : un réseau de partenaires locaux et un transport respectueux de l'environnement. Recybel approvisionne des acteurs régionaux tels que les cimenteries de Lixhe (région de Visé) et Antoing (région de Tournai) en transportant le combustible alternatif par voie fluviale. Ce mode de transport écoresponsable permet également de réduire l'empreinte CO2 étant donné qu‘un seul convoi fluvial équivaut à 250 camions. Le réseau local permet, par ailleurs, de limiter les distances de transport des cendres volantes.
Vous souhaitez en savoir plus ? Visitez le site web de Recybel ici
Lorsque du métal chaud est produit dans le haut fourneau d'une aciérie, des scories sont libérées. Ces scories sont extraites du fond du haut fourneau sous forme liquide et sont immédiatement refroidies avec une grande quantité d'eau. Ce processus est appelé granulation. En raison de sa composition chimique spécifique et de son refroidissement rapide, on obtient un matériau appelé laitier granulé de haut fourneau, qui présente des propriétés très intéressantes pour la production de ciment.
Réduction des émissions de CO2
Le laitier granulé de haut fourneau possède des propriétés hydrauliques latentes. Cela signifie que lorsqu'il est combiné au clinker de ciment Portland, ce laitier possède des propriétés similaires à celles du ciment. Les propriétés du laitier sont si favorables qu'elles permettent de remplacer jusqu'à 80 % du clinker. Production d'un ciment de haut fourneau contenant un pourcentage très élevé de laitier de haut fourneau. Le remplacement du clinker par du laitier de haut fourneau a un effet très favorable sur l'empreinte carbone du ciment. Le clinker dans le ciment représente de loin la plus grande part des émissions de CO2. En remplaçant en grande partie le clinker par du laitier de haut fourneau, on obtient un ciment dont l'empreinte carbone est très faible. En outre, le ciment de haut fourneau présente d'autres propriétés très favorables. Le laitier de haut fourneau contribuant à la qualité d'un béton très dense, ce ciment de haut fourneau est également particulièrement adapté aux applications présentant des exigences très élevées en matière de durabilité, telles que l'utilisation dans un environnement marin.
En raison de l'évolution de l'industrie sidérurgique vers des méthodes de production plus respectueuses de l'environnement, la disponibilité du laitier granulé de haut fourneau est appelée à diminuer. Heidelberg Materials Benelux est donc à la recherche d'alternatives. L'une d'entre elles est l'utilisation d'argile calcinée. Comparé à un ciment entièrement composé de clinker, le ciment à base d'argile calcinée peut réduire l'empreinte CO2 de 35 à 50 %. En effet, l'argile calcinée n'est pas seulement un substitut partiel, car elle est aussi chauffée à 750°C, contre 1450°C pour le clinker. Cela nécessite donc moins de combustible.
Usage spécifique et recherche
Les ciments à base d'argile calcinée peuvent avoir des performances différentes et leur utilisation doit être adaptée en fonction de leurs applications. Grâce à un vaste réseau de partenaires, plusieurs projets de collaboration ont déjà été menés à bien. Les équipes de recherche de Heidelberg Materials Benelux travaillent sur des argiles calcinées provenant de différentes sources. L'expérimentation des argiles calcinées nécessite une série d'étapes. Tout d'abord, les laboratoires étudient les propriétés de différents types d'argiles calcinées. Ensuite, plusieurs nouveaux ciments sont développés avec les argiles calcinées appropriées. Après un vaste programme de recherche en laboratoire, au cours duquel toutes les propriétés à court et à long terme sont étudiées, des éléments en béton sont exposés dans des conditions réelles. Enfin, une analyse du cycle de vie (ACV) est réalisée pour évaluer l'impact écologique de l'ensemble du processus.
La pouzzolane est une roche naturelle d’origine volcanique. Sa composition riche en silice, alumine et autres minéraux lui permet naturellement d’entraîner une réaction similaire au clinker et d’être considérée comme une alternative possible pour fabriquer du ciment.
Usage spécifique et recherche
La pouzzolane, en raison de sa très forte porosité, est déjà à la base de la fabrication de certains ciments à prise lente. Elle est utilisée pour la fabrication de certains parpaings. Aussi, ce matériau de construction est plus léger par rapport aux autres. Cette caractéristique permet de mettre en œuvre des remblais allégés pour des sol qui seraient trop faibles pour la construction d’une route. Toutefois, avant de pouvoir utiliser la pouzzolane comme matière première alternative à plus grande échelle dans notre production, nos chercheurs continuent à l'analyser pour comprendre plus précisément sa composition et ses performances. Nos laboratoires de Sittard et de Rotterdam jouent un rôle important de soutien et de conseil dans ce domaine.
Le projet CosmoCem
Ce projet a l'ambition de trouver une manière de recycler des matières
secondaires wallonnes pour créer des nouvelles matières alternatives.
