À chaque étape du processus, la fabrication du ciment a un impact sur l'environnement . Parmi ces impacts figurent les carrières de calcaire, visibles de loin et susceptibles de modifier durablement l'environnement local, les émissions de polluants atmosphériques sous forme de poussières et de gaz, le bruit et les vibrations générés par le fonctionnement des machines, ainsi que les tirs de mine dans les carrières.
Impacts environnementaux de la production de ciment
Entre 4 et 8 % des émissions mondiales de CO2 proviennent du béton , dont l'impact environnemental complexe est influencé par sa fabrication, ses applications et ses effets directs sur les infrastructures et les bâtiments. Le ciment, qui a ses propres impacts environnementaux et sociaux et qui influe considérablement sur ceux du béton, en est un composant important.
1. Émissions de dioxyde de carbone et changement climatique
Avec jusqu'à 5 % de toutes les émissions de CO2 produites par l'homme provenant de l'industrie du ciment, dont 50 % proviennent de réactions chimiques et 40 % de la combustion de carburants, elle est l'un des deux plus grands producteurs de gaz au monde, contribuant ainsi au changement climatique.
Le rejet de CO2 estimé pour la production de béton de structure (avec environ 14 % de ciment) est de 410 kg/m3 (soit environ 180 kg/tonne à une densité de 2.3 g/cm3) ; ce rendement est réduit à 290 kg/m3 lorsque 30 % de cendres volantes sont utilisées à la place du ciment.
Pour chaque tonne de ciment produite, 900 kg de CO2 sont rejetés dans l'atmosphère, soit 88 % des émissions liées à un mélange de béton moyen. L'émission de CO2 provenant de la fabrication du béton est directement proportionnelle à la teneur en ciment utilisé dans le mélange de béton.
La décomposition thermique du carbonate de calcium, qui produit de la chaux et du dioxyde de carbone, entraîne des émissions de gaz à effet de serre lors de la fabrication du ciment. La consommation d'énergie liée à cette production contribue également à ce problème, notamment la combustion d'énergies fossiles .
Le fait que le béton ait une très faible énergie intrinsèque par unité de masse est un aspect du cycle de vie du béton qui mérite l'attention. Cela est principalement dû à la disponibilité et à l'accessibilité fréquente des composants utilisés dans la production de béton, tels que l'eau, les pouzzolanes et les granulats, dans les ressources locales.
Ainsi, la fabrication du ciment utilise 70 % de l'énergie grise du béton, alors que le transport n'en utilise que 7 %.
Le béton a une énergie grise par unité de masse inférieure à celle de la majorité des autres matériaux de construction, à l'exception du bois, avec une énergie grise totale de 1.69 GJ/tonne. En raison de la masse énorme des structures en béton, cette comparaison n'est pas toujours immédiatement applicable à la prise de décision.
Il est important de se rappeler que cette estimation est basée sur des proportions de mélange de béton ne contenant pas plus de 20 % de cendres volantes. Selon les estimations, le remplacement d'un pour cent du ciment par des cendres volantes entraîne une diminution de 0.7 % de la consommation d'énergie. Cela entraînerait des économies d'énergie considérables car certains mélanges proposés contiennent jusqu'à 80 % de cendres volantes.
Selon un rapport du Boston Consulting Group datant de 2022 , les investissements dans la création d'un ciment plus respectueux de l'environnement permettent de réaliser des économies de gaz à effet de serre plus importantes que les investissements dans l'électricité et l'aviation.
2. Ruissellement de surface
Les inondations et l'érosion grave des sols peuvent résulter du ruissellement de surface, qui se produit lorsque l'eau ruisselle sur des surfaces imperméables comme le béton non poreux. L'essence, l'huile à moteur, les métaux lourds, les déchets et d'autres polluants se retrouvent souvent dans les ruissellements urbains des trottoirs, des routes et des stationnements.
Sans atténuation, la couverture imperméable d'une région métropolitaine typique réduit la percolation des eaux souterraines et entraîne cinq fois plus de ruissellement qu'une forêt typique de même taille.
