Pourquoi le ciment a besoin d’une révolution
Le ciment est l’épine dorsale de la civilisation moderne. Le monde produit chaque année plus de quatre milliards de tonnes de béton et l’on s’attend à ce que la consommation augmente de près de 50 % d’ici 2050, à mesure que la croissance démographique et l’urbanisation stimulent la demande. Malheureusement, le processus de fabrication du ciment, l’ingrédient clé du béton, émet d’énormes quantités de gaz à effet de serre. La production de ciment représente 7–8 % des émissions anthropiques mondiales de CO₂ et plus de trois pour cent de la consommation énergétique mondiale. Quatre-vingt-dix pour cent des émissions du béton proviennent du ciment lui-même ; la production d’une tonne de ciment Portland ordinaire libère approximativement une tonne de CO₂. Alors que le réchauffement climatique s’accélère et que les gouvernements adoptent des objectifs de neutralité carbone, l’industrie du ciment est devenue un axe prioritaire de décarbonation. Ce blog explore les technologies émergentes, les leviers politiques et les étapes pratiques pour passer du ciment gris à un avenir vert et bas carbone, sans citer aucune marque concurrente.
Anatomie des émissions – comment le ciment est traditionnellement fabriqué
Pour comprendre les opportunités de changement, il faut d’abord identifier l’origine des émissions. Le ciment traditionnel est fabriqué en extrayant du calcaire, du sable et de l’argile ; en les broyant en une poudre fine ; puis en chauffant le mélange dans un four à des températures supérieures à 1 400 °C afin de former le clinker. La calcination du calcaire (CaCO₃) libère du CO₂ pour produire de la chaux (CaO), et cette réaction chimique à elle seule génère environ 60 % des émissions du ciment. Les 40 % restants proviennent de la combustion de combustibles fossiles nécessaires pour atteindre les hautes températures du four et de processus auxiliaires. Une fois le clinker produit, il est mélangé à du gypse et broyé pour fabriquer le ciment, qui est ensuite combiné avec du sable et du gravier et mélangé avec de l’eau pour former le béton. Chaque tonne de ciment Portland ordinaire émet donc environ une tonne de CO₂, ce qui fait de ce secteur l’un des plus difficiles à décarboner.
Au-delà de la chimie, la demande est en forte hausse. On prévoit que la consommation mondiale de ciment passera de 4,2 milliards à 6,2 milliards de tonnes d’ici 2050, principalement sous l’effet de la croissance économique dans les régions en développement. Les seuls États-Unis produisent environ 91 millions de tonnes de ciment par an, 92 usines contribuant à hauteur de 4,4 % aux émissions industrielles nationales et de 1,1 % aux émissions totales du pays. La combinaison d’une demande croissante et d’une forte intensité carbone souligne l’urgence de trouver des alternatives durables.
Substituts du clinker et nouvelles chimies
Réduire ou remplacer la teneur en clinker est l’un des moyens les plus efficaces de diminuer l’empreinte carbone du ciment. Les chercheurs et les fabricants explorent plusieurs alternatives.
Ciment LC³ (calcaire et argile calcinée)
Le ciment LC³ (Limestone Calcined Clay Cement) est aujourd’hui l’une des formulations bas carbone les plus prometteuses. Il combine du clinker avec de l’argile calcinée, du calcaire et du gypse, réduisant à la fois la consommation d’énergie et les émissions. Le LC³ peut réduire les émissions du béton jusqu’à 40 % et est jusqu’à 25 % plus économique que le ciment Portland ordinaire. Il utilise en outre des réserves d’argile largement disponibles et peut être produit dans les infrastructures de fours existantes moyennant des modifications modestes. Une usine colombienne produisant du LC³ a réduit sa consommation d’énergie de 30 % et divisé par deux son empreinte carbone. Le Ghana construit ce qui sera la plus grande installation mondiale de ciment à base d’argile calcinée, censée substituer 30–40 % du clinker et réduire les émissions de 40 %. Des études gouvernementales aux États-Unis suggèrent que le transfert de la moitié des achats publics de ciment vers le LC³ pourrait diminuer de 7,3 millions de tonnes par an les émissions de CO₂ — soit environ 9 % des émissions du secteur cimentier américain. Lorsque le marché public et le marché privé adoptent tous deux le LC³, la réduction des émissions pourrait atteindre 15,9 millions de tonnes par an.
