Comment optimiser l’utilisation des bétons bas carbone en construction

Le béton bas carbone représente une alternative écologique au béton conventionnel, permettant de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre dans le secteur de la construction. Cette innovation répond aux défis environnementaux actuels, alors que les ciments traditionnels contribuent à 6,5% des émissions mondiales de CO2. Découvrez comment optimiser son utilisation pour des projets de construction plus durables.

Comprendre le béton bas carbone et ses enjeux

Le béton bas carbone est un béton qui, pour des propriétés, performances et durabilité équivalentes à un béton traditionnel, génère moins d'émissions de CO2. L'impact principal du béton traditionnel provient du ciment, notamment de la cuisson du clinker à 1450°C (40% des émissions) et de la décarbonatation du calcaire (60% des émissions). La fabrication du ciment émet 2,3 milliards de tonnes de CO2 par an, soit 6,5% des émissions mondiales. En France, le béton représente 2,4% des émissions nationales de gaz à effet de serre, faisant du secteur le troisième plus polluant après la sidérurgie. Pour réduire l'empreinte carbone du béton, plusieurs méthodes sont utilisées: - Utilisation de ciments à plus faible teneur en clinker (CEM II/C-M, CEM VI) - Incorporation de matériaux alternatifs comme les cendres volantes, laitiers de hauts fourneaux, calcaire, argile calcinée - Optimisation des processus de cuisson et utilisation de combustibles alternatifs - Réduction de la décarbonatation en diminuant la quantité de calcaire Les bétons bas carbone peuvent atteindre jusqu'à 70% de réduction d'empreinte carbone par rapport aux bétons traditionnels. Ils peuvent être mis en oeuvre de manière traditionnelle, mais nécessitent une attention particulière aux résistances au jeune âge et aux temps de prise. Des entreprises comme Lafarge proposent des gammes comme ECOPact, qui offrent des bétons bas carbone avec des performances équivalentes aux bétons traditionnels, utilisables pour diverses applications (fondations, voiles, dalles, poteaux/poutres, voiries). Bouygues Construction s'est fixé l'objectif de réduire de 40% les émissions de CO2 sur les ciments utilisés à l'horizon 2030. Le béton bas carbone représente une évolution majeure dans le secteur de la construction, répondant aux défis environnementaux actuels. Cette innovation vise à maintenir toutes les qualités techniques du béton traditionnel tout en diminuant significativement son impact sur l'environnement.

Qu'est-ce que le béton bas carbone ?

Le béton bas carbone se définit comme un matériau de construction qui, pour des propriétés, performances et durabilité équivalentes à celles d'un béton traditionnel, génère une quantité moindre d'émissions de dioxyde de carbone (CO2). Cette définition est fondamentale : il ne s'agit pas d'un matériau aux performances réduites, mais bien d'un béton aux caractéristiques techniques identiques avec une empreinte environnementale réduite. La différence majeure réside dans sa composition et son processus de fabrication, spécifiquement conçus pour diminuer les émissions de gaz à effet de serre. Les bétons bas carbone peuvent intégrer des ciments à plus faible teneur en clinker ou incorporer des matériaux alternatifs qui remplacent partiellement le ciment Portland traditionnel.

L'impact environnemental du béton traditionnel

Le béton conventionnel présente une empreinte carbone considérable, principalement due à son composant essentiel : le ciment. La fabrication du ciment génère d'importantes émissions de CO2 provenant de deux sources principales :

• La cuisson du clinker à 1450°C, responsable d'environ 40% des émissions
• La décarbonatation du calcaire lors de la cuisson, responsable d'environ 60% des émissions

À l'échelle mondiale, la seule fabrication du ciment émet 2,3 milliards de tonnes de CO2 par an, ce qui représente 6,5% des émissions globales de CO2. En France, le béton constitue le troisième secteur industriel le plus polluant après la sidérurgie, représentant 2,4% des émissions nationales de gaz à effet de serre.

