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Depuis son laboratoire situ茅 dans un parc d'affaires de la ville de Nottingham, le professeur Sid Pourfalah se trouve 脿 seulement 15 minutes en voiture de l'endroit o霉, jusqu'脿 r茅cemment, la derni猫re centrale 茅lectrique au charbon du Royaume-Uni produisait des nuages de vapeur blanche provenant de ses huit tours de refroidissement caract茅ristiques.

Visible 脿 des kilom猫tres 脿 la ronde, la centrale 茅lectrique de Ratcliffe-on-Soar, construite en 1967, a finalement cess茅 ses activit茅s le 30 septembre 2024, faisant du Royaume-Uni la premi猫re grande 茅conomie mondiale 脿 茅liminer progressivement le charbon de la production nationale d'茅lectricit茅.

Mais alors que la fermeture de Ratcliffe a 茅t茅 salu茅e comme une victoire pour une 茅nergie plus propre en g茅n茅ral, elle pose des probl猫mes 脿 l'industrie de la construction du pays, qui comptait sur les cendres volantes qu'elle produisait comme d茅chet pour r茅duire l'empreinte carbone du b茅ton qu'elle utilise (voir encadr茅).

Vue a茅rienne de la centrale 茅lectrique de Ratcliffe-on-Soar, dans le Nottinghamshire, en Grande-Bretagne, en septembre 2024. Photo : Reuters/Molly Darlington

芦 Le b茅ton est la deuxi猫me substance la plus utilis茅e sur terre apr猫s l鈥檈au et le mat茅riau de construction le plus utilis茅 sur terre 禄, explique Pourfalah, fondateur et directeur g茅n茅ral de Concrete4Change, une start-up de technologie verte qui vise 脿 d茅carboner le b茅ton. 芦 脌 l鈥櫭ヽhelle mondiale, en tant que civilisation, nous consommons actuellement environ trois tonnes de b茅ton par personne et par an. 禄

芦 脌 l鈥櫭ヽhelle mondiale, le b茅ton est responsable d鈥檈nviron 8 % des 茅missions de carbone chaque ann茅e 禄, ajoute-t-il. 芦 La majeure partie de ces 茅missions provient du ciment qui se trouve 脿 l鈥檌nt茅rieur du b茅ton, car il est inh茅rent au mat茅riau. C鈥檈st pourquoi les gens ont pris des d茅chets d鈥檜ne autre industrie et ont remplac茅 une partie du ciment pour essayer de r茅duire les 茅missions globales. 禄

Comme aucune centrale 茅lectrique au charbon n'est actuellement en activit茅 au Royaume-Uni, les entreprises produisant les blocs de b茅ton pr茅fabriqu茅s utilis茅s dans la construction doivent prendre la d茅cision improbable - et 脿 forte intensit茅 de carbone - d'importer leurs cendres volantes depuis la Chine.

Pour les entrepreneurs et les constructeurs qui subissent une pression croissante pour r茅duire leurs 茅missions de carbone, dont une part importante provient des mat茅riaux de construction qu'ils utilisent, cet aspect est important. L'utilisation de b茅ton contenant une part importante de cendres volantes peut 锚tre class茅e comme 芦 脿 faible 茅mission de carbone 禄 et r茅duit donc le nombre de tonnes d'茅quivalent dioxyde de carbone que les entrepreneurs doivent additionner pour calculer leurs 茅missions de port茅e 3.

De nombreuses grandes entreprises de construction britanniques et europ茅ennes ont d茅j脿 annonc茅 qu'elles utiliseraient des m茅langes de b茅ton 脿 faible teneur en carbone dans leurs projets. Parmi elles, on compte le g茅ant su茅dois Skanska, l'entrepreneur britannique Laing O'Rourke, l'autrichien Strabag et le g茅ant fran莽ais Vinci.

Qu'est-ce que le b茅ton bas carbone ?