Bio-ciment et calcaire cultivé par algues
Les chercheurs explorent également des voies biologiques de production de ciment. Des microalgues appelées coccolithophores peuvent précipiter du carbonate de calcium, créant un calcaire biogénique. En remplaçant le calcaire conventionnel par un calcaire cultivé par algues, les scientifiques projettent des économies potentielles allant jusqu’à 2 gigatonnes de CO₂ ainsi que la capacité de retirer du CO₂ supplémentaire de l’atmosphère. Des jeunes entreprises ont déjà démontré des blocs de maçonnerie en bio-ciment présentant des résistances en compression comparables à celles du béton conventionnel. Toutefois, cette technologie en est encore à un stade précoce : l’augmentation de la production d’algues, la sécurisation d’un approvisionnement constant et la compétitivité en coûts restent des obstacles majeurs.
Ciment recyclé électrique
Une autre solution émergente réimagine le ciment au sein de l’économie circulaire. Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont découvert que la chimie du ciment recyclé est semblable à celle du flux de chaux utilisé en sidérurgie. Ils proposent d’écraser le béton en fin de vie, de séparer la pâte de ciment et de l’utiliser comme fondant dans des fours à arc électrique (EAF). Lorsque l’acier fond, le fondant forme un laitier qui peut être refroidi puis broyé pour produire un nouveau ciment. Cette approche pourrait permettre de produire jusqu’à un milliard de tonnes de ciment recyclé par an d’ici 2050. Elle s’appuie aussi sur les infrastructures sidérurgiques existantes et pourrait être neutre en carbone si les fours à arc électrique sont alimentés par de l’électricité renouvelable. Des projets pilotes ont montré que cette méthode peut produire jusqu’à 30 tonnes de ciment recyclé par heure. Les défis portent sur l’accès à une électricité renouvelable, le développement des chaînes d’approvisionnement en déchets de béton et l’atteinte des températures nécessaires.
Chimies alternatives et électrolyse
Au-delà de ces trois axes majeurs, de nouvelles voies chimiques prennent de l’ampleur. Des procédés innovants apparaissent pour produire de la chaux par électrolyse, éliminant les émissions de CO₂ liées à la calcination. D’autres captent le CO₂ des gaz de four et le réinjectent dans le procédé afin de créer du ciment additionnel, permettant jusqu’à 70 % de réduction carbone et supprimant les pertes de matière première. Il existe également des unités pilotes qui remplacent entièrement le calcaire par des roches silicatées de calcium, évitant ainsi les émissions de CO₂ issues de la calcination et promettant des productions supérieures à 140 000 tonnes par an avec une forte évitement des émissions. Ces technologies sont encore à l’état de démonstration et nécessitent des capitaux substantiels, mais elles ouvrent des trajectoires vers un ciment zéro émission à moyen terme.
Efficacité énergétique et combustibles alternatifs
En attendant la maturation des nouvelles chimies, des réductions immédiates sont possibles via la modernisation des usines et le changement de combustibles. Une étude de cas européenne montre que l’intelligence artificielle et le contrôle avancé des procédés peuvent optimiser l’exploitation des fours et réduire les émissions d’environ 2 %. Des mesures d’efficacité, telles que les fours modernes à procédé sec, l’amélioration des technologies de broyage et la valorisation de la chaleur fatale, ont déjà été largement mises en œuvre aux États-Unis, laissant des gains limités, mais l’optimisation des procédés continue d’apporter des économies.
