La production et l’extraction des constituants du béton

Le béton est constitué majoritairement d’éléments naturels disponibles en grande quantité sur Terre. Les matières premières sont généralement locales et ne subissent que peu de transformations, excepté pour le ciment. Pour rappel, le béton se compose de granulats, du ciment, de l’eau et des adjuvants chimiques. La production et l’extraction des constituants du béton soulèvent alors des questionnements sur leurs impacts environnementaux.

Il est reproché aux industriels du béton de générer trop de pollution et de surexploiter leurs gisements. Ces derniers ont décidé de réagir en mettant en œuvre des stratégies en faveur du développement durable.

Les granulats, le travail des carrières

Les matières premières proviennent presque intégralement des carrières. Ces dernières sont soumises au respect du Code de l’environnement (livre V relatif aux installations classées pour la protection de l’environnement). Pierre et sables y sont exploités directement sur place. Selon la localisation, des matériaux aux caractéristiques différentes sont extraits : les roches meubles ou alluvionnaires et les roches massives. L’empreinte carbone ici est faible et se résume à l’usage d’engins de chantier et au transport des matériaux.

La roche massive

La roche massive est calcaire, son utilisation est essentielle pour la fabrication du ciment et du béton. L’extraction s’effectue par tir de mines après forage de la pierre et sécurisation du périmètre d’intervention. L’explosion s’effectue à distance selon des normes de sécurité strictes. Il existe également une autre méthode qui consiste à utiliser des pelles équipées d’une dent vibrante pour perforer la pierre. Les blocs obtenus sont transportés par un dumper (camion transporteur) vers le hall de concassage pour devenir des fragments de calcaire de 80 mm maximum.

L’argile

L’argile est une roche naturelle très tendre qui provient des roches sédimentaires argileuses. Celui-ci est présent de manière abondante. Son extraction se fait en surface à l’aide de pelleteuses et de camions transporteurs. Ces camions font des allers-retours en continu pour transporter l’argile vers le lieu de stockage de la carrière ou directement vers la cimenterie.

Le sable

Les roches meubles contiennent des graviers et du sable issus des dépôts marins ou d’anciens cours d’eau. Pour extraire les granulats d’alluvions, la carrière a recourt à des engins de terrassement (bulldozers) munis de pelles et de chargeuses. Il est ensuite séché et stocké dans des silos.

Avant d’être livrés à l’usine de fabrication du béton, les granulats sont calibrés et lavés pour correspondre aux exigences de la cimenterie.

La production du ciment

Le ciment se durcit au contact de l’eau. C’est grâce à lui que le béton obtient sa dureté. Il assure le rôle de liant. Pour des raisons pratiques, économiques et écologiques, la cimenterie récupère ses matières premières auprès de la carrière la plus proche de son lieu de fabrication. Les matériaux sont acheminés par camion transporteur, par train ou par cargo. Pour assurer la stabilité et l’homogénéité du ciment, celui-ci doit contenir du carbonate de calcium, de l’oxyde de fer, de l’alumine et de la silice. C’est pourquoi le ciment se produit à partir de fragments de roches calcaires et d’argile qui contiennent naturellement ces éléments chimiques. Le sable entre également dans la composition du ciment.

Le processus de fabrication du ciment

La fabrication du ciment est précise, tout est dosé et calculé. Elle comprend les étapes suivantes :