Les cendres volantes sont toutes les salet茅s qui restent au fond de la chambre de combustion d'une centrale 茅lectrique au charbon. Pendant une grande partie de l'猫re industrielle, elles 茅taient l'un des principaux composants des fum茅es qui s'茅chappaient des usines et provoquaient des taches noires sur le linge qui s茅chait. Mais depuis 70 ans, des r茅glementations de plus en plus strictes en mati猫re de qualit茅 de l'air obligent les propri茅taires d'usines 脿 filtrer leurs 茅missions et 脿 collecter les cendres pour les stocker.

Depuis l'茅poque romaine, les constructeurs ajoutent des cendres et d'autres 茅l茅ments au m茅lange, soit pour le rendre plus r茅sistant, plus facile 脿 couler, soit, depuis les ann茅es 1990, pour r茅duire les co没ts et les 茅missions de carbone.

Aujourd'hui, les cendres volantes des centrales 茅lectriques au charbon constituent l'additif pour b茅ton le plus couramment utilis茅 (connu techniquement sous le nom de mat茅riau cimentaire suppl茅mentaire ou SCM). Il est g茅n茅ralement moins cher que le ciment et, selon son utilisation et son lieu d'utilisation, peut remplacer jusqu'脿 60 % du ciment Portland dans un m茅lange (bien que 15 脿 25 % soient les plus courants).

Le professeur Sid Pourfalah (au centre) et ses coll猫gues effectuent des recherches sur le b茅ton dans leur laboratoire de Nottingham. Photo : Concrete4Change

Des chercheurs des universit茅s de Lahore et de Guayaquil ont d茅couvert qu鈥檈n rempla莽ant 10 %, 20 % ou 30 % du ciment de chaux traditionnel par des cendres volantes, on r茅duisait le potentiel de r茅chauffement climatique de 9 %, 19 % et 29 % respectivement et on augmentait la r茅sistance du b茅ton.

Mais alors que d'autres pays s'appr锚tent 脿 suivre l'exemple du Royaume-Uni et 脿 convertir leur production d'茅lectricit茅 en sources plus propres, la quantit茅 de cendres volantes disponible pour la production de b茅ton va diminuer dans de nombreuses r茅gions, ce qui rendra leur approvisionnement plus difficile et plus co没teux.

Cette d茅cision suscite une recherche fr茅n茅tique d鈥檃lternatives appropri茅es aux cendres volantes 脿 ajouter aux m茅langes de b茅ton, alors que les fabricants introduisent d鈥檃utres produits similaires tels que les scories de haut fourneau ou les fum茅es de silice des aci茅ries, la craie ou le schiste.

Cela suscite 茅galement une vague soudaine de nouvelles start-ups visant 脿 rendre l鈥檈nsemble du processus de fabrication du b茅ton plus durable.

芦 Si nous n鈥檃gissons pas maintenant, l鈥檌ndustrie du ciment et du b茅ton n鈥檃tteindra jamais la neutralit茅 carbone d鈥檌ci 2050 禄, affirme Pourfalah. 芦 M锚me maintenant, c鈥檈st un peu tard, mais c鈥檈st mieux que rien. 禄

Pour Pourfalah, la grande id茅e est de concevoir chimiquement du b茅ton capable de capturer et de stocker le dioxyde de carbone, transformant ainsi l'un des plus grands producteurs de carbone au monde en un puits de carbone.

Bien que le processus de fabrication du ciment lib猫re toujours du dioxyde de carbone, l鈥檌d茅e serait de le capturer avant qu鈥檌l ne s鈥櫭ヽhappe dans l鈥檃tmosph猫re et de l鈥檜tiliser comme additif pour rendre le b茅ton plus r茅sistant.

芦 Ce que la plupart des gens ignorent 脿 propos du b茅ton, c鈥檈st qu鈥檌l s鈥檃git de l鈥檜n des puits de dioxyde de carbone les plus s没rs au monde 禄, explique Pourfalah. 芦 Le b茅ton 脿 lui seul a la capacit茅 d鈥檃bsorber 30 % de son propre poids en CO2. Cependant, cela ne se produit pas naturellement. Si vous laissez un mur en b茅ton pendant 4 000 ans, il n鈥檈st toujours pas compl猫tement carbonat茅 en raison des barri猫res naturelles. Il faut une temp茅rature sp茅cifique. Il faut un taux d鈥檋umidit茅 sp茅cifique. L鈥檈xposition 脿 l鈥檃ir ne peut pas p茅n茅trer plus de 40 脿 50 millim猫tres 脿 l鈥檌nt茅rieur. 禄

Dans le laboratoire de Pourfalah, 茅quip茅 de centrifugeuses, de bonbonnes de gaz et de toutes sortes de jauges et de cadrans, des scientifiques en blouse blanche, lunettes de protection et gants en plastique vert s'affairent 脿 effectuer des tests et 脿 noter leurs r茅sultats.

