Tendances et perspectives en matière de développement durable à l'horizon 2025
Le béton est l'un des matériaux de construction les plus utilisés dans le monde et joue un rôle central dans l'industrie de la construction en raison de sa durabilité et de sa polyvalence. Cependant, sa production est gourmande en énergie et libère de grandes quantités deCO2. C'est pourquoi les experts mènent actuellement des recherches approfondies sur les moyens de rendre la construction en béton plus durable et plus respectueuse de l'environnement. Cet article montre quels sont les leviers les plus prometteurs et, en même temps, où se situent les plus grands défis pour un béton plus vert.
Qu'est-ce qui influence l'empreinte carbone du béton ?
Les principaux composants du béton sont le sable, le gravier, l'eau et le ciment. La production de ciment est à l'origine d'environ cinq à huit pour cent desémissions mondialesde CO2 . Si l'industrie du ciment était un pays, elle serait le quatrième plus grand émetteur de dioxyde de carbone au monde, selon le Forum économique mondial.
Le ciment et son impact écologique
Leciment, quant à lui, se compose principalement de clinker, qui est produit en chauffant du calcaire et de l'argile à environ 1450°C. Ce processus consomme non seulement une quantité importante d'énergie en raison des températures extrêmement élevées, mais libère également de grandes quantités deCO2 en raison de la réaction chimique elle-même. Examinons maintenant ces deux facteurs de plus près :
1. Laréaction chimique: Le clinker est le résultat de la décomposition thermique du calcaire et de l'argile à environ 1450°C dans un four à ciment. Ce processus est connu sous le nom de calcination et conduit à la formation d'oxyde de calcium et deCO2. La calcination est une réaction chimique inévitable qui est à l'origine de 50 à 60 % desémissions totalesde CO2 liées à la production de ciment. Ces émissions liées au processus sont particulièrement difficiles à réduire car elles ne peuvent pas être éliminées en changeant de combustible ou en augmentant l'efficacité.
2. Consommation d'énergie pendant la production: Environ 40 % des émissions totales proviennent de la combustion de combustibles fossiles pour générer les températures élevées nécessaires à la production de ciment. Cette consommation d'énergie peut être réduite par l'utilisation d'énergies renouvelables et de technologies plus efficaces.
En résumé, il est donc important de commencer par le ciment et sa production afin de construire de manière plus durable avec le béton. Voyons donc comment améliorer l'empreinte carbone du ciment et du clinker.
Six pistes pour un ciment plus respectueux de l'environnement
Selon l'Association de l'industrie autrichienne du ciment, l'industrie met déjà en œuvre avec succès de nombreuses mesures en faveur d'une plus grande durabilité :
1) Réduire le clinker : Une partie du clinker peut être remplacée par d'autres matériaux plus respectueux de l'environnement ou déjà produits comme sous-produits industriels. Le clinker du ciment Portland, par exemple, est remplacé par des cendres volantes, du laitier granulé de haut fourneau, de l'argile calcinée ou du gypse.
2) Procédés de production modernes: Si le clinker est produit dans des fours rotatifs équipés de systèmes de préchauffage à cyclone, la chaleur résiduelle générée pendant la production peut être utilisée dans le processus de production interne pour préchauffer le combustible et les matières premières. Cela permet de réduire la consommation totale d'énergie pour la production de ciment. En outre, la chaleur résiduelle peut être injectée dans les réseaux de chauffage urbain environnants et contribuer ainsi à l'approvisionnement énergétique régional.
3) Combustibles alternatifs: au lieu de combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole brut ou le gaz naturel, l'industrie du ciment a de plus en plus recours à des combustibles alternatifs tels que les déchets plastiques, les vieux pneus ou les résidus de fibres de papier.
Le Forum économique mondial souligne d'autres possibilités d'innovation :
> Nouveaux ciments : Le développement de ciments sans clinker pourrait réduire considérablement les émissions. Des recherches sont menées sur des alternatives au calcaire, telles que l'extraction de ciment à partir de roches de silicate de calcium sans carbone, de minéraux de silicate de calcium, ou la production de ciment à l'aide d'un processus électrochimique au lieu de la chaleur. La société suédoise Cemvision, par exemple, recycle les sous-produits de l'industrie minière et sidérurgique, ce qui nécessite moins d'énergie et ne produit pas de déchets.