Les bénéfices environnementaux des bétons bas carbone

Les avancées dans la formulation des bétons bas carbone permettent aujourd'hui d'atteindre des réductions d'empreinte carbone substantielles. Selon les formulations utilisées, ces bétons peuvent réduire les émissions de CO2 jusqu'à 70% par rapport aux bétons traditionnels utilisant du ciment Portland (CEM I). Cette réduction s'obtient principalement par la substitution partielle du clinker par des additions minérales. Ces matériaux alternatifs, comme les cendres volantes issues des centrales thermiques ou les laitiers de hauts fourneaux provenant de la sidérurgie, permettent de valoriser des sous-produits industriels tout en diminuant l'empreinte carbone du béton.

Objectifs de réduction à l'échelle industrielle

Les acteurs majeurs de la construction s'engagent progressivement dans cette transition. Par exemple, Bouygues Construction s'est fixé l'objectif ambitieux de réduire de 40% les émissions de CO2 sur les ciments utilisés par le groupe à l'horizon 2030. Ces engagements démontrent la prise de conscience du secteur face aux enjeux climatiques et la volonté d'agir concrètement pour réduire son impact environnemental. La normalisation récente (mai 2021) des ciments ternaires CEM II/C-M et CEM VI, qui associent au clinker plusieurs composés secondaires, offre de nouvelles solutions pour la composition des bétons bas carbone, facilitant leur adoption à grande échelle dans le secteur de la construction en France.

Les méthodes de production des bétons bas carbone

La production de bétons bas carbone représente une innovation majeure pour l'industrie de la construction, permettant de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre. Ces méthodes de fabrication alternatives visent à diminuer l'empreinte environnementale du béton tout en conservant ses propriétés mécaniques et sa durabilité. Examinons les principales techniques utilisées aujourd'hui pour produire ces bétons plus écologiques.

Réduction de la teneur en clinker dans les ciments

La diminution de la proportion de clinker dans le ciment constitue l'une des principales méthodes pour obtenir des bétons bas carbone. Le clinker, produit par cuisson à 1450°C, est responsable d'environ 60% des émissions de CO2 lors de la fabrication du ciment traditionnel. Les cimentiers proposent désormais une gamme étendue de ciments à empreinte carbone réduite. Parmi eux, les ciments ternaires (CEM II/C-M et CEM VI), normalisés en mai 2021, associent au clinker plusieurs composés secondaires. Ces formulations permettent d'atteindre des réductions d'empreinte carbone allant jusqu'à 60% par rapport aux bétons traditionnels.

Combustibles alternatifs pour la cuisson

Les émissions liées à la cuisson du clinker peuvent être réduites grâce à l'utilisation de combustibles de substitution. Ces combustibles alternatifs sont des déchets qui, n'ayant pu être recyclés, sont valorisés énergétiquement. En 2021, ils représentaient 44% des apports énergétiques dans l'industrie cimentière française. Le Syndicat Français de l'Industrie Cimentière (SFIC) a fixé l'objectif ambitieux d'atteindre 80% en 2030.

Incorporation de matériaux alternatifs

L'utilisation de matériaux de substitution permet de réduire la quantité de calcaire sujette à décarbonatation lors de la fabrication du ciment. Les principaux matériaux employés sont :

• Les cendres volantes issues des centrales thermiques
• Les laitiers de hauts fourneaux provenant de la sidérurgie
• Les argiles calcinées
• Les métakaolins
• Le calcaire finement broyé

Ces matériaux peuvent être intégrés soit directement dans la composition du ciment en usine, soit ajoutés en centrale à béton comme additions minérales en substitution partielle du ciment.

Le cas des laitiers et cendres volantes

L'utilisation des laitiers et cendres volantes fait l'objet de débats. Utilisés depuis des décennies, ils ne sont plus considérés comme des déchets mais comme des coproduits. Cependant, leur disponibilité est limitée, ce qui restreint leur potentiel de développement à grande échelle.

Technologies innovantes sans clinker

Des solutions de rupture sont développées pour produire des ciments sans clinker. Hoffmann Green Cement Technologies a mis au point trois types de ciments décarbonés (H-UKR, H-IONA, H-EVA) permettant de réduire l'empreinte carbone jusqu'à 80%. Ces procédés innovants utilisent des réactions chimiques à froid entre différents matériaux activés, évitant ainsi la phase de cuisson à haute température. Les matières premières employées sont principalement des coproduits industriels : argile métakaolin, gypse, laitiers de hauts-fourneaux et métasilicate de sodium.