Pourquoi le b茅ton absorbe-t-il naturellement le carbone ?

Au c艙ur de sa r茅flexion se trouve le principe chimique de base selon lequel l'hydroxyde de calcium contenu dans le ciment hydrat茅 absorbe naturellement le CO2. Si cela est fait correctement, explique Pourfalah, le dioxyde de carbone peut 锚tre min茅ralis茅 脿 l'int茅rieur du b茅ton, le rendant plus r茅sistant et le pi茅geant d茅finitivement 脿 l'abri de l'atmosph猫re terrestre.

芦 Notre premi猫re question 茅tait la suivante : est-il possible de permettre au b茅ton d鈥檃bsorber ce CO2 de mani猫re uniforme ? 禄, explique-t-il. 芦 Et est-il possible de r茅duire le temps de carbonisation de mille ans 脿 moins de cent heures ? 禄

Bien que d'autres start-ups tentent de trouver une solution similaire en utilisant le CO2 issu des projets de captage et de stockage du carbone comme additif 脿 m茅langer directement au b茅ton, Pourfalah estime que cette approche pr茅sente des limites et travaille plut么t 脿 la fabrication d'une substance suppl茅mentaire qu'il appelle un 芦 transporteur 禄 pour stocker le CO2 avant de l'ajouter au m茅lange. Le transporteur peut ensuite 锚tre utilis茅 soit en compl茅ment des SCM traditionnels, soit 脿 leur place en remplacement partiel du ciment Portland.

芦 Le b茅ton est un environnement tr猫s hostile, avec un pH g茅n茅ralement de 12 ou 13. M锚me avec la technologie la plus avanc茅e, les gens prennent du CO2 sous forme liquide ou gazeuse et le m茅langent au b茅ton 禄, explique-t-il. 芦 Si vous introduisez trop de CO2 en une seule fois, cela r茅duit consid茅rablement la r茅sistance du b茅ton. Et il n鈥檈st 茅videmment pas n茅cessaire d鈥檃voir beaucoup de connaissances en chimie pour comprendre qu鈥檈n quelques minutes, le CO2 va soit r茅agir, soit retourner dans l鈥檃tmosph猫re, ce qui gaspille toutes ces mol茅cules de CO2. Nous emprisonnons donc le CO2 dans un vecteur que nous introduisons ensuite dans le b茅ton. 禄

Pourfalah affirme que le support Concrfete4Change ne repr茅senterait qu'environ 1 % du m茅lange de b茅ton, ce qui signifie que le b茅ton qu'il produit a la m锚me apparence et le m锚me comportement que les m茅langes traditionnels.

Image g茅n茅r茅e par l'IA cr茅茅e avec Ideogram

芦 Quand on pense au b茅ton, on pense 脿 un bloc gris ennuyeux qui reste ainsi toute la vie. Mais quand on commence 脿 l鈥檕bserver, on d茅couvre que le b茅ton passe par de nombreuses phases diff茅rentes 禄, explique Pourfalah.

