Le béton comme piège à CO2... dès l'usine

Après leur production, qui émet beaucoup de dioxyde de carbone, les matériaux de construction à base de ciment, comme le béton, absorbent à nouveau ce gaz climatique - un processus qui dure des décennies et qui est difficilement contrôlable. Et si l'on pouvait l'accélérer pour protéger le climat ? L'Empa cherche une solution qui se déroule déjà dans l'usine de production du béton. Les premiers résultats sont encourageants.

Crédit image: Neustark

Les analyses de l'Empa ont montré que l'humidité joue un rôle important dans l'accumulation de CO2. Les mélanges recyclés plus secs ont absorbé le gaz à effet de serre beaucoup plus rapidement que les matériaux trop humides.

Même les plus grands pécheurs peuvent s'améliorer. C'est ce qu'espèrent les experts lorsqu'il s'agit du "pécheur climatique" qu'est le béton. 6 à 8 % des émissions de CO₂ d'origine humaine dans le monde sont imputables au ciment, le liant indispensable à ce matériau de construction dur et polyvalent - mais en même temps, il est capable de lier chimiquement le gaz climatique émis lors de la production du ciment après la fabrication, du moins partiellement : entre 11 et 30 %, en fonction de la recette et des conditions.

Améliorer l'empreinte carbone
La "carbonatation" est le nom donné à ce processus, au cours duquel le calcaire se forme à partir de l'hydroxyde de calcium du béton et du CO₂ - une réaction paisible qui prend des années et dont le rythme dépend de nombreux facteurs. Les experts pensent depuis longtemps à l'utiliser pour améliorer l'empreinte carbone du béton - et maintenant, dans le cadre du projet DemoUpCARMA, les experts de l'Empa travaillent avec des partenaires sous la direction de l'EPFZ pour tester comment ce procédé peut être utilisé et surtout accéléré dans une vraie usine à béton.

Crédit image: Empa

Particules de granulés recyclés (Ø environ 1,5 mm) après carbonatation. Les principaux produits sont le CaCO3 (vert clair) et le C-S-H (rose), qui réagissent avec les phases de ciment nouvellement formées lors de la production de béton recyclé.

Concrètement, dans une installation spéciale de la société Kästli Bau AG à Rubigen dans le canton de Berne - et avec des matériaux recyclés provenant de structures en béton déconstruites. Le dioxyde de carbone avec lequel ce matériau est "alimenté" est livré à l'état liquéfié. A l'usine, il est ensuite stocké dans un silo spécial d'où les granulés recyclés sont continuellement "baignés" selon un procédé mis au point par la société bernoise neustark AG - en d'autres termes, ils sont exposés à du gaz CO₂ pur et l'absorption est mesurée avec précision. L'équipe d'experts a étudié en détail les processus qui se déroulent lors de l'absorption de CO₂ par les granulés de recyclage. Ils ont également étudié comment l'eau dite "de recyclage" provenant de l'eau, du ciment et du sable, qui est produite par exemple lors du nettoyage des véhicules à béton et des usines de mélange, peut être utilisée pour lier le dioxyde de carbone.

Résultats surprenants
Andreas Leemann et Frank Winnefeld du laboratoire "Béton et asphalte" de l'Empa ont effectué de nombreux tests pour déterminer dans quelles conditions et avec quelle efficacité les granulés recyclés absorbent le CO₂ - et ils ont obtenu des résultats surprenants. Des échantillons du matériau traité ont montré des changements évidents au microscope : Les plus petites particules présentaient des zones sombres et claires à la surface, là où la pierre de ciment d'origine avait changé.

L'analyse au microscope électronique à balayage a montré que les parties claires étaient constituées de carbonate de calcium, tandis que les phases sombres étaient principalement composées de silicate de calcium hydraté (C-S-H), le principal produit de l'hydratation du ciment qui confère au béton sa résistance. Ce C-S-H a été privé d'une partie de son calcium par la carbonatation : Il est donc plus pauvre en calcium et peut à son tour réagir avec les composés de ciment nouvellement formés dans le béton recyclé, ce qui a pour effet d'augmenter sa résistance à la compression.

Résistances plus élevées
Des essais pratiques avec différents types de béton fréquemment utilisés en Suisse ont confirmé ces résultats. Les produits recyclés contenant des granulés de béton carbonaté ont atteint des résistances plus élevées que les bétons comparatifs contenant des matériaux recyclés non traités. "Une phase réactive nouvellement formée dans les granulés et produisant une résistance plus élevée dans le béton recyclé", explique Andreas Leemann, "cela nous a vraiment surpris".

Encourageant
Les résultats positifs montrent que le processus peut rendre le béton plus respectueux du climat de deux manières. Tout d'abord, en absorbant le CO₂ pour "soulager" l'atmosphère : Les nouveaux matériaux de construction peuvent absorber jusqu'à 10 % des émissions libérées dans l'atmosphère lors de la production du ciment nécessaire à la fabrication du béton d'origine. Deuxièmement, en réduisant la teneur en ciment du béton recyclé - de 5 à 7 % - grâce à sa plus grande résistance. En définitive, les experts de l'Empa estiment que le potentiel d'économie de CO2 est de l'ordre de 15 pour cent.