Applications industrielles

Les ciments Hoffmann Green sont particulièrement adaptés pour les bétons d'ingénierie (autoplaçants, fondations spéciales, chapes) et la préfabrication. Leur bilan carbone est divisé par cinq par rapport aux ciments traditionnels.

Mise en oeuvre des bétons bas carbone

La mise en oeuvre des bétons bas carbone peut généralement se faire de manière traditionnelle. Toutefois, elle nécessite une attention particulière concernant certains paramètres :

• Les résistances au jeune âge
• Le temps de prise
• Les cinétiques de durcissement en fonction des conditions climatiques

Ces spécificités doivent être prises en compte lors de la planification des chantiers, notamment par temps chaud ou froid, pour garantir les performances attendues du matériau.

Réduction de l'impact environnemental du béton

Les émissions liées à la décarbonatation peuvent être réduites en diminuant la quantité de calcaire amenée à décarbonater et en utilisant des matériaux de substitution tels que les cendres volantes, issues des centrales à charbon, et les laitiers, issus de la sidérurgie. La prise en compte de l'impact environnemental des laitiers est sujette à controverse : utilisés depuis des décennies par les cimentiers, ils ne sont déjà plus considérés comme des déchets de la sidérurgie mais comme des coproduits. Aussi, les laitiers et les cendres volants constituent une source limitée de substitut. Suivant les formulations utilisées pour réaliser des bétons à plus faible empreinte, dits bétons « bas carbone », il est possible d'atteindre des réductions de l'empreinte carbone des bétons allant jusqu'à 60%. NB : Il est important de noter que la comparaison de l'empreinte carbone des différents bétons doit se faire à performances équivalentes et même durée d'utilisation pour un ouvrage comparable : par exemple sur l'unité fonctionnelle des FDES. Les bétons à plus faible empreinte, dits bétons « bas carbone », peuvent être formulés à l'aide de la gamme des ciments à empreinte carbone réduite. Ils sont composés de clinker et d'ajouts, comme le calcaire, l'argile calcinée, les pouzzolanes ou les laitiers de hauts fourneaux. Les bétons « bas carbone » peuvent également être formulés en centrale avec des additions en substitution partielle du ciment. Recourir aux bétons à plus faible empreinte, dits bétons « bas carbone », avec des ciments à plus faible empreinte carbone est une des solutions pour aider les maîtres d'ouvrage et les maîtres d'oeuvre à abaisser l'empreinte carbone des bâtiments, et des structures. Les émissions liées à la cuisson du clinker peuvent être diminuées par une meilleure efficacité des fours. Cependant la performance déjà atteinte par les usines en France rend la marge d'amélioration minime. Les émissions peuvent aussi être diminuées en utilisant des combustibles alternatifs, c'est-à-dire des déchets n'ayant pu faire l'objet d'un recyclage, afin de les valoriser énergétiquement. En 2021, les combustibles de substitution ont représenté 44% des apports énergétiques ; et les industriels représentés par le Syndicat Français de l'Industrie Cimentière (SFIC) se sont fixés l'objectif d'atteindre 80% en 2030. Des solutions de remplacement pour le ciment sont en cours d'élaboration pour utiliser moins de clinker et chauffer celui-ci à une température plus faible lors de la fabrication du cru. Les technologies en cours de développement utilisent principalement, en complément du clinker, l'argile calcinée, le calcaire et le gypse. 