Béton vert

Cercles de pierres, pyramides, grandes murailles, même châteaux de sable, les humains ont toujours aimé construire des choses. Et même s’ils ont le choix entre plein de matériaux de construction, aucun n’est plus populaire que le béton.

Grâce à ses atouts uniques, c’est le matériau solide le plus utilisé au monde ^[1,2,3]. En fait, le béton - avec les autres matériaux fabriqués par l’humain - pèse maintenant plus lourd que toutes les plantes et tous les animaux de la Terre réunis ^[4,5,6].

Malheureusement, la production de béton libère des gaz à effet de serre nocifs et représente 8 % des émissions mondiales de carbone ^[7,8]. Si le béton était un pays, ce serait le troisième plus gros pollueur de la planète ^[9,10].

Alors, si les humains veulent construire un monde plus propre, il leur faut des solutions ; et le béton vert est la clé.

Des formes primitives de béton servaient à faire des sols au Moyen-Orient il y a plus de 10 000 ans ^[11,12,13], mais les premiers à vraiment le maîtriser furent les Romains de l’Antiquité, qui l’ont utilisé pour construire le Panthéon, qui reste encore aujourd’hui le plus grand dôme en béton non armé du monde ^[14,15,16].

Malheureusement, les secrets du béton se sont perdus au fil du temps ^[11-16]. Il a fallu attendre 1824 pour que le maçon britannique Joseph Aspdin redécouvre comment fabriquer du ciment, l’ingrédient clé du béton, en bricolant dans sa cuisine ^[12,17,18] et il a ouvert la voie à un béton capable de rivaliser avec celui de la Rome antique.

Aujourd’hui, les humains produisent 30 milliards de tonnes de cette matière par an ^[19]. C’est assez pour recouvrir l’Autriche de 15 cm de béton, chaque année ! ^[20,21,22]. Et alors que la demande augmente, les émissions aussi. Mais comment le béton produit-il exactement du CO₂ ?

Eh bien, le béton est essentiellement une roche artificielle. Comme un château de sable, il est fait de sable, avec du gravier et de l’eau. Mais ajoute du ciment, l’ingrédient magique qui lie le tout ^[23-27] et le mélange devient solide comme un roc.

Malheureusement, le ciment crée aussi presque toutes les émissions ^[26-29]. Pour comprendre pourquoi, il faut voir comment il est fabriqué.

La recette est étonnamment simple, mais le procédé est assez compliqué :

D’abord, prends une bonne portion de calcaire, qui est souvent formé de coquillages et de fossiles de créatures marines ayant vécu il y a des millions d’années. Il contient le calcium nécessaire au ciment, ainsi qu’une réserve de carbone piégé ^[30-33].

Pour accéder au calcium, tu broies le calcaire puis tu ajoutes une pincée d’argile et un peu de sable. Ce mélange est ensuite préchauffé et envoyé dans un four rotatif, où tout est mélangé à une température brûlante de 1 450 °C jusqu’à ce que le calcaire brûle. Cela forme un matériau riche en calcium appelé clinker ^{[23-27,34-37]}.

Mais brûler des créatures marines fossilisées libère beaucoup de CO₂, et comme des combustibles fossiles sont brûlés pour produire la chaleur, encore plus de CO₂ est émis ^[38-42].

Tu suis toujours ? Nous en sommes là !

Ensuite, mélange le clinker avec du gypse et d’autres additifs, puis broie le tout dans un broyeur pour produire de la poudre de ciment ^[34,35].

Il ne reste plus qu’à mélanger le ciment avec de l’eau, du sable, du gravier et d’autres granulats ^[23-27] et voilà ! Tu as fabriqué du béton !

Avec tout un tas de pollution en prime. Et comme tu peux le voir, la plupart des émissions viennent de la production de ciment, dont la plus grosse part est produite en brûlant tout ce calcaire ! ^[38-43]

En fait, chaque tranche de 1 000 kilogrammes de ciment dans le mélange produit 900 kilogrammes de CO₂ ^[43,44,45].

Alors comment les humains peuvent-ils réduire les émissions de leur fausse roche préférée ? Eh bien, plusieurs solutions existent ^[43-50].

La solution la plus simple à court terme est tout simplement d’utiliser le béton plus efficacement ^[43-48,50]. Pour le moment, la plupart des structures sont construites avec bien plus de béton qu’il n’en faut vraiment, donc beaucoup d’architectes optimisent désormais leurs plans pour utiliser moins de béton, faire baisser la demande et réduire les émissions.