De nombreux projets de pavage récents ont commencé à utiliser du béton perméable, qui offre un certain niveau de gestion automatique des eaux pluviales, dans le but de contrebalancer les conséquences néfastes du béton imperméable.
Le béton est soigneusement posé avec des proportions d'agrégats soigneusement calculées pour produire un béton perméable, qui permet au ruissellement de surface de s'infiltrer et de retourner dans les eaux souterraines.
Les inondations et la reconstitution des eaux souterraines en sont facilitées. Le béton perméable et d'autres surfaces à surface discrète peuvent agir comme un filtre à eau automatique en bloquant le passage de certains polluants dangereux comme les huiles et autres produits chimiques s'ils sont construits et enduits de manière appropriée.
Malheureusement, il y a encore des inconvénients à utiliser du béton perméable à grande échelle. Sa résistance inférieure à celle du béton conventionnel limite son utilisation aux zones à faible charge, et il doit être installé avec soin pour minimiser la sensibilité aux dommages causés par le gel-dégel et l'accumulation de limon.
3. Chaleur urbaine
L’ effet d’îlot de chaleur urbain est principalement dû au béton et à l’asphalte. On prévoit que le monde ajoutera 230 milliards de m² (2.5 billions de pieds carrés) de bâtiments d’ici 2060, soit une superficie équivalente au parc immobilier mondial actuel.
Selon le Département des affaires économiques et sociales des Nations Unies, 68 % de la population mondiale devrait vivre dans des zones urbaines d'ici 2050. En raison de l'énergie supplémentaire qu'elles consomment et de la pollution de l'air qu'elles produisent, les surfaces pavées constituent une menace sérieuse. .
Une région offre de nombreuses possibilités d'économies d'énergie. La demande de climatisation devrait idéalement diminuer à mesure que les températures baissent, ce qui permet d'économiser de l'énergie.
Cependant, des études sur la façon dont les chaussées réfléchissantes affectent les structures environnantes ont indiqué qu'en l'absence de verre réfléchissant sur les bâtiments, le rayonnement solaire réfléchi par la chaussée peut augmenter la température des bâtiments, augmentant ainsi le besoin de climatisation.
De plus, les températures locales et la qualité de l'air peuvent être affectées par le transfert de chaleur des chaussées, qui recouvrent les villes. L'utilisation de matériaux qui absorbent moins l'énergie solaire, comme les chaussées à albédo élevé, peut limiter le flux de chaleur dans l'environnement urbain et réguler l'UHIE. Les surfaces chaudes réchauffent l'air de la ville par convection.
Pour les surfaces constituées de matériaux de chaussée actuellement utilisés, les albédos varient d'environ 0.05 à environ 0.35. Les matériaux de chaussée avec un albédo de départ élevé ont tendance à perdre leur réflectivité au cours d'une durée de vie typique, tandis que ceux avec un albédo initial faible peuvent gagner en réflexion.
L'effet de confort thermique et la nécessité de mesures d'atténuation supplémentaires qui ne mettent pas en danger la santé et la sécurité des piétons, notamment en période de canicule, sont des facteurs supplémentaires à prendre en compte. Le "Mediterranean Outdoor Comfort Index" (MOCI) est calculé
Les gens sont exposés aux conditions météorologiques et de confort thermique, par conséquent, les conceptions urbaines globales doivent toujours être prises en considération lors de la prise de décision. Lorsqu'elle est correctement combinée avec d'autres technologies et techniques comme la végétation, les matériaux réfléchissants, etc., l'utilisation de matériaux à albédo élevé en milieu urbain peut avoir des effets bénéfiques.
4. Poussière de béton
Lors de tremblements de terre et d'autres catastrophes naturelles, ainsi que lors de la destruction de bâtiments, une grande quantité de poussière de béton est fréquemment libérée dans l'atmosphère. À la suite du tremblement de terre du Grand Hanshin, il a été déterminé que la principale cause de pollution atmosphérique grave était la poussière de béton.
