Guide du béton : produire des solutions de béton à faible teneur en carbone

Problèmes liés au béton

Le béton a un impact élevé en termes de carbone incorporé, dû à la production du ciment, l'un de ses principaux constituants. Cela est dû au processus de production du ciment, qui consomme beaucoup d'énergie, et aux émissions de carbone provenant du processus de calcination chimique. Un autre défi lié à l'utilisation du béton est sa réutilisation. Aujourd'hui, la quasi-totalité du béton est broyée en granulats à la fin de la vie du bâtiment. En raison du volume très important utilisé, aucun matériau ne peut remplacer le béton. Si les matériaux de construction alternatifs jouent un rôle précieux dans la décarbonisation de l'environnement bâti, leur évolutivité n'est pas suffisante pour remplacer le béton. D'autres matériaux contribuent toutefois à stimuler l'innovation dans le secteur du béton afin d'améliorer ses performances environnementales.

Pourquoi le béton est-il si gourmand en carbone ?

Qu'est-ce que le béton à faible teneur en carbone ?

Ce qui est généralement perçu comme un béton à faible teneur en carbone dans le secteur de la construction est un mélange de béton qui produit moins de carbone intrinsèque qu'un mélange de béton moyen. Toutefois, il n'existe actuellement aucune définition du béton à faible teneur en carbone qui soit acceptée au niveau mondial.

Les défis du béton à faible teneur en carbone

• Dans la plupart des régions, il n'y a pas de référence convenue ni de pourcentage de réduction du carbone incorporé pour que le mélange de béton soit classé comme étant à faible teneur en carbone.

Parmi les tentatives locales, on peut citer le Concrete Sustainability Council (Allemagne), la norme Lavkarbonbetong (Norvège) et la Low Carbon Concrete Routemap (feuille de route pour le béton à faible teneur en carbone) du Royaume-Uni. Le terme est donc utilisé dans tous les cas où le béton a une teneur en carbone intrinsèque inférieure à celle d'un mélange de ciment Portland typique, même si la réduction est minime et parfois même nominale. Dans la plupart des cas, la réduction du carbone incorporé sera le résultat de la substitution du ciment par des liants alternatifs plus traditionnels tels que les cendres volantes, le laitier granulé moulu de haut fourneau (GGBS), les argiles calcinées et, dans certains cas limités, les pouzzolanes naturelles, ainsi que par de nouvelles solutions innovantes. Cette liste n'est pas exhaustive, de nombreuses autres solutions existent et de nouvelles sont en cours de développement.

• Le problème de la plupart des bétons à faible teneur en carbone fabriqués aujourd'hui est que le clinker (l'ingrédient clé du ciment) est remplacé par des matériaux secondaires issus de processus basés sur les combustibles fossiles. Bien qu'il s'agisse d'un mécanisme de transition utile, il ne peut pas s'adapter à la décarbonisation de la production d'électricité et d'autres industries.

Avantages de la réduction du clinker

1. Réduction du carbone incorporé dans le béton

Le béton est utilisé dans les fondations, les dalles et la structure de la plupart des bâtiments dans le monde. La majeure partie du carbone incorporé du béton provenant de la production de ciment, la clé de la réduction du carbone incorporé du béton est de réduire la quantité totale de ciment utilisée. Cela peut se faire par le biais de :

• Éviter la surconception des éléments structurels : cela réduira la quantité de béton et de ciment utilisée.
• Rationaliser la prise en compte des charges vives lors de la conception : les charges vives sont souvent surestimées, ce qui peut être évité grâce à une conception structurelle détaillée sans compromettre l'adaptabilité future du bâtiment.
• Concevoir en fonction de l'efficacité des matériaux : optimiser la portée de la grille structurelle et incorporer des éléments en béton plus efficaces en termes de matériaux, tels que les dalles alvéolées et les tabliers composites.
• Éviter de sur-spécifier la résistance à la compression du béton : les mélanges de béton peuvent être optimisés pour des parties spécifiques du bâtiment ; il n'est pas nécessaire d'utiliser des résistances standard partout.
• Évitez de sur-déterminer la résistance à la compression du béton dans les 28 jours suivant le coulage : cela permet d'utiliser du béton avec des liants alternatifs qui, dans la plupart des cas, ont des temps de durcissement plus longs.
• Utilisez des liants alternatifs : essayez d'utiliser du Fly-Ash, du GGBS, des argiles calcinées, etc.
• Utiliser d'autres solutions innovantes pour le béton: lorsqu'elles sont disponibles, essayer d'utiliser des solutions qui ne sont pas nécessairement liées à la réduction du ciment, telles que le béton à haute performance (BHP), le béton renforcé par des fibres ou le béton drainant.

2. Réduire les coûts pour les producteurs de béton

L'un des principaux avantages de l'optimisation de la quantité de béton et de clinker est qu'elle permet de réduire les coûts d'investissement. En réduisant la quantité de clinker utilisée dans la production de béton, les fabricants peuvent diminuer leur dépendance à l'égard des matières premières coûteuses et des processus à forte intensité énergétique. Cela permet non seulement de réduire les coûts de production, mais aussi d'améliorer l'efficacité globale du processus de fabrication. En outre, l'utilisation de liants alternatifs et l'optimisation de la conception du mélange de béton peuvent conduire à une réduction des déchets et à une meilleure utilisation des ressources. Ce potentiel de réduction des coûts est particulièrement important pour les projets de construction à grande échelle, où même de petites réductions dans l'utilisation des matériaux peuvent se traduire par des économies financières substantielles. En outre, l'adoption de pratiques d'utilisation de béton à faible teneur en carbone peut améliorer la compétitivité d'une entreprise sur le marché et s'aligner sur les pressions réglementaires et sociétales croissantes en faveur de méthodes de construction plus durables.

Liants alternatifs au ciment

Les liants alternatifs au ciment les plus couramment utilisés sont les suivants :

• Cendres volantes / cendres de combustibles pulvérisés
• Laitier granulé de haut fourneau broyé
• Argiles calcinées

Bien que certains de ces liants soient largement utilisés dans l'industrie de la construction, leur disponibilité dépend des processus liés aux combustibles fossiles et devrait être limitée à l'avenir, lorsque l'on espère que l'utilisation des combustibles fossiles diminuera. Par conséquent, l'utilisation de ces liants est importante aujourd'hui, mais ne peut constituer une part significative de l'avenir du béton sans carbone.

Défis posés par les autres types de liants cimentaires

Bien que les liants énumérés ci-dessus réduisent le carbone incorporé du béton, ils sont souvent considérés avec scepticisme par les entrepreneurs car ils affectent la vitesse de durcissement du béton. Cela signifie que les mélanges de béton contenant de tels liants auront besoin de plus de temps pour atteindre un certain niveau de résistance comparés aux mélanges de ciment Portland traditionnels. Un mélange de béton contenant 50 % de GGBS, par exemple, aura la moitié de la résistance d'un mélange de ciment Portland dans les 7 jours suivant le coulage, mais devrait atteindre la même résistance dans les 28 jours. Le temps de durcissement plus lent peut retarder la construction de quelques jours pour chaque étage ajouté, ce qui peut entraîner des retards et des coûts plus importants dans les constructions plus hautes. Les entrepreneurs devront prévoir le temps de durcissement plus long du béton à faible teneur en carbone dans la mesure du possible afin d'atténuer les retards et les implications financières qui en découlent.

Autres liants du ciment