芦 Au fur et 脿 mesure que le b茅ton passe de l鈥檋ydratation initiale 脿 la p茅riode de durcissement de 28 jours, une s茅rie d鈥檌ons se dissolvent dans l鈥檈au. Ils peuvent servir de germe pour former diff茅rents cristaux, qui 茅voluent ensuite au fil du temps, ce qui fait que l鈥檈nvironnement est tr猫s dynamique. Au bout d鈥檜n an, beaucoup de ces cristaux commencent 脿 se dissoudre et 脿 former de nouveaux cristaux, rien n鈥檈st donc constant. Et les r茅sultats que vous obtenez si vous lib茅rez le CO2 dans le b茅ton apr猫s cinq heures sont absolument diff茅rents de ceux obtenus apr猫s dix heures ou 24 heures. La question est de savoir lequel est le meilleur et c鈥檈st vraiment difficile 脿 comprendre, car personne n鈥檃 茅tudi茅 ces processus avec autant de d茅tails. Il s鈥檃git donc d鈥檜n m茅lange d鈥檈ssais et d鈥檈rreurs, d鈥檃cquisition de connaissances dans tous les domaines et de construction de nouveaux 茅quipements pour cr茅er un syst猫me capable de montrer scientifiquement ce qui se passe lorsque nous lib茅rons du CO2 脿 diff茅rents moments. 禄

En janvier, Concrete4Change a boucl茅 un tour de financement initial de 2,5 millions de livres sterling (3,3 millions de dollars am茅ricains). Parmi les investisseurs de l'entreprise figurent actuellement le fabricant allemand de b茅ton pr茅fabriqu茅 Goldbeck et le groupe Siam Cement bas茅 脿 Bangkok. L'entreprise affirme avoir besoin de 20 脿 30 millions de livres sterling suppl茅mentaires (26 脿 39 millions de dollars am茅ricains) pour mettre en place une ligne de fabrication qui, selon elle, devrait 锚tre op茅rationnelle d'ici la fin de 2026.

Et Concrete4Change n鈥檈st pas la seule entreprise 脿 chercher un moyen de produire du b茅ton 脿 z茅ro 茅mission nette. Au cours des derni猫res ann茅es, un nombre croissant d鈥檈ntreprises ont propos茅 des id茅es pour cr茅er du b茅ton 脿 z茅ro 茅mission de carbone, allant du recyclage de la p芒te de ciment des b芒timents existants 脿 la tentative d鈥檜tiliser des algues et des cr茅atures marines pour faire pousser du carbonate de calcium afin de former du ciment.

芦 Il y a eu un v茅ritable changement de culture dans le secteur 禄, d茅clare Pourfalah. 芦 Il y a quelques ann茅es, ce n'茅tait pas vraiment consid茅r茅 comme important. Aujourd'hui, je constate que ce changement est en train de se produire. 禄

Outre un certain nombre d鈥檈ntreprises qui injectent du CO2 dans le ciment pr锚t 脿 l鈥檈mploi, comme CarbonCure, bas茅e en Nouvelle-脡cosse et en activit茅 depuis dix ans, un nombre croissant de start-ups pr茅voient de capter les 茅missions de carbone et de les enterrer ou de les utiliser comme additifs pour le b茅ton.

Capture et stockage du carbone

脌 Brevik, en Norv猫ge, l'entreprise allemande de mat茅riaux de construction Heidelberg Materials construit actuellement le premier projet de captage et de stockage du carbone de l'industrie du ciment, dans lequel les 茅missions de carbone du processus de fabrication seront capt茅es 脿 la source, stock茅es sous forme liquide et pomp茅es 脿 2,5 kilom猫tres sous le fond marin norv茅gien.

芦 Bien s没r, toutes ces diff茅rentes technologies sont compl茅mentaires. Nous ne sommes pas la seule solution. Nous faisons partie d鈥檜n grand 茅cosyst猫me qui peut aider l鈥檌ndustrie du b茅ton et du ciment 脿 atteindre le z茅ro 茅mission nette 禄, explique Pourfalah. 芦 Mais je ne suis pas un grand fan des projets o霉 le CO2 est enfoui sous terre. Ce n鈥檈st pas une voie vers le z茅ro 茅mission nette, car le stocker de cette mani猫re cr茅e des 茅missions inutiles et nous cr茅ons 茅galement un volcan artificiel. Si une fuite se produit, elle a un effet tr猫s drastique et doit 锚tre surveill茅e et entretenue pendant peut-锚tre mille ans. Notre produit peut capter les gaz de combustion, am茅liorer la r茅sistance du b茅ton et les stocker de mani猫re 脿 ce qu鈥檌ls ne ressortent pas m锚me s鈥檌ls sont 茅cras茅s. 禄