Bétons bas carbone : des initiatives radicales pour répondre aux enjeux environnementaux

Fait par Bernard Reinteau, journaliste spécialisé

Malmené et décrié pour son poids carbone, le béton montre une grande capacité à franchir les handicaps posés à la faveur des principes environnementaux. La remise en question débouche déjà sur de premières solutions en phase avec les exigences futures.

Brenu

Ilot Brenu : 220 logements avec béton issu de matériaux recyclés avec le promoteur Seqens et Holcim – source https://www.ville-gennevilliers.fr/

Un constat : l’empreinte carbone du béton

Reconnaissons que depuis une dizaine d’années, le secteur du béton est sérieusement pris en tenaille par les différentes contraintes environnementales. Les chiffres et les échelles ont été livrés il y a maintenant plusieurs années : au niveau mondial, le secteur de la construction – bâtiments et travaux publics – émet 10% des gaz à effet de serre, et le béton en est la source majeure (plus de 50%) en raison de la contribution spécifique du clinker, produit en four et à très haute température : si ce composant compte pour environ 12% en poids de matériau, il représente 98% en « poids carbone ». Cela dit, tout est relatif : l’empreinte carbone du béton en France – 18 millions de tonnes de ciment produits et 60 millions de mètres cube de béton chaque année, selon InfoCiments – serait de 2% des émissions totales nationales… Qui ne sont elles-mêmes que de 1% des émissions mondiales.

Sur ce constat, la filière béton a, depuis plusieurs années, remis l’ouvrage sur le métier et exploré de nombreuses possibilités pour trouver des voies de sorties. L’éventail s’étend du développement de nouveaux ciments bas carbone ou à faible taux de clinker à la réduction des dosages en ciment et à la mise en avant des propriétés physiques des béton – la carbonatation, c’est-à-dire le piégeage de CO₂ par le béton au cours de son cycle de vie... Depuis peu, les choses donnent l’impression d’accélérer fortement.

Entre contraintes et réglementations

La trajectoire de réduction des émissions de gaz à effet de serre demandée au secteur du bâtiment à l’objectif de 2050 est connue et déjà mise en œuvre. La stratégie nationale bas carbone pose la perspective d’un passage progressif d’environ 90 Mt CO₂ en 1990 à près de 5 Mt CO₂ au milieu du siècle. Pour tenir cette ambition, les consommations d’énergie pour l’exploitation des bâtiments tertiaires et résidentiels sont en première ligne. Mais l’intensité carbone des matériaux, dans le neuf ou en rénovation, figure en deuxième ligne.

Ainsi, la réglementation environnementale RE2020 applicable depuis janvier 2022 demande de réduire drastiquement le contenu carbone des matériaux mis en œuvre. Quels leviers le ciment et le béton peuvent-ils exploiter pour franchir les handicaps posés sur son chemin ? La question est cruciale, d’autant que ces matériaux sont d’un coût relativement faible et présentent des performances connues et appréciées depuis la fin du 19è siècle.

En France, quatre cinquièmes des constructions utilisent principalement le béton. À ce titre, la conférence donnée sur EnerJ-meeting 2023 par Stéphane Herbin, de CimBéton, sur l’influence des matériaux bois et béton sur un petit projet tertiaire au regard de la RE2020 sont éclairants : les structures en béton sont pertinentes face à celles en bois.

Surtout, les acteurs de la filière industrielle du ciment ont travaillé pour montrer les capacités de décarbonation qui peuvent être proposées. À ce sujet, les lecteurs peuvent – s’ils ont deux heures devant eux – revoir l’exposé sur les ciments bas carbone disponible sur le site d’InfoCiments (https://www.youtube.com/watch?v=AYpq2D6nKOM&t=1471s).

La réduction du clinker dans les ciments n’a rien d’une nouveauté pour les spécialistes des bétons. On connait, depuis la fin du 19è siècle, les propriétés hydrauliques des laitiers de hauts-fourneaux, déchets de la sidérurgie. Mais ces composants, d’un volume très inférieur aux besoins, étaient réservés à des applications spécifiques (injections, fondations, ouvrages massifs, ouvrages en milieu agressifs…) et plus chers que les ciments traditionnels produits en four destinés au mélange de bétons prêts à l’emploi comme à la maçonnerie courante.

Ces démarches ont été récompensées puisque la partie 5 de la norme sur les ciments, la FR EN 197, a été revue en 2021 pour incorporer les ciments dits composés : au clinker Portland sont associés des matières à fonction hydraulique aussi diverses que les laitiers de hauts-fourneaux, de la pouzzolane (des cendres volcaniques), ces cendres volantes siliceuses, du schiste calciné, du calcaire ou des fumées de silice. Ces constituants entrent dans la composition des ciments dits CEM II/C-M et CEM VI selon diverses proportions. Comparé au ciment Portland de clinker pur CEM I, ils permettent d’abattre de moitié le poids carbone du ciment.

Une évolution normative pour les bétons bas carbone

Autre évolution normative remarquable : la publication en octobre 2022 de la NF EN 206+A2/CN sur la formulation des bétons. Ce texte permet de dépasser la part de 15% de granulats recyclés dans le béton. Une solution d’économie circulaire qui avait été testé en 2018 dans le cadre du projet national Recybéton ou une dalle constituée uniquement de granulats recyclés avait été coulé dans un ouvrage à Chaponost (Rhône).