On améliore aussi l’efficacité en broyant du vieux béton pour le réutiliser dans de nouveaux mélanges de béton ^[51,52,53], et de nouvelles technologies passionnantes comme le recyclage électrique sont aussi testées ^[54]. Cette méthode utilise de l’électricité renouvelable dans un four à arc électrique pour recycler ensemble le béton et l’acier, réduisant les émissions de la production d’acier et créant du ciment au passage. Encore mieux, ce ciment est théoriquement sans carbone ^[54].

Même si c’est une énorme amélioration, l’appétit humain pour le béton est si grand que le béton recyclé ne pourra jamais répondre à la demande.

La stratégie suivante consiste à remplacer les combustibles fossiles nécessaires à la production. Les broyeurs peuvent fonctionner avec de l’électricité renouvelable propre produite par le vent et le soleil ^[55,56]. Mais il est difficile d’atteindre les températures bien chaudes d’un four avec l’électricité seule, alors on peut utiliser des combustibles alternatifs comme l’hydrogène vert ^[57-61] ou la biomasse durable ^[61-64]. En supprimant le besoin de combustibles fossiles comme le charbon, ces combustibles alternatifs peuvent faire fortement baisser les émissions de CO₂ ^[50].

Mais malheureusement, il y a quelques problèmes…

La biomasse vient surtout du bois obtenu en coupant des arbres, ce qui la rend difficile à produire durablement ^[65,66,67]. Et même si l’hydrogène vert est prometteur, en produire assez demande d’augmenter massivement la production d’électricité renouvelable nécessaire à sa fabrication ^[68,69,70].

Donc, pour le moment, ces solutions sont encore loin d’avoir un impact sérieux. Et même avec ces combustibles pour alimenter le four, tu dois toujours brûler du calcaire, responsable de plus de la moitié des émissions liées à la production de ciment ^[38-43].

Clairement, l’humanité a encore besoin d’autres méthodes.

Le captage du CO₂ est souvent présenté comme la réponse ^[71-78]. Utilisé pour récupérer le CO₂ au moment où il est libéré et le stocker sous terre, il peut réduire les émissions, mais il ne peut pas toutes les capter ^[50,79,80]. Pire encore, capter, transporter et stocker tout ce carbone est difficile et extrêmement cher, et ce n’est pas toujours très efficace ! ^{[43,77,78,81]}

Mais si une partie de ce CO₂ pouvait être utilisée directement dans la production de béton ?

Voici la cure au CO₂ :

Cette méthode populaire consiste à injecter une partie du CO₂ capté dans le béton pendant le mélange, où il s’intègre chimiquement, ce qui peut renforcer le béton et réduire son coût ^[82-91]. C’est une solution sympa, mais elle ne peut traiter qu’une fraction des émissions de la production de ciment ^[92].

Alors, pour obtenir un vrai béton vert, les humains changent la recette, et l’une des meilleures façons de le faire consiste à ajouter des ingrédients appelés additions minérales pour remplacer une partie du ciment polluant ^{[45-49,93-97]}.

Elles sont fabriquées avec des matériaux fins et poudreux, comme les cendres volantes des centrales à charbon ou le laitier de l’industrie sidérurgique. Comme ce sont tous les deux des déchets, cela aide aussi à nettoyer l’environnement, et puisque les additions minérales réduisent la quantité de ciment nécessaire, elles peuvent faire baisser les émissions de 15 à 40 % ^[48,97]. Encore mieux, elles améliorent aussi la résistance et la durabilité du béton ^[98,99,100].

Malheureusement, à elles seules, elles ne pourront jamais remplacer entièrement le ciment, mais il existe une solution - une solution alcaline !

Si tu prends des substances comme les déchets industriels utilisés pour les additions minérales et que tu les mélanges avec des solutions alcalines, il est possible de créer un liant capable de remplacer totalement le ciment ^[101-104]. Et comme tu n’as pas besoin d’extraire, de broyer, de moudre ou de brûler les ingrédients du ciment classique, le béton obtenu peut réduire les émissions jusqu’à 90 % ^[49,104-107].

Cela s’appelle le béton à activation alcaline, et même s’il n’est pas encore déployé à grande échelle ^{[108,109,110]}, il est déjà utilisé dans le monde entier ^[111-123].

Les humains aiment plus que jamais construire des choses, bâtissant tous les 3 jours une surface de la taille de Manhattan, mais peuvent-ils le faire sans réchauffer la planète ? ^[124]

Eh bien, oui !

En investissant dans la recherche et le développement, en déployant toute la gamme des solutions disponibles, et en développant la production d’électricité renouvelable pour les soutenir, l’humanité peut enfin perfectionner la recette du béton vert et construire un avenir sans carbone !