Livre étudiant – Habitat et chauffage

Les émissions liées à la construction en béton (25 min)

Au total, le ciment (constituant essentiel du béton) est à lui seul est responsable de 7% des émissions mondiales de CO₂ par an. En France, il représente plus de la moitié des parts de marché sur les maisons individuelles et plus de 75% sur les constructions d’habitat collectif. C’est un matériau dont la construction est très intensive en CO₂ et vous allez chercher à comprendre pourquoi.

Le constituant principal du ciment est l’oxyde de calcium (CaO), qui est formé à 1450°C à partir du carbonate de calcium (CaCO₃), composant principal du calcaire. La haute température conduit à la dissociation du carbonate de calcium, qui se décompose en CaO et CO₂ : c’est la décarbonatation (voir plus bas).

Une première part des émissions de CO₂ provient donc de cette décarbonatation et une seconde part provient des émissions induites par la production d’énergie nécessaire pour atteindre 1450°C dans un four. Vous allez au cours de cet exercice essayer d’estimer ces deux types d’émissions et leurs parts respectives dans l’empreinte totale du ciment.

CaCO₃ → CaO + CO₂

Le CaCO₃ est chauffé à 1450°C dans un four à clinker. On prendra pour valeur typique une consommation d’énergie de 4 MJ/kg clinker (Source : Consommation énergétique moyenne des procédés cimentiers, page 3 dans l'Extrait du rapport « Le diagnostic énergétique d’une cimenterie », Institut de l’Energie et de l’Environnement de la Francophonie montre que cette valeur est du bon ordre de grandeur). En supposant que l’énergie pour chauffer le four est issue de la combustion de gaz naturel (méthane : CH₄) calculez les émissions de CO₂ reliées à la fabrication d’1 kg de clinker. En déduire, pour 1 kg de ciment, la quantité d’émissions de CO₂ liées au chauffage du clinker.

Données :le pouvoir calorifique inférieur ¹ (PCI) du méthane est de 50,1 MJ/kg. La masse molaire du méthane est de 16 g/mol.

La différence entre votre estimation et la base de données de l’ADEME peut avoir plusieurs origines :

• les valeurs exactes choisies (voir source : Consommation énergétique moyenne des procédés cimentiers, page 3 dans l'Extrait du rapport « Le diagnostic énergétique d’une cimenterie », Institut de l’Energie et de l’Environnement de la Francophonie..). Il faudrait connaître la répartition des différents procédés de fabrication pour être plus précis.
• le fait que vous n’avez pas tout compté : il y a les émissions liées à l’extraction des matières premières, et également les émissions dues à l’électricité alimentant des broyeurs. La consommation électrique est de l’ordre de 120 kWh par tonne de ciment (voir Source : Consommation énergétique moyenne des procédés cimentiers, page 3 dans l'Extrait du rapport « Le diagnostic énergétique d’une cimenterie », Institut de l’Energie et de l’Environnement de la Francophonie.), et conduit donc à des émissions variables, en fonction du facteur d’émission de l’électricité du pays où le ciment est fabriqué.

  Si on prend les facteurs d’émissions du mix européen (317 g CO₂ / kWh) ou du Maroc (756 g CO₂/kWh), gros fabricant de ciment, cela conduit à une contribution aux émissions totales de 0,04 kCO₂ / kg ciment (Europe) ou 0,09 kCO₂ / kg ciment (Maroc). La consommation électrique toute seule n’est pas suffisante pour expliquer la différence.