70% de réduction de l'empreinte carbone du béton grâce au remplacement du ciment par des additions minérales 40% de réduction des émissions de CO2 sur les ciments utilisés par le groupe Bouygues Construction à l'horizon 2030 La fabrication du ciment traditionnel est très polluante. Elle nécessite notamment beaucoup d'énergie pour produire le clinker, composant principal du ciment. Pour réduire son empreinte carbone de 80% à l'horizon 2050, l'industrie cimentière doit donc. HOFFMANN GREEN s'est engagé pleinement dans cette mission. Le ciment décarboné 0% clinker et à faible consommation énergétique est d'ores et déjà une réalité accessible. Nous avons en effet développé 3 typologies de ciments sans clinker (H-UKR, H-EVA, H-P2A), pour une diminution importante de rejet de CO2. L'enjeu primordial d'aujourd'hui est de réduire l'impact environnemental des constructions à venir. Le principal facteur d'émission de CO2 et de gaz à effet de serre (GES) lors de la fabrication du béton est la fabrication du ciment. Nos ciments permettent d'obtenir un béton bas carbone, grâce à l'absence de clinker, composant à 95% d'un ciment Portland classique (CEM I) et issu d'un processus hautement émissif (extraction en carrière, transport, cuisson à l'énergie fossile, broyage). L'emploi des ciments Hoffmann Green se révèle intéressant pour des bétons d'ingénierie (autoplaçants, fondations spéciales, chapes) et pour la préfabrication. Dans le cadre de cette transformation, KP1 mise sur trois axes d'innovation pour ses bétons : * Optimiser la consommation de matériaux grâce à des systèmes constructifs et à la technologie du béton précontraint. * Intégrer des ciments bas carbone pour réduire les émissions de CO₂. * Développer la mixité des matériaux, notamment en incorporant des solutions biosourcées. L'usine KP1 de Rots (Calvados) joue un rôle clé dans cette transition écologique. Elle bénéficie d'un investissement de 1,8 million d'euros pour moderniser ses équipements et intégrer des formulations de béton bas carbone. Depuis son extraction à son expédition sur les différents chantiers de construction et de travaux publics où il est utilisé, le processus de fabrication et d'acheminement du ciment traditionnel (principal composant du matériau béton) se révèle très lourd en termes d'impact carbone. L'exemple du ciment Portland (ou CEM1) est en ce sens significatif : c'est celui qu'on utilise le plus couramment pour la fabrication du béton armé ou du béton précontraint. Dans un premier temps, le ciment Portland est extrait des carrières de production à l'état de matière première, puis concassé, séché et broyé. Une première phase encore peu impactante sur le plan de l'empreinte carbone. Les cimentiers proposent une large gamme de ciments dont des ciments à basse empreinte carbone, avec une teneur en clinker réduite permettant la formulation des bétons « bas carbone ». En mai 2021, les ciments ternaires (à trois composants) ont été normalisés : les CEM II/C-M (M pour mélange) et les CEM VI. Ils associent au clinker un ou plusieurs composés secondaires et offrent de nouvelles solutions pour la composition des bétons et des bétons « bas carbone ». Pour lutter contre le réchauffement climatique et réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES), les industries du bâtiment et des travaux publics s'engagent peu à peu dans une mutation de leurs procédés et matériaux. L'enjeu est de taille : le béton est le deuxième matériau le plus utilisé dans le monde, derrière l'eau. Sa fabrication génère environ 7 % des émissions mondiales de GES. Cela s'explique notamment par le processus de fabrication du ciment, son composant principal, qui est très émetteur de CO2. Pour limiter l'impact environnemental du béton, les industriels développent plusieurs solutions, dont le béton bas carbone. Ce matériau innovant permet de réduire jusqu'à 60 % les émissions de CO2 par rapport à un béton standard, tout en conservant des performances techniques équivalentes.

