Le béton est le deuxième matériau le plus utilisé au monde. Nous en avons besoin pour soutenir les ponts, les bâtiments, les patios, les escaliers, les comptoirs, etc., et son utilisation a augmenté et triplé au cours des quarante dernières années.
Le matériau de construction essentiel comprend de l'eau, des granulats grossiers, comme du sable et du gravier, et un liant, c'est là qu'intervient le ciment, un produit particulièrement lourd en émissions de carbone.
Selon l'Agence internationale de l'énergie, le secteur du ciment est le troisième plus grand consommateur d'énergie industrielle au monde, consommant 7 % de la consommation d'énergie industrielle. C'est également le deuxième émetteur industriel de dioxyde de carbone, responsable de 7 % des émissions mondiales. La plupart des émissions se produisent lorsque les matières premières, généralement l'argile et le calcaire, sont chauffées à plus de 2500 degrés Fahrenheit pour devenir le liant super résistant. Environ 600 kilogrammes de dioxyde de carbone sont rejetés par tonne de ciment produit.
Mais le ciment « vert » durable devient de plus en plus populaire, en particulier compte tenu de l'empreinte environnementale du ciment traditionnel. Un exemple récent est sorti de l'Université de Tokyo l'année dernière, lorsque les chercheurs Kota Machida et Yuya Sakai ont fabriqué du ciment à partir de déchets alimentaires. Les déchets alimentaires ont déjà été utilisés comme charge dans des alternatives au ciment, mais Machida et Sakai ont développé le premier procédé au monde pour un ciment entièrement fabriqué à partir de déchets alimentaires.
Le duo a passé des mois à mélanger des déchets alimentaires avec du plastique pour que les matériaux collent ensemble. Enfin, ils ont trouvé la bonne combinaison de température et de pression pour fabriquer du ciment à partir des seuls déchets alimentaires sans additifs. En utilisant une stratégie de "pressage à chaud" généralement utilisée pour fabriquer des matériaux de construction à partir de poudre de bois, ils ont mélangé la poudre de déchets alimentaires avec de l'eau et l'ont pressée dans un moule chauffé à 350 degrés Fahrenheit. Les chercheurs disent que la résistance à la traction ou à la flexion du ciment est plus de trois fois supérieure à celle du béton ordinaire.
"La partie la plus difficile était que chaque type de déchets alimentaires nécessite des températures et des niveaux de pression différents", a déclaré Sakai dans un communiqué de presse. Ils ont utilisé des feuilles de thé, des pelures d'orange et d'oignon, du marc de café, du chou chinois et même des restes de boîtes à lunch.
"Notre espoir ultime est que ce ciment remplace les produits en plastique et en ciment, qui ont des impacts environnementaux pires", a déclaré Machida dans une interview avec l'AP plus tôt ce mois-ci.
Ingénieurs et chercheurs développent depuis des années des innovations pour réduire l'empreinte carbone du ciment et du béton. En 2021, des scientifiques de l'Université de Tokyo ont créé un processus de fabrication de béton qui réutilise les anciens produits en béton (qui peuvent souvent être jetés), chauffe les matériaux à des températures plus basses et capture le dioxyde de carbone de l'atmosphère.
En 2019, des chercheurs de l'Université de technologie nationale de Taipei à Taïwan et du Département des ressources en eau en Inde ont découvert que les déchets naturels de l'agriculture et de l'aquaculture pouvaient remplacer en partie les matériaux grossiers et les liants dans le béton vert. Il existe de nombreuses autres alternatives, et bien que ces innovations soient au début de leur développement, elles rapprochent les matériaux de construction des objectifs de réduction des émissions de carbone.
Mais lorsqu'il s'agit de mettre à l'échelle le ciment de déchets alimentaires pour l'utiliser dans les bâtiments, Sohan Mone, ingénieur en conception structurelle de la société multinationale d'infrastructures Ferrovial, affirme qu'il pourrait être difficile de convaincre les entreprises de faire l'échange.