Le changement de combustibles apporte des réductions plus importantes. Les combustibles alternatifs — depuis les résidus agricoles jusqu’aux pneus usagés — alimentent aujourd’hui jusqu’à 60 % des fours cimentiers européens, et certaines installations fonctionnent presque entièrement aux combustibles alternatifs. Ces combustibles ajoutent généralement 5 à 10 dollars par tonne aux coûts de production, mais peuvent permettre des baisses significatives de CO₂. L’électrification du chauffage des fours en est à un stade précoce (niveau de maturité technologique ~3), mais combinée à des matières premières précalcénées elle peut réduire les émissions de 40 à 87 %. Toutefois, l’électrification pourrait augmenter les coûts d’exploitation de 27 à 45 % et dépend de l’accès à une électricité renouvelable bon marché.
Les exploitants intègrent également les énergies renouvelables à leurs opérations, en alimentant broyeurs et auxiliaires par le solaire ou l’éolien. Les systèmes de récupération de chaleur fatale génèrent de l’électricité à partir des gaz d’échappement à haute température, diminuant à la fois les émissions et les coûts énergétiques. Des conceptions de fours plus avancées et des techniques de combustion optimisées peuvent encore réduire la consommation de combustible. Ces mesures, associées aux combustibles alternatifs, sont cruciales pour décarboner les actifs existants pendant que les technologies de rupture arrivent à maturité.
Captage, utilisation et recarbonatation du carbone
Même avec des gains d’efficacité et de nouvelles chimies, le secteur cimentier continuera d’émettre du CO₂ en raison de la chimie fondamentale de la production de clinker. Le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS) sont donc considérés comme indispensables pour atteindre la neutralité nette. Les experts estiment que plus de la moitié des réductions d’émissions du secteur dépendront d’une combinaison de changement de combustibles, d’énergie décarbonée et de CCUS. Cependant, le CCUS est intensif en capital et exige un réseau logistique robuste pour transporter et stocker le CO₂, ce qui complique son déploiement. La première installation au monde de captage conçue spécifiquement pour le ciment a été inaugurée en Chine en 2024 avec une capacité de 200 000 tonnes de CO₂ par an. Le captage à la source est disponible commercialement aujourd’hui, tandis que le captage direct dans l’air reste coûteux et ne devrait pas être déployé à grande échelle avant les années 2040.
L’utilisation du carbone offre une alternative attrayante. Une approche consiste à injecter du CO₂ dans le béton frais, où il se minéralise, renforçant le matériau et réduisant les émissions de 3 à 5 %. Une autre stratégie recourt à la carbonatation minérale pour produire des granulats ou des blocs de construction, transformant effectivement le CO₂ en ressource de valeur. Les deux méthodes nécessitent un approvisionnement fiable en CO₂ et un contrôle de qualité rigoureux afin de garantir l’intégrité structurelle des produits.
Enfin, le ciment lui-même peut réabsorber du CO₂ au cours de sa durée de vie et après démolition. Le béton se carbonate naturellement lorsque la chaux du ciment réagit avec le CO₂ atmosphérique pour former du carbonate de calcium. En fin de vie, le concassage du béton augmente la surface spécifique et accélère ce processus de recarbonatation. Des études estiment que jusqu’à 25 % du CO₂ émis lors de la fabrication du ciment peut être réabsorbé lorsque du béton concassé est exposé à l’air pendant plusieurs mois. Le tri approprié des déchets de démolition et le stockage temporaire des tas de béton concassé avant réemploi sont des pratiques simples qui maximisent ce puits de carbone. Bien que la recarbonatation ne puisse à elle seule compenser toutes les émissions, elle constitue un élément important d’une stratégie circulaire.
Leviers politiques et réalités du marché
Décarboner le ciment n’est pas qu’un défi technique ; cela requiert des politiques d’accompagnement et des investissements. Aux États-Unis, la commande publique représente près de la moitié de la demande de ciment. Des chercheurs estiment que si les projets publics imposaient le LC³ et d’autres ciments bas carbone pour 50 % de leurs achats de béton, les émissions annuelles pourraient diminuer de 7,3 millions de tonnes, soit l’équivalent du retrait de 1,7 million de voitures de la circulation. Étendre cette exigence aux projets privés pourrait en doubler l’impact. De tels mandats créent une demande pour des produits bas carbone et donnent aux fabricants la confiance nécessaire pour investir dans de nouvelles capacités.
