Substituts de ciment et de béton à faible teneur en carbone

Clinker et ciment

Bien qu’il ne constitue que 10 à 15 % d’un mélange de béton, le ciment peut représenter jusqu’à 85 % de l’empreinte carbone totale. La fabrication du ciment est un processus à forte intensité énergétique – en particulier la fabrication du clinker, un produit intermédiaire dans la fabrication du ciment – qui contribue à 7 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Au Canada, les émissions du ciment représentent environ 1,5 % de nos émissions nationales.

Consciente de son impact et de sa responsabilité, l’industrie canadienne du ciment améliore son efficacité énergétique depuis des décennies, et met rapidement en œuvre ou explore d’autres leviers technologiques clés pour réduire l’empreinte carbone de ses produits, notamment :

• Ciments à faible teneur en carbone – Nous avons créé des ciments à faible teneur en carbone, comme le ciment Portland au calcaire (PLC), qui permet une réduction des émissions de CO₂ pouvant atteindre 10 % comparativement au ciment traditionnel, tout en produisant un béton de résistance et de durabilité équivalentes. En quelque sorte, le PLC offre une ” performance équivalente, et des avantages écologiques gratuits “. Le PLC devient rapidement la norme privilégiée pour les nouveaux projets de construction, et il est approuvé par l’Association canadienne de normalisation (CSA A23.1/A23.2) et le Code national du bâtiment. Une fois adopté à l’échelle du pays, le PLC pourrait réduire les émissions de gaz à effet de serre du Canada de près d’une mégatonne par an.
• Transition vers des combustibles à faible émission de carbone ou carboneutres – Nous nous efforçons de surmonter les défis politiques afin d’accélérer notre transition vers des combustibles à faible émission de carbone ou carboneutres, tels que les combustibles dérivés des matières résiduelles, notamment les déchets de construction, de démolition et agricoles et les plastiques non recyclables. Les technologies de combustibles à faible teneur en carbone sont couramment utilisées en Europe, où certaines installations ont réussi à réduire leur intensité en carbone dans une proportion allant jusqu’à 50 %. L’atteinte de taux de substitution de combustibles équivalents pourrait réduire les GES de l’industrie du ciment d’un autre 20 %, soit environ 2 mégatonnes par année, au Canada.
• Investir dans le captage et le stockage du carbone ou dans le captage, l’utilisation et le stockage du carbone – Nous sommes très engagés dans les technologies de captage et de stockage du carbone (CCS) ou de captage, d’utilisation et de stockage du carbone (CCUS) à long terme qui révolutionneraient la nature même du béton en le faisant passer du statut d’émetteur de carbone à celui de matériau carboneutre ou même carbonégatif. Plusieurs technologies sont sur le point de devenir commercialement viables, et plusieurs cimenteries canadiennes sont bien avancées dans la mise en œuvre de systèmes de capture du carbone.

Béton

Fruit de ses composants, le béton présente un nombre infini de compositions possibles, qui peuvent être conçues pour répondre aux exigences très spécifiques d’un projet. Il existe cependant plus d’un mélange pouvant répondre à une même exigence de performance et de nombreuses stratégies sont disponibles pour réduire l’empreinte carbone d’un mélange donné, en fonction des conditions et des compromis qui peuvent être autorisés. Dans ce cas, l’utilisation de spécifications axées sur la performance peut s’avérer particulièrement efficace par rapport aux spécifications normatives plus traditionnelles et restrictives.

Parmi les stratégies de réduction de carbone qu’un producteur de béton prêt à l’emploi peut mettre en œuvre pour un projet donné, on peut citer les suivantes :