"Pour changer complètement la façon dont nous utilisons le ciment, il faudrait beaucoup de changements fondamentaux dans notre industrie", déclare Mone. "Toute l'infrastructure est adaptée au fonctionnement actuel du ciment, de la façon dont nous l'installons à la façon dont nous le transportons, tout."
Cela ne veut pas dire que cela ne pourrait pas être fait ou n'en vaut pas la peine, ajoute Mone. Mais un seul type de technologie ne résoudra pas tous les problèmes de l'industrie du bâtiment.
L'une des préoccupations de Mone est que les cimentiers et les entreprises de construction doivent s'assurer que tout est conforme aux normes de performance et de sécurité. La plupart des grands projets d'infrastructure utilisent du béton, qui utilise des barres d'armature - de l'acier - pour renforcer le ciment. Le ciment seul, sans support structurel supplémentaire, agit comme de la porcelaine. Les objets en céramique comme les éviers et les toilettes peuvent supporter des charges de compression, mais la céramique n'est pas aussi solide que le béton.
« À la seconde où vous appliquez une force de cisaillement, comme toute tension ou flexion, [le ciment utilisé seul] se brise », explique Mone. "Ce n'est pas bon pour prendre la tension."
Ainsi, l'utilisation de ciment alimentaire ou d'alternatives au ciment dans le béton à des fins plus complexes et exigeantes en matière de construction nécessiterait des tests de sécurité et de durabilité importants, explique Mone. Et les organisations qui réglementent l'industrie et les entrepreneurs eux-mêmes devraient être convaincus de sa viabilité.
"Nous sommes fortement réglementés, à juste titre, et nous ne sommes pas très libres quant aux matériaux que nous pouvons utiliser", a déclaré Mone. "Le cycle de vie de ces structures peut s'étendre sur des centaines d'années, et c'est une question ouverte sur la façon dont certaines de ces choses fonctionnent lorsqu'elles sont exposées à l'environnement au fil du temps. Il y a toujours cette peur de ne pas savoir comment quelque chose de nouveau va réagir. Et le béton lui-même a besoin de beaucoup d'entretien."
Les matériaux verts peuvent également être coûteux, ce qui, selon Mone, ajoute à la difficulté de convaincre les entreprises de les utiliser. Dans les grands projets de construction, il est plus courant de voir les promoteurs choisir le plan le plus économique. Mais le passage au ciment vert pourrait en valoir la peine, en particulier lorsque l'utilisation du béton augmente à mesure que les pays en développement accélèrent les projets de construction et que d'autres pays mettent à jour des infrastructures vieillissantes.
La production mondiale de ciment pourrait augmenter jusqu'à 23 % d'ici 2050, a indiqué le partenariat Mission Possible dans son plan d'action concrète pour le climat. Tout comme le ciment et le béton façonnent notre environnement bâti, leurs impacts façonnent également notre avenir climatique.
L'industrie du ciment devra réduire ses émissions annuelles d'au moins 16 % d'ici 2030 pour respecter les normes de l'Accord de Paris sur le changement climatique. Et parce que le ciment et le béton seront cruciaux pour le développement futur, les chercheurs affirment que la fabrication des intrants matériels du ciment sera l'un des moyens les plus rapides de réduire les émissions et l'impact environnemental.
"Compte tenu de l'urgence du défi et du temps qu'il a fallu historiquement pour que les systèmes technologiques évoluent, un effort considérable sera nécessaire pour faire sortir la prochaine génération de ciments à faible émission de carbone du laboratoire et la mettre sur le marché. Tous ne réussiront pas, mais ceux qui y parviendront pourraient avoir un potentiel de décarbonisation important », a écrit Chatham House, un institut politique, dans son rapport 2018 Making Concrete Change :Innovation in Low-carbon Cement and Concrete .
La croissance des villes et la réparation des infrastructures ne ralentiront certainement pas de si tôt. Mais, avec les nouveaux développements dans les matériaux de construction plus écologiques, l'impact carbone de la revitalisation de l'environnement bâti n'a pas à être aussi lourd.
