Le ciment peut soudainement absorber du CO₂

Le ciment est l'un des principaux facteurs contribuant au réchauffement climatique à l'échelle mondiale. Pourtant, c'est justement ce secteur, qui affiche un bilan carbone particulièrement lourd, qui pourrait à l'avenir contribuer à capter le dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère. Des chercheurs de l'ETH Zurich montrent comment les cimenteries peuvent être associées à la technologie de capture directe de l'air (Direct Air Capture). Cette approche pourrait réduire l'impact climatique de la production de ciment de 78 % d'ici 2050.

Environ quatre milliards de tonnes de ciment sont produites chaque année dans le monde. Cette production est à l’origine de 5 à 8 % des émissions mondiales de CO₂. La calcination pose un problème particulier : elle consiste à chauffer du calcaire pour obtenir de la chaux vive, un processus qui libère du CO₂.
C’est précisément là qu’intervient l’étude de l’ETH. Elle associe un procédé établi de fabrication du ciment à la capture directe de l’air (Direct Air Capture, ou DAC). L’objectif n’est pas seulement de réduire les émissions au sein de l’usine. L’installation doit en outre extraire le CO₂ directement de l’air ambiant.

La chaux entre dans le cycle
Cette technologie repose sur le «calcium looping». Le calcaire est chauffé électriquement et se décompose en chaux vive et en CO₂. Comme le four fonctionne à l’électricité plutôt qu’au charbon ou au gaz, les émissions supplémentaires liées à la combustion de combustibles fossiles sont éliminées. Le CO₂ libéré au cours du processus peut en outre être capté directement.
La chaux vive est ensuite traitée avec de l’eau et mise en contact avec l’air. Ce faisant, elle fixe à nouveau du CO₂ et redevient du calcaire. Plus ce cycle est répété, plus l’installation peut extraire de dioxyde de carbone de l’atmosphère. Le CO₂ capté ne reste toutefois pas dans le ciment. Il est comprimé puis transporté vers des sites de stockage souterrains adaptés. Dans ces conditions, une cimenterie pourrait même, d’un point de vue bilanciel, éliminer plus de CO₂ qu’elle n’en génère sur l’ensemble de sa chaîne de production.

Tout dépend de l’électricité
L’approvisionnement énergétique est le facteur décisif. La capture directe de l’air (Direct Air Capture) nécessite beaucoup d’électricité. Les chercheurs de l’ETH ont donc examiné différents scénarios, allant du mix électrique américain actuel à un système largement renouvelable reposant sur l’énergie solaire et le stockage par batterie.
Le résultat est encourageant, mais clairement subordonné à certaines conditions. Avec un approvisionnement en électricité fortement décarboné, les installations de « calcium looping » pourraient effectivement éliminer de l’atmosphère, en termes nets, 85 à 96 % de la quantité captée et stockée. Pour chaque tonne de CO₂ stockée de manière permanente, 40 à 150 kilogrammes de CO₂ seraient encore émis tout au long de la chaîne de valeur.

Du laboratoire à l’usine
Cette approche est bien plus qu’une simple idée théorique. L’étude a été réalisée en collaboration avec l’entreprise américaine Heirloom Carbon Technologies, qui exploite depuis 2023 en Californie une installation commerciale d’une capacité d’environ 1 000 tonnes de CO₂ par an. Une installation nettement plus grande est prévue en Louisiane.
Pour l’industrie du ciment, l’intérêt réside dans les matières premières et les procédés existants. La chaux, la calcination et les fours industriels font depuis longtemps partie intégrante de la production. Les nouveautés concerneraient principalement des surfaces de contact supplémentaires avec l’air, le captage du CO₂ et des fours de calcination alimentés à l’électricité.

Ce potentiel doit encore faire ses preuves dans la pratique
Pour l’instant, cette solution n’est pas encore une évidence. Les résultats s’appuient sur des scénarios allant jusqu’en 2050. Les fours de calcination électriques à chauffage indirect ne sont pas encore utilisés à grande échelle dans l’industrie. L’étude ne contient pas non plus d’analyse détaillée concernant la rentabilité.

Néanmoins, ces travaux de l’ETH envoient un signal fort. La décarbonisation du secteur de la construction ne doit pas se limiter à une simple réduction des émissions. Si l’électricité renouvelable, le stockage du CO₂ et les nouvelles installations industrielles sont combinés, l’un des plus grands émetteurs pourrait devenir un acteur actif de la restauration du climat.