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Quelles solutions pour décarboner la production de ciment ?

08 Fév. 22

Que ce soit dans l’Union européenne ou en France, les émissions de gaz à effet de serre (GES) de l’industrie manufacturière proviennent principalement de secteurs fabricant des produits de base intensifs en CO2 tels que la métallurgie, la chimie ou la fabrication de minéraux non-métalliques (ciment, chaux, verre…). Ces trois sous-secteurs représentent 75 % des émissions de l’industrie manufacturière et de la construction. Après deux épisodes consacrés à la fabrication de l’acier et du verre dans notre newsletter, focus ce mois-ci sur le ciment.

Pour couvrir l’ensemble des besoins en ciment pour la construction, les producteurs de ciment emploient le même processus via différentes voies. Les matières premières (calcaire et argile) sont extraites, broyées et préparées pour être ensuite chargées et cuites dans un four rotatif à 1 500°C pour donner le clinker. La matière est ensuite refroidie, broyée et complétée avec d’autres composés (gypse, laitiers de haut-fourneau, cendres…) pour composer le ciment. Avec 12% des émissions de GES de l’industrie française, la production de ciment est représentée en Hauts-de-France par deux acteurs majeurs, Imerys Aluminates et Eqiom.

Les leviers pour la décarbonation de ces procédés sont toutefois limités et concernent essentiellement l’optimisation et la substitution des consommations en ressources fossiles. L’impact carbone provient aux 2/3 des émissions émises par la décarbonatation du calcaire et ne peuvent donc pas être réduites par l’efficacité énergétique et les changements dans le mix énergétique. Outre les besoins en énergie pour les préparations des matières, la consommation est principalement thermique pour le procédé de cuisson. Cette énergie thermique provient encore parfois du charbon ou du coke de pétrole et constitue donc une première voie d’amélioration. Ensuite, l’emploi de ciments moins carbonés en réduisant le taux de clinker par l’introduction de ressources de substitution est privilégié. Enfin, la capture, l’utilisation et le stockage du carbone est étudié pour contribuer à la décarbonation et notamment à l’élimination des émissions diffuses lié à la décarbonatation.

Réduction et substitution des consommations d’énergie thermique

L’énergie consommée par les cimentiers est essentiellement thermique pour la production du clinker. Les actions d’efficacité énergétique sont toujours nécessaires pour permettre de premières économies d’énergies mais restent limités dans leurs impacts. Parmi les différents procédés, la production par voie sèche avec récupération de chaleur pour le préchauffage constitue la voie la plus efficace sur le plan énergétique. La modernisation d’anciennes installations vers ce procédé est une première étape pour réduire les consommations d’énergie. Des voies pour valoriser les calories encore disponibles dans les fumées sont étudiées, notamment pour alimenter des réseaux de chaleur et permettre d’augmenter la part d’énergie de récupération dans le mix énergétique des réseaux. Ensuite, les cimentiers questionnent leurs sources énergétiques et d’importants projets de remplacements des énergies fossiles sont à l’œuvre. Parmi les solutions pour produire la chaleur nécessaire à la calcination du calcaire, la biomasse et les combustibles solides de récupération permettent de substituer les combustibles fossiles.

La réduction des taux de clinker

La fabrication du clinker composant le ciment à plus de 90% est énergivore ; il y a grand intérêt à substituer ce composé par d’autres produits ou à le fabriquer à partir d’autres matériaux exigeant moins d’énergie. La plupart des ciments contiennent déjà des matériaux de substitution à hauteur de 10%. Il s’agit notamment de cendres de combustion, de laitier de haut-fourneau et de matériaux pouzzolaniques. L’augmentation de la part de ces matériaux dans la composition des ciments conduirait à des gains immédiats sur les émissions. Il existe toutefois des limites dans les proportions car les propriétés de ces matériaux influent sur les propriétés finales du ciment et exigent des évolutions de normes.

Dans une vision plus long terme, le clinker de calcaire peut également être remplacé partiellement ou totalement par des matériaux moins énergivores et émetteurs de CO2. La transformation de nouvelles formes d’argiles, de sulfoaluminates de calcium, de magnésites en passant par les résidus de sites d’enfouissements sont étudiés en remplacement du clinker. L’emploi de ces différents matériaux de substitution ainsi que la mise en œuvre d’une filière de recyclage du ciment constituent des voies très intéressantes pour la décarbonation mais impliquent d’importants travaux pour valider les propriétés, caractéristiques de durcissement et de durabilité de ces nouveaux ciments.

Le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS)

La capture du carbone en vue de son stockage ou de son utilisation a donné lieu à des premiers pilotes pour décarboner les cimenteries. Pour les installations ayant déjà réalisé d’importants travaux d’efficacité énergétique et de substitution des combustibles fossiles, la capture est la voie la plus efficace notamment pour les émissions liées à la décarbonatation du calcaire. Pour capter efficacement le carbone, des investissements conséquents sont nécessaires car il est présent de manière diffuse dans les fumées. A cela s’ajoute la contrainte d’avoir à proximité les exutoires pour le stockage ou l’utilisation du CO2. Ces projets s’inscrivent donc dans un écosystème plus large s’appuyant sur une filière dédiée au carbone pour du stockage géologique ou au travers de nouveaux acteurs pour son utilisation (chimie, carburants de synthèse…).

D’importantes transformations sont à l’œuvre dans le secteur de la cimenterie pour améliorer la performance énergétique et par conséquence l’empreinte écologique de la filière. Outre les premières actions d’efficacité énergétique et de substitution des combustibles fossiles, il restera à terme une part importante des émissions difficiles à abattre autrement qu’en passant par le captage du carbone. Les moyens pour permettre un contexte favorable à la décarbonation sont : la mise en place d’un marché du ciment bas-carbone, l’évolution des réglementations pour valider de nouveaux ciments, mais aussi favoriser leur emploi sur le marché et soutenir l’innovation (recyclage, CCS…).

ZOOM sur EQIOM Lumbres

Aujourd’hui, la cimenterie de Lumbres est leader en termes de production de ciments bas carbone. L’objectif d’EQIOM est de maintenir ce leadership et de tendre vers la neutralité carbone à l’horizon 2050 comme la profession cimentière française et européenne.

Dans ce cadre, la Réglementation environnementale, dite RE 20209, vise le secteur de la construction pour concevoir des bâtiments collectifs ou individuels contribuant à la limitation des impacts sur le changement climatique.

Le secteur du Bâtiment et des travaux publics (BTP) a d’ores et déjà commencé à se transformer. L’évolution à la hausse de la demande en ciments à faible teneur en carbone devrait donc être forte, ce qui justifie nos actions :
Renforcer la substitution, pour la production de chaleur nécessaire à la cuisson du clinker, des combustibles fossiles* par des combustibles alternatifs* (déchets, combustibles de récupération…) contenant une part croissante de biomasse* ;
Renforcer l’utilisation de matières à valoriser dans différentes étapes du procédé afin de réduire l’empreinte carbone du clinker et la teneur en clinker des ciments ;
Améliorer l’efficacité énergétique de nos procédés de production ;
Etudier, pour le futur, la mise en place d’un captage-stockage du CO2 (CSC).

Aussi, EQIOM soutient totalement l’initiative prise par le territoire dunkerquois sur le changement climatique, à travers le collectif CO2.

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