• Substitution du clinker – Le but de la substitution du clinker est de réduire la composante à forte intensité énergétique du produit cimentaire (c.-à-d. le clinker) tout en maintenant la performance selon les exigences d’une application donnée. Les stratégies visant à réduire la teneur en clinker du ciment comprennent : l’utilisation de ciment Portland au calcaire, de ciment mélangé et l’augmentation des taux de substitution des ajouts cimentaires (SCM). Il existe une grande variété d’ajouts cimentaires sur le marché que les producteurs et les concepteurs connaissent bien, et les avantages des ajouts cimentaires les plus couramment utilisés sont bien connus en termes d’impact sur les propriétés du béton. Cependant, le changement climatique incite à explorer les possibilités de réduction des émissions de carbone, et le rythme auquel on développe de nouvelles innovations dans le domaine du ciment et du béton s’accélère au-delà de ce qui a été fait jusqu’à présent.
• Technologies novatrices en matière d’utilisation du béton – Des technologies économiquement viables accélèrent la carbonatation. Cela se fait soit en injectant du CO₂ dans le béton, soit en faisant durcir le béton dans du CO₂, soit en créant des granulats de calcaire artificiel à l’aide de CO₂. Par exemple, une entreprise utilise le CO₂ capté à partir des émissions industrielles, qui est ensuite purifié, liquéfié et livré aux usines de béton partenaires dans des réservoirs sous pression. Ce CO₂ est ensuite injecté dans le béton pendant que celui-ci est mélangé, ce qui transforme le CO₂ en un minéral à l’état solide dans le béton. Les minéraux formés améliorent la résistance à la compression. Le procédé réduit les émissions de CO₂ de deux façons : par la séquestration directe du CO₂ injecté dans le mélange de béton et par la réduction de la demande de ciment, puisque ce béton nécessite moins de ciment pour produire un béton de résistance équivalente.
• Utilisation d’adjuvants – Presque tous les bétons utilisent une sorte d’adjuvant. La plupart d’entre eux altèrent les propriétés plastiques du béton afin de rendre celui-ci plus maniable, plus économique, de raccourcir ou d’allonger son temps de prise, et ainsi de suite, améliorant ainsi ses performances et son efficacité. Les adjuvants ont une empreinte carbone extrêmement faible, ne représentent que 1 % ou moins d’un mélange de béton et peuvent améliorer considérablement les performances du béton. Bien que l’on pense généralement à ces matériaux en termes d’améliorations significatives de la maniabilité qu’ils apportent aux opérations de mise en place et de finition du béton, ils ont également la capacité de réduire de manière significative l’empreinte environnementale du béton quand leur utilisation est envisagée en vue d’atteindre une réduction globale des émissions de carbone du projet.

Conception et construction

Les équipes de conception et de construction jouent un rôle clé dans la réduction de l’empreinte carbone de leurs projets.  Elles peuvent exploiter le potentiel de réduction de carbone du béton en fixant et en communiquant des objectifs de réduction de carbone pour leur projet, en optimisant les conceptions et, surtout, en mettant en œuvre les stratégies identifiées ailleurs dans la chaîne de production. En général, les concepteurs doivent s’efforcer de:

• Mettre l’accent sur la performance plutôt que sur des conceptions de mélange normatives, en permettant l’utilisation de ciments Portland au calcaire, en augmentant les taux de substitution pour les ajouts cimentaires (SCM) et en utilisant la dernière édition des normes CSA pour le ciment et le béton (CSA A3000, CSA A23.1/A23.2).
• S’assurer que les objectifs de résistance et de gain de résistance sont soigneusement pris en compte afin de permettre une plus grande flexibilité dans la conception des mélanges de béton.
• Maximiser l’efficacité des matériaux en optimisant le volume de béton, en utilisant des dalles de plancher vides ou en augmentant l’espacement des colonnes pour réduire le volume de béton et pour éliminer ou réduire les surplus de béton.
• Tirer parti des propriétés de séquestration du carbone du béton dans leur conception, en maximisant la surface exposée du béton et en utilisant les meilleures pratiques pour le recyclage en fin de vie.

Si vous souhaitez réduire les émissions intrinsèques du béton d’un projet, il est préférable de travailler directement avec les producteurs de béton et les contracteurs, en les impliquant dès le début du processus, car ils sauront quelles technologies et quels composants du béton sont disponibles localement. Les producteurs de béton locaux connaissent bien les stratégies d’optimisation de mélange de béton susceptibles de répondre aux objectifs de votre projet.

Et lorsque les concepteurs requièrent que le béton soit fourni par une installation de béton prêt à l’emploi certifiée, ils peuvent être assurés que leur fournisseur de béton utilise non seulement un équipement maintenu en bon état de fonctionnement, mais qu’il est capable de produire un béton de qualité conformément aux normes CSA A23.1 – Béton : constituants et exécution des travaux, et CSA A23.2 – Procédures d’essai et pratiques normalisées pour le béton. Pour de plus amples renseignements sur la certification des usines, veuillez consulter le site Web de votre association provinciale du béton prêt à l’emploi.

Pour obtenir des conseils supplémentaires, consultez les liens suivants :