Applications et performances des bétons bas carbone

Les bétons bas carbone peuvent être mis en œuvre de manière traditionnelle, néanmoins une attention particulière doit être portée aux résistances au jeune âge, à la , au temps de et aux cinétiques de en fonction des conditions climatiques (temps chaud, temps froid). Largement utilisées, les expressions béton « bas carbone », béton « très bas carbone » ou encore béton « ultra bas carbone » ne font pas à ce jour l'objet d'une définition officielle s'appuyant sur un normatif ou réglementaire. En mai 2021, les ciments ternaires (à trois composants) ont été normalisés : les CEM II/C-M (M pour mélange) et les CEM VI. La gamme des bétons bas carbone ECOPact peut être utilisée dans une multitude d'ouvrages aussi bien en fondations, que dans les voiles en passant par les dalles, les poteaux/poutres, les voiries ou encore les cheminements piétons ou la préfabrication. ECOPact peut être pompé. Que ce soit pour les logements individuels ou collectifs; pour les locaux de bureaux ou des sites industriels, les bétons bas carbone ECOPact contribuent à construire plus durable avec un impact carbone réduit, et à obtenir des certifications de constructions vertueuses à travers le monde. Les bétons à plus faible empreinte, dits bétons « bas carbone », peuvent être formulés à l'aide de la gamme des ciments à empreinte carbone réduite. Ils sont composés de et d'ajouts, comme le calcaire, l'argile calcinée, les ou les laitiers de hauts fourneaux. Les bétons « bas carbone » peuvent également être formulés en centrale avec des additions en substitution partielle du ciment. ECOPact est une gamme de bétons bas carbone qui peut réduire l'empreinte carbone des bâtiments, infrastructures et des habitations jusqu'à 70%. La gamme ECOPact est l'offre la plus large des bétons bas carbone pour une construction durable à faible impact carbone. La réduction carbone de la gamme ECOPact va de – 30 à – 70% par rapport à un béton standard (CEMI). ECOPact est la gamme de bétons bas carbone la plus large du marché. Elle permet jusqu'à 70 % de réduction de l'impact carbone par rapport à un béton courant sans que cela ne change les performances du béton. Suivant les formulations utilisées pour réaliser des bétons à plus faible empreinte, dits bétons « bas carbone », il est possible d'atteindre des réductions de l'empreinte carbone des bétons allant jusqu'à 60%. NB : Il est important de noter que la comparaison de l'empreinte carbone des différents bétons doit se faire à performances équivalentes et même durée d'utilisation pour un ouvrage comparable : par exemple sur l'unité fonctionnelle des FDES. Cependant, il est convenu que les bétons « bas carbone » correspondent à des bétons qui, pour des propriétés, des performances, des qualités d'usage et une durabilité équivalente à celles d'un béton de référence, génèrent des émissions de inférieures. Elle permet jusqu'à 70 % de réduction de l'impact carbone par rapport à un béton courant sans que cela ne change les performances du béton. La norme NF EN 206/CN définit les bétons à propriétés spécifiées (BPS) et les bétons à composition prescrite (BCP). Elle définit également les classes d'exposition des bétons, les classes de résistance, de consistance et de teneur en chlorures. La norme NF EN 206/CN est complétée par un ensemble de normes et de recommandations professionnelles qui définissent les exigences particulières pour certains types de bétons ou d'ouvrages. Les bétons bas carbone doivent répondre aux mêmes exigences normatives que les bétons traditionnels, notamment en termes de performances mécaniques, de durabilité et de mise en oeuvre. En France, la certification NF Béton Prêt à l'Emploi (BPE) garantit la conformité des bétons aux exigences normatives et réglementaires. Cette certification peut être obtenue pour les bétons bas carbone, sous réserve qu'ils respectent les exigences définies dans le référentiel de certification. Les bétons bas carbone peuvent être utilisés pour tous types d'ouvrages, qu'il s'agisse de bâtiments, d'ouvrages d'art ou d'aménagements urbains. Ils peuvent être mis en oeuvre de manière traditionnelle, par coulage in situ, ou utilisés pour la préfabrication d'éléments en usine. La préfabrication offre plusieurs avantages pour les bétons bas carbone, notamment une meilleure maîtrise des conditions de production et de cure, ce qui permet d'optimiser les performances du béton et de réduire les risques liés à la mise en œuvre. Les bétons bas carbone peuvent être utilisés pour la réalisation de fondations, de structures porteuses (poteaux, poutres, voiles, dalles), d'éléments de façade, de mobilier urbain, etc. Ils peuvent également être utilisés pour la réalisation de bétons architectoniques, de bétons autoplaçants, de bétons fibrés, etc. Les performances mécaniques des bétons bas carbone sont équivalentes à celles des bétons traditionnels, avec des résistances à la compression pouvant atteindre 60 MPa à 28 jours. La durabilité des bétons bas carbone est également équivalente à celle des bétons traditionnels, avec une bonne résistance aux agressions chimiques (carbonatation, attaques sulfatiques, etc.) et physiques (gel-dégel, abrasion, etc.).

Ce qu'il faut retenir des bétons bas carbone

L'avenir des bétons bas carbone s'annonce prometteur avec des avancées technologiques constantes. Les recherches actuelles se concentrent sur l'amélioration des performances et la réduction encore plus marquée de l'empreinte carbone. Les évolutions réglementaires devraient également favoriser leur adoption généralisée dans les années à venir. Cette mutation profonde du secteur du BTP offre une réponse concrète aux enjeux climatiques tout en maintenant la qualité et la durabilité des constructions. Le développement de nouvelles formulations et de process industriels innovants ouvre la voie à une construction véritablement durable.