> Le ciment recyclé : Une équipe de chercheurs de Cambridge a réussi pour la première fois à recycler le clinker du ciment. Il s'agit d'utiliser des fours à arc électrique pour produire de l'acier réutilisable. Pour éliminer les substances indésirables, on ajoute normalement du calcaire, qui est ensuite séparé sous forme de laitier. Si l'on ajoute à la place de la pâte de clinker de ciment recyclé, on obtient un clinker de ciment de haute qualité sans avoir besoin d'énergie supplémentaire. Le ciment recyclé est ensuite utilisé comme d'habitude pour la production de nouveau béton. De cette manière, les émissions peuvent être réduites de manière significative. Pour en savoir plus, consultez cette vidéo.
> Le captage et l'utilisation/stockage du carbone (CSC) : Le captage et l'utilisation/stockage du carbone est une méthode de captage, d'utilisation ou de stockage duCO2 provenant de sources importantes telles que les centrales électriques et les installations industrielles, afin de réduire les émissions. La demande deCO2 pour l'industrie chimique devrait augmenter de manière significative. Le piégeage et l'utilisation du carbone dans la production de ciment sont particulièrement intéressants, carle CO2 est produit en très fortes concentrations. Le captage, l'utilisation et le stockage du carbone pourraient réduire les émissions de l'industrie du ciment de 36 %. La ville portuaire norvégienne de Brevik a été la première ville au monde à mettre en service une usine de CSC dans sa cimenterie. Le carbone est stocké sous terre dans la mer du Nord.
Les processus innovants et les nouvelles technologies jouent également un rôle prometteur dans l'élaboration d'un ciment plus respectueux de l'environnement :
La technologie de mélange hybride deBton permet de réduire les besoins en clinker jusqu'à 75 % en mélangeant d'abord le ciment et l'eau avant d'ajouter le sable et le gravier. Par rapport aux méthodes de production conventionnelles, cela permet de réduire les besoins en eau de 10 % et d'obtenir une résistance à la compression supérieure de 25 % et une résistance initiale plus rapide de 100 %.
Une autre option consiste à réduire la quantité de ciment utilisée. La société allemande Sonocrete a réussi à réduire de 30 % la quantité de ciment nécessaire grâce à l'utilisation d'ultrasons. En outre, la résistance initiale du béton est multipliée par quatre.
Conclusion : qu'il s'agisse de moins de clinker, de moins de ciment ou de moins d'eau, l'utilisation innovante et durable des matières premières est à l'ordre du jour.
Quatre façons d'économiser des ressources lors de la planification avec du béton
Poussons l'idée de "réduire" un peu plus loin : le béton est particulièrement populaire et largement utilisé en raison de sa durabilité et de sa polyvalence. Cependant, il est important de prendre en compte les aspects de durabilité dès la phase de planification et d'économiser le matériau lorsque cela s'avère judicieux. Le Concrete Information Center énumère les mesures suivantes :
1. Réduction de l'épaisseur des plafonds
Avec des plafonds précontraints et des bétons à haute résistance, il est possible d'obtenir de faibles épaisseurs de plafond, même avec de grandes portées. La précontrainte réduit la déflexion ainsi que la contrainte de traction sur le béton, ce qui permet de supporter des charges plus importantes. Les bétons à haute résistance permettent également d'obtenir des sections transversales plus fines, ce qui réduit encore la consommation de matériaux.
2. Réduire la quantité de béton
Les systèmes de plafonds avec des cavités ou des corps creux dans les zones à faible demande structurelle permettent de réduire la quantité de béton nécessaire. Ces systèmes reposent sur le principe selon lequel toutes les parties de la section transversale ne contribuent pas de la même manière à la capacité de charge. En supprimant les matériaux des zones moins sollicitées, ils réduisent le poids et préservent les ressources.
3. Réduire la quantité de ferraillage
Les méthodes de construction en squelette ou les cadres de plancher peuvent souvent contribuer à réduire la quantité de ferraillage. Ces méthodes de construction répartissent efficacement les charges sur les éléments porteurs, ce qui réduit la quantité d'acier nécessaire. L'optimisation de la répartition des charges entraîne une diminution des contraintes et donc une réduction de la quantité d'acier d'armature.
4. Bétons à haute résistance et sections plus petites
Les bétons à haute résistance permettent d'obtenir des sections de colonnes plus fines. Ces types de bétons permettent de réduire les sections des colonnes sans compromettre la capacité de charge. Cela permet de réduire la quantité de matériaux et d'économiser des ressources.
C'est clair : dès la phase de planification, il est possible d'économiser beaucoup de matériaux avec un peu de savoir-faire et le courage d'essayer une approche différente.