À cela, il faut rajouter l’ingénierie industrielle qui vise à totalement se débarrasser du clinker dans le ciment et à produire un substitut sans aucune émission de carbone.

L’exemple le plus emblématique est celui d’Hoffmann Green Cement Technologies qui a développé un ciment bas carbone H-UKR d’un poids carbone de 252 kgCO₂/t, soit 3,5 fois moins que le CEM I de référence. Après avoir validé son produit au cours des derniers mois, l’entreprise développe des partenariats. Le chimiste Chryso, du groupe Saint-Gobain Construction, a mis au point un adjuvant spécifique à ce ciment. Par ailleurs, le promoteur Ogic vient d’annoncer un contrat de fourniture de ciment décarbonné avec Hoffmann Cement afin d’atteindre en 2025, ses objectifs de 25% de réduction d’émissions de gaz à effet de serre de ses projets.

La recherche s’est aussi mise en marche, et il faut citer la démarche FastCarb (fastcarb.fr) qui a rassemblé 23 participants (des centres techniques aux cimentiers en passant par des maîtres d’ouvrages) pour expérimenter le stockage de CO₂ dans des granulats de béton recyclé. Ce phénomène de carbonatation des bétons dans leur cycle de vie est connu ; l’idée est de capter le CO₂ dans les fumées en sortie de cheminée de four à ciment et de « forcer » ce phénomène en lui faisant traverser un lit de matériau. On parvient ainsi à emprisonner un faible pourcentage des CO₂ émis, essentiellement sur les sables, avec pour effet de renforcer la performance des bétons. Les résultats ont été publiés dans plusieurs revues, notamment Applied Sciences (https://www.mdpi.com/2076-3417/13/2/849) et Academic Journal of Civil Engineering (https://journal.augc.asso.fr/index.php/ajce/issue/view/33).

Les options du bas carbone et du recyclé

recygénie

Premier immeuble en béton recyclé par le bailleur Sequens (Action logement) et Holcim – source Sequens

Sur le terrain, quelques acteurs semblent choisis d’anticiper la mise en œuvre des solutions techniques d’ores et déjà disponibles. Deux expériences méritent d’être citées.

La première est la construction d’Olympi à Chartres, une résidence de 37 logements construite par le promoteur Pierres & Territoires (Yannick Mouton, architecte) sur le foncier de deux anciennes maisons individuelles, et qui sert de démonstrateur industriel.

Dans un premier temps, les constructions initiales ont été démolies par l’entreprise locale Granudem, et les 500 t récupérées pour être réemployées en grave routière et dans les prémurs de ce projet.

Dans un second temps, tous les fournisseurs de produits de construction en béton – Spurgin Leonhart pour les prémurs, Rector pour les prédalles, Alkern pour les blocs, Weser pour les appuis de menuiseries extérieures, PBM pour les escaliers préfabriqués – ont joué le jeu en livrant des composants bas carbone. Certains intègrent une part de granulats recyclés issus de la démolition menée par Granudem et des ciments bas carbone (du CEM IV de chez Vicat pour les prémurs et les escaliers préfabriqués). L’entreprise de gros œuvre ABT Prim a aussi suivi le mouvement : elle a formulé les bétons des fondations, des voiles contre terre et des dalles de compression sur plancher avec 20% de granulats préparés par Granudem, certifiés CE2+ ; les ciments qu’elle a employés sont des mélanges permettant de réduire la part de clinker : des CEM II/A-L et des CEM III/A.

Autre initiative récente très remarquée : le projet Recygénie mené par le promoteur Sequens (du groupe Action Logement) avec le cimentier Holcim. L’objectif est de produire, dans l’îlot Brenu à Genneviliers, une résidence de 220 logements en béton composé de constituants entièrement recyclés.

Ainsi, le ciment est un clinker produit en four à 1 450 °C, mais résultat d’un mélange de dix produits recyclés : de la cendre de bois, des déchets de traitement de minéraux… L’intérêt revendiqué est d’économiser 3 000 t de ressources naturelles pour produire les 2 000 t de clinker – une CEM III/A – nécessaires au projet. De fait, la réduction de CO₂ reste modeste : -10 %.

Pour ce qui concerne les granulats, les porteurs du projet exploiteront les possibilités offertes par la nouvelle norme NF EN 206+A2/CN de 2022 pour n’exploiter que des granulats et des sables recyclés. Les 2 200 t nécessaires proviendront notamment de la démolition du bâtiment existant « La Chandelle » (166 logements). Pour marquer cette expérience et défendre son assurabilité, une appréciation technique expérimentale de cas « b » (ATEx cas b), valable uniquement pour ce chantier, a été déposée.

Quant à l’eau utilisée pour le malaxage du béton, elle proviendra d’eau de pluie ou de la récupération en centrale à béton (de l’eau de process ou de lavage des camions), après passage en bassin de décantation.

Les tests de béton de type C25/30 S4 sont menés depuis 2022 par le laboratoire Holcim. Ils portent sur la consistance et le choix d’adjuvant, sur la caractérisation des performances mécaniques et sur la tenue au feu.

Les premiers coulages de béton auront lieu en juin prochain. Le bâtiment doit être livré fin 2024. Ces expériences montrent les capacités de cette filière très technologique à trouver ses marques dans un délai somme toute très court.

Plus d’infos sur le projet Recygénie  - dossier mars 2023

Fait par Bernard Reinteau, journaliste spécialisé

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