Les besoins financiers sont importants. Les analystes du secteur calculent que 20 milliards de dollars d’investissements cumulés seront nécessaires d’ici 2030 pour développer des solutions de ciment bas carbone, montant porté entre 60 et 120 milliards de dollars d’ici 2050. Actuellement, seulement 3 % de la production mondiale de ciment est bas carbone. Le coût du ciment bas carbone se situe entre 65 et 130 dollars par tonne, soit environ 75 % de plus que le ciment conventionnel. Ces surcoûts reflètent des dépenses d’investissement plus élevées, de nouvelles matières premières et des étapes de traitement supplémentaires. Sans incitations réglementaires — tarification du carbone, crédits d’impôt ou normes de commande publique « propres » — peu de producteurs prendront le risque d’investir dans ces technologies. Les cadres politiques doivent donc créer un marché pour le ciment durable et récompenser les premiers adoptants.
Parallèlement aux incitations de marché, les normes de conception et les codes du bâtiment doivent évoluer pour permettre l’emploi de nouveaux matériaux. Par exemple, de nouvelles normes nationales pour le LC³ en Inde fournissent des lignes directrices de production et d’essai, ouvrant la voie à une adoption plus large. Les Déclarations Environnementales de Produit, les spécifications fondées sur la performance et les outils numériques de conception peuvent aider les maîtres d’ouvrage à comparer le carbone incorporé et à choisir des options bas carbone. La collaboration public-privé est essentielle pour aligner les spécifications, simplifier les permis et permettre les infrastructures de transport et de stockage du CO₂.
Le rôle de Polygonmach dans la révolution bas carbone
En tant que fabricant d’usines d’asphalte et de béton, Polygonmach se trouve au cœur de cette transformation. L’entreprise conçoit des systèmes intégrés de dosage, des équipements de malaxage et des solutions de manutention des matériaux pouvant être adaptés aux nouveaux ciments bas carbone et aux combustibles alternatifs. En intégrant des calciners pour argile calcinée, des unités modulaires de broyage et des systèmes de dosage flexibles, les usines Polygonmach permettent aux opérateurs d’incorporer des matériaux cimentaires supplémentaires — tels que l’argile calcinée, les pouzzolanes naturelles et le ciment recyclé — sans perturber la production. L’automatisation avancée et les logiciels de contrôle des procédés assurent une qualité constante et optimisent l’usage de l’énergie, en ligne avec les gains pilotés par l’intelligence artificielle observés dans des usines européennes.
Polygonmach propose également des brûleurs de four compatibles avec les combustibles alternatifs et des systèmes de valorisation de chaleur fatale permettant aux clients de substituer les combustibles fossiles par de la biomasse, des combustibles dérivés de déchets ou d’autres sources renouvelables, reproduisant la part de 60 % de combustibles alternatifs atteinte en Europe. Pour les clients visant l’électrification, Polygonmach conçoit des équipements pouvant intégrer des éléments chauffants électriques ou des torches plasma, prêts pour le déploiement futur de fours alimentés par des énergies renouvelables. Dans les régions riches en ressources solaires ou éoliennes, l’entreprise peut aider à intégrer une production renouvelable sur site dans les opérations ciment et béton, réduisant la dépendance au réseau et améliorant la résilience.
En outre, Polygonmach reconnaît l’importance du captage et de l’utilisation du carbone. Bien que des systèmes CCUS à grande échelle restent hors de portée pour la plupart des usines actuelles, l’entreprise conçoit ses installations avec la flexibilité nécessaire pour accueillir ultérieurement des équipements de captage ou des modules de minéralisation. Elle fournit aussi des équipements de concassage et de criblage des bétons de démolition, permettant aux clients de mettre en œuvre des stratégies de recarbonatation et d’économie circulaire. En combinant innovation technologique et engagement en faveur de la durabilité, Polygonmach se positionne comme un partenaire pour les entrepreneurs, les producteurs de préfabrication et les maîtres d’ouvrage d’infrastructures qui cherchent à décarboner leurs chaînes d’approvisionnement.