Des éléments préfabriqués en béton plus durables
Lorsqu'il s'agit de réduire l'utilisation de matériaux, les éléments préfabriqués en béton constituent une partie essentielle de la solution. Les éléments préfabriqués en béton sont fabriqués dans une usine de préfabrication dans des conditions constantes, quelles que soient les conditions météorologiques. Cela se traduit par une précision et une qualité accrues, et offre également de nombreux avantages en termes de développement durable:
Moins de déchets: La production dans des usines contrôlées permet une fabrication précise et minimise les déchets de matériaux. Cela conduit à une utilisation plus efficace des ressources et réduit l'empreinte écologique.
Économies de matériaux : L'enveloppe de béton et, dans le cas des colonnes, la section nécessaire peuvent également être réduites au cours de la production elle-même si les contrôles de qualité en usine sont suffisants. En outre, on utilise souvent du béton d'une classe de résistance plus élevée pour les éléments préfabriqués. Même si cela signifie initialement plus deCO2 par m3 de béton, l'empreinte absoluede CO2 de l'élément peut souvent être réduite en diminuant la section de l'élément et en utilisant mieux la résistance à la compression.
Efficacité énergétique: Les usines modernes utilisent des technologies avancées pour optimiser la consommation d'énergie et réduire les émissions. L'utilisation d'énergies renouvelables et de méthodes d'économie d'énergie permet de réduire davantage lesémissions de CO2 .
Moins de renforcement grâce aux systèmes de soudage de treillis : Grâce à une production précise, le treillis d'armature peut être conçu pour répondre aux exigences exactes du projet de construction. Cela permet d'optimiser l'utilisation des matériaux et de réduire les besoins en acier d'armature.
Réduction de la pollution par le bruit et la poussière: Une installation plus rapide réduit l'impact du bruit et de la poussière sur le chantier.
Durabilité: Les éléments en béton préfabriqué sont durables et résistants, ce qui réduit la nécessité de réparations ou de remplacements fréquents et préserve donc les ressources.
Activation des composants thermiques: Les tuyaux de chauffage ou de refroidissement sont posés directement dans l'élément de plafond ou de mur à l'usine de préfabrication. Une fois le bâtiment achevé, l'eau chaude ou froide est acheminée par ces tuyaux. En cas de chauffage, l'énergie du plafond est émise dans la pièce sous forme de rayonnement thermique. Si le rayonnement thermique atteint des objets ou des corps, ceux-ci sont chauffés. Le même principe peut être appliqué aux salles de refroidissement. Associée aux énergies renouvelables et aux thermostats d'ambiance intelligents, l'activation des composants thermiques réduit considérablement les besoins en énergie pendant la phase d'utilisation du bâtiment.
Les nouvelles combinaisons hybrides de bois et de béton, ainsi que la pression accrue exercée sur le secteur de la construction pour qu'il prenne davantage de mesures en faveur de la durabilité, influenceront sans aucun doute la préfabrication en 2025. Pour en savoir plus sur les autres tendances qui façonneront l'industrie de la préfabrication cette année, consultez cet article de blog.
Béton et recyclage
Conformément à l'idée "réduire, réutiliser, recycler", la réutilisation du béton est également un pilier important de la durabilité, selon Beton Dialog Austria. Les anciennes structures en béton sont démantelées, transformées en béton et en granulés mélangés, et utilisées comme ancien béton recyclé pour de nouveaux projets de construction. Les applications typiques sont, par exemple, la construction de routes ou de trottoirs.
En outre, les premiers projets pilotes sont déjà en cours pour étudier comment les éléments préfabriqués en béton peuvent être réutilisés de manière raisonnable et sûre. Le projet européen ReCreate a démontré avec succès que la désinstallation et la réutilisation d'éléments en béton préfabriqué intacts sont techniquement possibles. Dans le cadre de quatre projets pilotes en Europe, des éléments porteurs tels que des poutres, des colonnes et des dalles alvéolées ont été récupérés dans des bâtiments existants et réutilisés dans de nouveaux projets de construction. Les résultats montrent que la réutilisation d'éléments préfabriqués en béton peut réduire lesémissions de CO2 et la consommation d'énergie de 93 à 98 % par rapport à la production de nouveaux éléments préfabriqués en béton ou au recyclage du béton.
Conclusion
L'avenir de la construction durable en béton réside clairement dans la combinaison de technologies innovantes, d'une planification bien pensée et d'une utilisation responsable des ressources. L'industrie de la construction doit apporter sa contribution à un avenir plus vert - et elle peut réussir si elle poursuit systématiquement une approche durable.