1. Livraison des fragments de calcaire par la carrière.
2. Stockage et mélange par superposition avec d’autres matériaux en couches horizontales puis verticales dans un hall de « pré-homogénéisation » jusqu’à obtention de la composition chimique souhaitée.
3. Ajustement du dosage, séchage et broyage des matériaux en poudre fine appelée « farine crue ».
4. Homogénéisation de la farine par brassage dans un silo afin d’assurer la régularité de la composition (chimique et physique).
5. Préchauffage de la farine dans un four à 800 °C.
6. Cuisson de la farine dans un four rotatif dont la température avoisine les 1 450 degrés. On obtient alors le clinker.
7. Refroidissement du clinker par soufflage d’air jusqu’à ce que la température descende à environ 100 °C. Le clinker devient des granules de quelques centimètres seulement.
8. Stockage du clinker dans un hall d’une capacité de plusieurs milliers de tonnes.
9. Broyage du clinker avec du gypse et éventuellement d’autres constituants secondaires (pouzzolanes, fillers calcaires, etc.). Un séparateur de particules tamise le tout pour obtenir la bonne granulométrie. La poudre ainsi obtenue est le ciment.

L’impact énergétique de la production et extraction des matériaux constituant le béton

Le ciment est le principal responsable du bilan carbone élevé du béton. Les fours rotatifs sont maintenus à une température de 1 450 °C, 7 jours sur 7 et 24 h/24, par l’intermédiaire d’une flamme à 2 000 °C et de briques réfractaires. Ces fours sont encore majoritairement alimentés en énergies fossiles et donc générateurs de gaz à effet de serre.

De plus, les ressources naturelles sont parfois surexploitées pour faire face à la demande croissante. C’est le cas du sable et de l’eau. Le sable a longtemps été considéré comme une ressource illimitée, mais se raréfie aujourd’hui. Les carrières sont contraintes de creuser toujours plus profondément ou de se fournir directement sur les plages ou les dunes. À cause de ce phénomène, plusieurs problèmes écologiques apparaissent :

• Le niveau de la nappe phréatique baisse.
• L’eau de mer contamine les nappes souterraines par le sel.
• La biodiversité est menacée.
• Les plages reculent progressivement, provoquant des inondations côtières et des affaissements de falaises. Certains navires de drague prélèvent de 4 000 à 400 000 m³ de sable au fond de la mer. Les particules fines générées créent une turbidité (eau trouble). En perturbant l’équilibre naturel des sédiments superficiels, l’érosion côtière est accélérée.
• Pour conférer au béton des propriétés spécifiques, des adjuvants chimiques sont ajoutés. 95 % des bétons ont des adjuvants. Par exemple, il est parfois nécessaire d’accélérer ou de ralentir la prise du béton, d’augmenter le niveau d’imperméabilisation pour éviter les phénomènes de remontées capillaires (humidité provenant du sol) ou encore d’injecter de l’air sous forme de microscopiques bulles d’air dans le béton pour lui conférer une résistance contre le gel ou le dégel. Cependant, le faible dosage (moins de 5 % du volume) n’a que peu d’impact sur le bilan carbone final.

Les solutions de développement durable apportées par les industriels

Conscients que leur activité est nuisible à l’environnement, les usines s’engagent de plus en plus vers des politiques en faveur du développement durable afin de minimiser les impacts liés à la production et extraction du béton. C’est ainsi que les carrières redonnent une seconde vie à leur lieu d’exploitation après avoir exploité les gisements. Par exemple, ils réaménagent l’espace en plan d’eau pour favoriser la biodiversité ou encore, ils le remettent en état agricole pour qu’un agriculteur puisse y travailler.

Les usines de fabrication du ciment ont également élaboré diverses stratégies visant à réduire leur production d’énergie et la consommation de ressources.

En voici quelques exemples :

• La création d’un ciment à faible teneur en carbone et qui réduit de 10 % les émissions de CO₂ (ciment de Portland) ou par l’intermédiaire d’ajouts cimentaires (ciments composés) pour se substituer au clinker.
• L’investissement dans des technologies de pointe pour améliorer l’efficacité énergétique de la fabrication ou dans des innovations transformatrices pour concevoir un béton qui capterait naturellement le carbone (puits de carbone) ;
• la réduction de l’usage des énergies fossiles (pétrole, charbon, etc.) par des combustibles moins polluants, à partir de matériaux recyclés, de déchets agricoles ou par la biomasse.