Les idées visant à réduire les émissions de carbone tournent souvent autour des énergies renouvelables, des véhicules électriques et de l’efficacité énergétique. Mais il existe un autre élément, moins attrayant, souvent négligé : le ciment.

« Le ciment est rarement perçu par le grand public comme un facteur majeur du changement climatique, mais les émissions de CO₂ liées à sa production sont comparables à celles de l’ensemble des voitures particulières du monde », explique Jeff Prancevic , géologue à l’Université de Californie à Santa Barbara. Au total, ce secteur est responsable d’environ 4,4 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre.

Une étude menée par Prancevic et Cody Finke, de Brimstone Energy, Inc., propose une solution pour réduire l’empreinte carbone du ciment Portland, le type de ciment le plus utilisé. Produire du ciment à partir de roches silicatées riches en calcium, comme le basalte, au lieu du calcaire, permettrait de diminuer à la fois la consommation d’énergie et les émissions de dioxyde de carbone liées à sa production. Les chercheurs ont constaté que le ciment Portland à base de silicates pourrait nécessiter moins de 60 % de l’énergie utilisée pour la transformation du calcaire, tout en réduisant les émissions de dioxyde de carbone associées de plus de 80 %, ce qui améliorerait la rentabilité de la production de ciment.

Selon l’article , publié dans Communications Sustainability, cette transition est possible avec les technologies existantes et pourrait même fournir des matières premières pour la production d’acier et d’aluminium, améliorant potentiellement l’efficacité énergétique et matérielle de la production industrielle en général.

Meilleur, moins cher, plus propre

Le ciment Portland est utilisé dans la quasi-totalité des constructions modernes. Il lie le sable et les granulats qui entrent dans la composition du béton. Le calcium contenu dans le ciment provient actuellement du calcaire, car le procédé de raffinage est simple, bien qu’il soit très énergivore. « Or, le calcaire est composé à moitié de CO₂ _» , a déclaré Prancevic, « qui est rejeté dans l’atmosphère lors de la production de ciment. »

La méthode actuelle nécessite de chauffer le calcaire à plus de 1 500 °C pour produire la chaux vive (oxyde de calcium), ingrédient principal. Le carbone et l’oxygène libérés s’échappent sous forme de dioxyde de carbone — environ 500 kg par tonne de ciment produite, sans compter les émissions supplémentaires liées à l’énergie consommée par le procédé.

Prancevic, Finke et leurs collègues ont étudié la possibilité d’utiliser des roches silicatées riches en calcium, comme le basalte ou le gabbro, en remplacement du calcaire dans la production de ciment Portland. Ils ont d’abord évalué la disponibilité de ces roches en surface, à partir de cartes géologiques existantes, et ont constaté qu’il en existe des quantités suffisantes pour alimenter la production de ciment pendant plusieurs centaines de milliers d’années au rythme actuel. « Tout ce basalte n’est pas facilement accessible », a précisé Prancevic, « mais les chiffres indiquent que le calcium qu’il contient est pratiquement inépuisable. »

Les auteurs ont ensuite estimé les besoins énergétiques et les émissions de dioxyde de carbone liés à la fabrication de ciment à partir de roches silicatées. Ils ont constaté que le besoin énergétique minimal théorique est inférieur à 60 % de celui requis pour le traitement du calcaire. L’utilisation du gaz naturel comme source d’énergie permet de réduire les émissions minimales de dioxyde de carbone par tonne de ciment produite, passant de 609 kg à environ 50 kg, selon le type de roche utilisé. Ces données théoriques mettent en évidence l’immense potentiel du calcium issu de roches silicatées pour réduire à la fois l’intensité énergétique et les émissions associées à la production de ciment.

Enfin, les auteurs ont étudié comment utiliser des roches silicatées pour produire du ciment Portland grâce à des technologies empruntées à d’autres industries. Ils ont identifié un procédé viable et constaté que, même sans optimisation et avec une alimentation électrique standard, il permettrait de réduire les émissions de dioxyde de carbone de plus de 25 % par rapport au procédé standard actuel utilisant du calcaire.

Déplacer le titulaire

D’un côté, il est tout à fait logique d’extraire le calcium d’une roche pauvre en carbone. « Je suis surpris qu’il ait fallu autant de temps pour envisager cette solution », a déclaré Prancevic. D’un autre côté, purifier le calcium des minéraux silicatés représente un défi technique bien plus important que de le purifier du calcaire, qui en est riche. « Je suis donc assez surpris qu’il existe des procédés viables et économes en énergie à expérimenter. »

Les auteurs soulignent que les roches silicatées contiennent généralement divers métaux précieux qui pourraient être récupérés comme sous-produits lors de la production industrielle de ciment. En effet, le rapport calcium/fer dans le basalte correspond presque exactement à celui utilisé pour la production de ciment et d’acier ; il serait donc possible de produire ces matériaux à partir de la même roche sans excès de l’un ou de l’autre. Le basalte contient également environ 20 fois plus d’aluminium que nous n’en consommons actuellement, ce qui pourrait ouvrir de nouvelles perspectives, selon les chercheurs. Produire plusieurs produits à partir d’une même matière première permet de minimiser le gaspillage de matériaux et d’énergie, ce qui explique en grande partie pourquoi cette approche est bien plus efficace que l’utilisation du calcaire.

Malgré ses avantages, l’approvisionnement en ciment à base de silicates pourrait s’avérer difficile à imposer. Le ciment est bon marché (environ 150 dollars la tonne) et le procédé de fabrication du ciment Portland à partir de calcaire est optimisé depuis plus d’un siècle. « Le secteur de la construction repose entièrement sur le ciment Portland, de la conception à la mise en œuvre en passant par l’entretien », a déclaré Prancevic. « Même les modifications mineures des normes sont étudiées avec soin et leur adoption est lente. C’est précisément pourquoi nous nous sommes concentrés sur le développement d’une technologie permettant de produire le même ciment Portland que celui auquel les constructeurs sont habitués. »

Certes, des ciments alternatifs à faible empreinte carbone existent depuis des décennies, mais sans une incitation à la décarbonation, les entreprises pourraient ne pas juger le risque financier lié à leur développement justifié. Le fait que l’approche de l’équipe produise du ciment Portland lui permet de s’intégrer aux chaînes d’approvisionnement existantes, mais elle devra démontrer des économies substantielles pour déloger les méthodes de production bien ancrées dans l’industrie.

Les co-auteurs de Prancevic chez Brimstone Energy travaillent à la commercialisation de cette solution, et le champ d’expérimentation est vaste. Par exemple, des recherches supplémentaires pourraient améliorer l’efficacité du procédé et le raffinage des sous-produits valorisables. « Cet article est un véritable appel à la recherche pour qu’elle expérimente de nouvelles technologies afin d’accélérer la décarbonation du ciment », a déclaré Prancevic, « car il est possible de résoudre un problème climatique aussi important que celui des voitures simplement en utilisant du calcium provenant d’une autre roche. »

https://news.ucsb.edu/2026/022568/basalt-could-be-key-greener-and-cheaper-cement