Une cimenterie qui fume, ce n’est que la partie visible de l’iceberg climatique. Car sur les huit pour cent d’émissions mondiales de CO2 attribuées à l’industrie du ciment, moins de la moitié provient de la combustion qui chauffe les fours. Le reste, la majorité en réalité, sort directement de la pierre elle-même, par une réaction chimique inévitable qui transforme le calcaire en chaux vive. Le ciment est responsable d’environ 7 à 8 % des émissions mondiales de CO₂ selon le World Economic Forum, ce qui en fait l’un des matériaux les plus carbo-intensifs de la planète. Et ce chiffre a de quoi surprendre quand on sait d’où vient réellement le gaz.

Sommaire

1. La chimie du calcaire, coupable numéro un
2. Pourquoi on ne peut pas simplement « débrancher » cette réaction
3. Des pistes existent, mais aucune n’est miracle

La chimie du calcaire, coupable numéro un

Direct au fait : le CaCO3, le carbonate de calcium qui compose le calcaire, ne devient pas de la chaux (CaO) par magie. La calcination est un processus chimique au cours duquel le carbonate de calcium est converti en oxyde de calcium, libérant du CO₂. C’est une émission de procédé, elle ne dépend pas de l’énergie utilisée. même si demain toutes les cimenteries du monde fonctionnaient à l’électricité verte, cette part des émissions resterait intacte. Le calcaire, en se décomposant sous l’effet de la chaleur, expulse mécaniquement une molécule de CO2 pour chaque molécule de CaO produite. C’est une réaction inscrite dans la formule chimique, pas un défaut technique qu’on pourrait corriger avec un filtre.

Les chiffres varient légèrement selon les études, mais l’ordre de grandeur reste constant. Cette réaction représente environ 60 % des émissions de CO₂ du ciment. Une équipe de Mines ParisTech confirme cette proportion dans l’analyse d’une cimenterie française : la réaction chimique de décarbonatation du calcaire permettant d’obtenir du ciment produit du CO2, et cela représente 62 % des émissions. Le World Resources Institute, référence internationale sur le climat, arrive à une conclusion similaire à l’échelle mondiale : roughly 60% of cement’s emissions are due to chemical reactions inherent in turning limestone into cement and 40% come from the heat that drives that process.

La combustion des fours, elle, ne pèse donc qu’entre un tiers et 40 % du total. Un rapport de la Commission européenne le formule sans détour : la combustion de combustibles fossiles pour répondre aux besoins de chauffage représente 35 % des émissions de CO2 du ciment. Ce sont les 65 % restants qui posent le vrai problème industriel, puisqu’ils échappent à toute solution de substitution énergétique. On peut remplacer le charbon par de la biomasse ou de l’hydrogène dans les fours, verdir l’électricité du site, optimiser les moteurs. Mais la chimie du calcaire, elle, ne se négocie pas.

Pourquoi on ne peut pas simplement « débrancher » cette réaction

Le raisonnement paraît presque absurde vu de l’extérieur : comment un matériau aussi banal, présent dans toutes les dalles de garage et tous les trottoirs, peut-il générer une pollution structurellement impossible à éliminer par la seule transition énergétique ? La réponse tient en une équation apprise en cours de chimie au lycée. Calcination : CaCO3 plus chaleur donne CaO plus CO2. Ce sont les fondations mêmes du clinker, l’ingrédient actif du ciment, qui produisent ce carbone. Parce que ces émissions de dioxyde de carbone sont libérées lors de la transformation chimique du matériau, elles sont inévitables dans la production de ciment conventionnelle.

Le clinker n’est pas un simple composant parmi d’autres du béton, c’est son moteur carbone. La production de clinker représente environ 90 % des émissions associées à la production de ciment, et combine émissions de procédé et de combustion. Or, ce clinker est fabriqué en cuisant calcaire et argile à plus de 1 450 degrés. La chaleur intense qu’exige cette étape sert justement à provoquer, et amplifier, la fameuse décarbonatation. On ne peut donc pas dissocier totalement le four du procédé chimique : ils sont les deux faces d’une même transformation minérale, imbriquées l’une dans l’autre.

Des pistes existent, mais aucune n’est miracle

Face à ce mur chimique, les cimentiers explorent trois directions principales. La première consiste à diluer le problème plutôt qu’à le résoudre : remplacer une partie du clinker par des matériaux qui n’ont pas besoin d’être calcinés. Les ciments composites contiennent du clinker partiellement remplacé par d’autres composants hydrauliques comme le laitier de haut fourneau, les cendres volantes, la pouzzolane ou le calcaire non calciné. Moins de clinker signifie mécaniquement moins de réaction de décarbonatation, donc moins de CO2 de procédé.

La deuxième piste, plus radicale, consiste à capturer le CO2 directement à la sortie du four avant qu’il ne s’échappe dans l’atmosphère. Les installations de production de ciment peuvent être rééquipées avec des équipements de captage du carbone qui capturent les émissions du précalcinateur ou du four avant leur rejet dans l’atmosphère. Ce CO2 capturé peut ensuite servir à d’autres usages industriels ou être stocké sous terre, une technologie encore coûteuse mais qui progresse. Une nuance mérite d’être ajoutée : une partie de ce carbone finit par être naturellement réabsorbée au fil des décennies. Une partie de ce CO₂ est progressivement réabsorbée par le béton durci au cours de sa vie, un phénomène évalué jusqu’à environ la moitié des émissions de calcination sur un siècle selon des travaux publiés dans Nature. Un puits de carbone réel, mais beaucoup trop lent pour compenser le rythme actuel de construction.

Reste une troisième voie, encore expérimentale : changer la chimie elle-même. Des chercheurs grenoblois ont ainsi montré qu’il était techniquement possible de produire de la chaux en piégeant le CO2 dans une solution plutôt que de le relâcher dans l’air, grâce à un couplage de réacteurs séparant dissolution du calcaire et adsorption chimique du gaz. Une prouesse de laboratoire pour l’instant, loin de l’échelle des 4,6 milliards de tonnes de ciment produites chaque année dans le monde. La prochaine fois que vous verrez fumer une cimenterie, gardez en tête que l’essentiel du problème climatique se joue ailleurs, dans la roche elle-même, invisible et silencieux.

Sources : echosciences-grenoble.fr | seminaire-transition.minesparis.psl.eu