Étapes pratiques pour les professionnels du secteur
Pour accélérer la révolution du ciment bas carbone, les professionnels du secteur peuvent entreprendre les actions suivantes :
Optimiser la conception et réduire l’usage de matériaux. Utiliser des outils numériques de conception et d’optimisation structurelle afin de minimiser les volumes de béton. Des études de cas montrent qu’une conception « frugale » a permis d’économiser 40 % et 24 % de béton dans deux tours emblématiques.
Adopter des matériaux cimentaires complémentaires. Spécifier des ciments à plus faible teneur en clinker tels que le LC³, les pouzzolanes naturelles, les argiles calcinées ou le ciment recyclé. Évaluer les matériaux complémentaires disponibles localement comme les cendres volantes et les laitiers, tout en gardant à l’esprit que ces sous-produits industriels peuvent être limités avec la fermeture des centrales à charbon et des hauts-fourneaux.
Passer aux combustibles alternatifs et aux énergies renouvelables. Travailler avec les fournisseurs pour s’approvisionner en biomasse, résidus agricoles ou déchets industriels comme combustibles de four ; investir dans l’électrification lorsque cela est faisable ; et intégrer le solaire, l’éolien ou la récupération de chaleur fatale pour alimenter les broyeurs et les systèmes auxiliaires.
Planifier le captage du carbone et la recarbonatation. Concevoir les nouvelles usines et les modernisations avec l’espace et les interfaces nécessaires à de futurs modules de captage ; expérimenter la minéralisation dans les formulations de béton ; et développer des pratiques de tri et de stockage des bétons de démolition afin de maximiser la recarbonatation.
Tirer parti des achats et des certifications. Encourager les clients et organismes publics à inclure des ciments bas carbone dans les spécifications d’appel d’offres. Exiger des Déclarations Environnementales de Produit pour comparer le carbone incorporé. Soutenir des cadres politiques — crédits d’impôt, tarification du carbone ou normes d’achats « propres » — qui récompensent les produits bas carbone.
S’associer à des fournisseurs innovants. Collaborer avec des fabricants comme Polygonmach qui investissent dans des usines flexibles, les combustibles alternatifs et le contrôle avancé des procédés. Des travaux de R&D conjoints et des projets pilotes peuvent accélérer le déploiement des nouvelles technologies et créer des avantages concurrentiels.
Perspectives – du gris au vert
La transition vers un ciment bas carbone est à la fois un défi technologique et sociétal. La demande de béton continuera de croître à mesure que des milliards de personnes chercheront un logement, des infrastructures et des communautés résilientes. Sans intervention, les émissions du ciment augmenteront par rapport aux 2,6 gigatonnes actuelles par an et occuperont une part encore plus grande du budget carbone mondial. Pourtant, des solutions existent tout au long de la chaîne de valeur. Le LC³ et d’autres substituts du clinker peuvent réduire les émissions jusqu’à 40 %, le bio-ciment ouvre une voie vers des matériaux à bilan carbone négatif, le ciment recyclé électrique pourrait boucler la boucle, les combustibles alternatifs alimentent déjà 60 % des fours dans certaines régions, et le captage du carbone peut atténuer les émissions résiduelles. Associée à une meilleure conception et à la recarbonatation, jusqu’à 25 % des émissions pourraient être réabsorbées. Atteindre ces résultats exigera des investissements, des politiques d’appui et une coopération entre pouvoirs publics, industrie et monde académique.
Polygonmach et d’autres fabricants visionnaires sont prêts à soutenir cette révolution. En adoptant l’innovation, la conception flexible d’usines et des pratiques durables, le secteur de la construction peut transformer le béton d’un passif climatique en pierre angulaire d’un avenir bas carbone. Le passage du gris au vert commence aujourd’hui ; ceux qui agiront tôt aideront non seulement la planète, mais gagneront aussi un avantage concurrentiel sur les marchés de demain.