5. Pollution radioactive et toxique
Des problèmes de santé peuvent découler de l'inclusion de certains composés dans le béton, y compris des additifs souhaités et indésirables. Selon la source des matières premières utilisées, différentes concentrations d'éléments radioactifs naturels (K, U, Th et Rn) peuvent être trouvées dans les structures en béton.
Par exemple, certaines pierres émettent naturellement du Radon, et les déchets des anciennes mines contenaient autrefois beaucoup d'Uranium. L'utilisation par inadvertance de composés toxiques à la suite d'une contamination par un accident nucléaire est une autre possibilité. Selon ce qui avait été inclus dans le béton avant la démolition ou la fissuration, la poussière des débris ou du béton fracturé peut présenter des risques majeurs pour la santé.
Cependant, il n'est pas nécessairement risqué et pourrait même être avantageux d'incruster des substances toxiques dans le béton. Dans certains cas, l'ajout de certains composés, y compris des métaux, au ciment pendant le processus d'hydratation les immobilise dans un état sûr et inhibe leur libération dans l'environnement.
6. Oxyde d'azote (NONx)
L'oxyde d'azote (NOx) a un certain nombre d'effets négatifs sur la santé humaine et l'environnement, notamment l'ozone troposphérique, les pluies acides, le réchauffement climatique, la détérioration de la qualité de l'eau et les troubles de la vision. Les enfants et les personnes souffrant de problèmes pulmonaires comme l'asthme font partie des groupes touchés, et l'exposition à ces conditions peut endommager les tissus pulmonaires des personnes qui travaillent ou font de l'exercice à l'extérieur.
7. Dioxyde de soufre (SO2)
Des niveaux élevés de dioxyde de soufre (SO2) peuvent altérer la respiration et exacerber les affections respiratoires et cardiovasculaires déjà présentes. Les asthmatiques, les personnes souffrant de bronchite ou d'emphysème, les enfants et les personnes âgées font partie des populations sensibles. La principale cause des pluies acides, ou dépôts acides, est le SO2.
8. Monoxyde de carbone (CO)
En diminuant l'apport d'oxygène aux organes et aux tissus, le monoxyde de carbone (CO) peut nuire à la santé. Il peut également avoir des effets néfastes sur les systèmes cardiovasculaire et nerveux. Le smog, ou ozone troposphérique, responsable de problèmes respiratoires, est en partie produit par le CO.
9. Combustibles et matières premières
Selon les intrants et le procédé, une cimenterie utilise 3 à 6 GJ de combustible pour fabriquer une tonne de clinker. Les principaux combustibles utilisés par la majorité des fours à ciment aujourd'hui sont le charbon, le coke de pétrole et, dans une moindre mesure, le gaz naturel et le mazout.
S'ils répondent à des critères rigoureux, certains déchets et sous-produits à pouvoir calorifique valorisable peuvent être valorisés comme combustibles dans les fours à ciment en remplacement de certains combustibles fossiles traditionnels, comme le charbon.
Dans les lieux de matières premières comme l'argile, le schiste et le calcaire, certains déchets et sous-produits contenant des minéraux bénéfiques comme le calcium, la silice, l'alumine et le fer peuvent être utilisés comme matières premières dans le four.
La frontière entre les carburants alternatifs et les matières premières n'est pas toujours claire car certains matériaux ont à la fois une teneur minérale précieuse et un pouvoir calorifique récupérable.
Par exemple, les boues d'épuration brûlent pour produire des minéraux contenant des cendres qui sont bénéfiques dans la matrice de clinker malgré leur pouvoir calorifique faible mais significatif.
Impacts environnementaux de la production de ciment – FAQ
Quelle pollution les industries cimentières provoquent-elles ?
Quelle quantité de CO2 est produite par la production de ciment ?
Comment la production de ciment provoque-t-elle le changement climatique ?
Quels sont les impacts environnementaux du béton ?
Conclusion
D'après ce que nous avons vu dans cet article, nous savons que bien que la production de ciment soit un ingrédient nécessaire au développement de la société, elle est nocive pour notre environnement. Cela nécessite une évolution majeure du ciment vers d'autres alternatives durables et respectueuses de l'environnement à la construction de bâtiments.