Financé dans le cadre du programme Interreg Grand Région (FERDER), le projet CO2REDRES vise à au traitement de ressources secondaires pour une réduction des émissions de CO2 dans l'industrie de la construction. l'Université de Liège et plus particulièrement des chercheurs de l'Unité de recherches Urban and Environmental Engineering (Faculté des Sciences appliquées) prenent part à ce projet.

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Afin de développer des processus plus durables, l’industrie du ciment et du béton est confrontée à un double défi : d’une part, réduire les émissions de gaz à effet de serre et, d’autre part, réduire la quantité de déchets mis en décharge.

 

Le projet CO2REDRES vise à rencontrer ces deux objectifs : le plus important est la réduction du CO2 pour atténuer le changement climatique. La production de ciment Portland ordinaire est responsable d'environ 8 % des émissions mondiales de CO2. En outre, le projet se concentre sur le manque de ressources naturelles à l'avenir et sur la grande quantité de déchets actuellement produits. Dans un avenir proche, il y aura une pénurie de cendres volantes et de laitier de haut fourneau. L'objectif global est de réduire les émissions de CO2 de l'industrie cimentière en remplaçant le ciment Portland par une option écologique produite localement. A cette fin, les déchets et sous-produits des carrières locales sont utilisés et valorisés.

Dans le but de renforcer les coopérations transfrontalières dans le domaine de la R&D en vue de faire de leur territoire un espace d’excellence, quatre Etats-membres de l’Union européenne - le Luxembourg, la France, l’Allemagne et la Belgique (Grande Région) ont mis en place un projet dénommé CO2REDRES. 

CO2REDRES est un projet qui a pour but de démontrer la faisabilité de la production d’additions minérales ayant des propriétés hydrauliques/pouzzolaniques à partir du traitement thermique de ressources secondaires issues de la Grande Région en proposant:

  • Une voie nouvelle pour la réduction du taux de clinker et de la production de CO2 dans le ciment et le béton, en y incorporant des additions liantes produites localement et peu émettrices de CO2, notamment à partir d’argiles résiduelles, de boues et de fines de déchets de construction et de démolition;
  • Une alternative aux laitiers granulés ou cendres volantes en voie de disparition, suite aux mutations industrielles dans la Grande Région;
  • Des solutions pour réduire le stockage ou l’enfouissement de sous-produits industriels ou de déchets présentant un potentiel technique et économique intéressant. 

Les ressources minérales utilisés dans ce projet sont majoritairement de natures siliceuses, argileuses, calcaires ou dolomitiques, et se présentent selon une grande variété de typologies (boues, sables, roches, gravillons, etc.). Ces ressources proviennent des 14 partenaires industrielles impliqués dans le projet.

Chaque pays a un rôle à jouer dans le projet. L'Université de Trèves en Allemagne, se charge de l'identification de sous-produits ou coproduits industriels non valorisés dans la Grande Région, potentiellement capables de donner, après traitement, de nouveaux ajouts réactifs utilisables dans le ciment et le béton.

L'université du Luxembourg, qui possède une expertise dans le traitement des sous-produits, prend en charge le processus de traitement applicable à chaque type de matériau sélectionné.

L'université de Lorraine en France est chargée d'évaluer les propriétés des nouveaux ajouts pour le ciment et le béton. Une évaluation des propriétés hydrauliques et donc la réactivité de ces matériaux argileux est réalisée sur la base d'une série d'essais. 

Enfin, l'université de Liège en Belgique, prend en charge la réalisation de l’étude sur l'analyse du cycle de vie (ACV). L'ACV permet d’étudier l'impact environnemental des solutions proposées.

Bien que l’intérêt scientifique et industriel du projet n’est plus à prouver, puisqu’il s’agit de trouver des additions qui, localement, prennent le relais des laitiers granulés de hauts-fourneaux en voie de disparition. Il faut également vérifier que l’impact environnemental des solutions proposées ne soit pas plus important que celui des additions conventionnelles. Cette logique s’inscrit dans un souci de quantification des impacts environnementaux même s’il est déjà connu que la calcination des argiles génère nettement moins de CO2 que la cuisson du cru cimentier riche en carbonate de calcium.

L’évaluation environnementale a pour but de quantifier les impacts des différentes productions mises au point lors du projet, en termes de quantités de CO2. Cette quantification permettra de comparer les produits élaborés avec les produits conventionnels (clinker et ciment au laitier). L’impact de l’élaboration des produits sur l'environnement sera évalué via une large gamme d’indicateurs environnementaux comprennent le réchauffement climatique mais aussi l’épuisement des ressources, l’eutrophisation, etc.). Ceux-ci sont quantifiés au moyen de la méthodologie de l'analyse de cycle de vie (ACV). On rejoint ici la démarche habituellement mise en œuvre pour établir les fiches de déclaration environnementale et sanitaires (FDES) d’un nouveau produit. Cette étude permet donc de vérifier le volet environnemental des solutions développées par le projet. Les ACV sont basées sur des études quantitatives et scientifique respectant les normes internationales ISO 14040 à ISO 14049. L’unité fonctionnelle, commune à tous les produits sélectionnés, définit dans l’étude préliminaire des impacts environnementaux est la production d’un kg de mortier sec. Tous les impacts environnementaux sont donc rapportés à cette production (extractions de ressources, énergies consommées, émissions de gaz à effet de serre, etc.). Le cadre de cette étude comprend la production de l’ensemble des matières premières utilisées, les consommations énergétique (électrique et combustibles), l’emballage du mortier sec ainsi que le transport des matières première.

Les données utilisées en ACV se base sur le traitement des argiles calcinées développé par l’université du Luxembourg. Les paramètres de séchage (température, durée d’exposition) et de broyage (intensité et qualité) ont ainsi été défini en accord avec ce traitement. Les essais de traitement thermiques suivis de caractérisation ont permis de définir la température et la durée optimale du traitement en regard avec les propriétés chimiques et minéralogiques des matériaux. L’ACV est donc utilisé dans le cadre du projet CO2REDRES en tant qu’outil d’évaluation et d’améliorations des performances environnementales (éco-conception).

L’ACV préliminaires montrent des résultats encourageants selon lesquels les mortiers secs comprenant un taux de substitution de 20% des argiles calcinées seraient responsables d’impacts environnementaux inférieures aux mortiers conventionnels. Cette diminution s’explique par le fait que la consommation de clinker est réduite. En effet, il a été montré lors de l’étude des impacts environnementaux de la production conventionnelle de mortier sec que le clinker est responsable de la majeure partie des impacts environnementaux liés à cette production. Ceci s’explique principalement par le processus de décarbonatations nécessaire à la production du clinker. De fait, la décarbonatation est responsable d’importantes émissions de gaz à effet de serre et nécessite une grande consommation de combustible.

La recherche présentée a le potentiel de réduire les émissions de gaz à effet de serre et d'aider à conserver les ressources naturelles non renouvelables, mais aussi à réduire la quantité de déchets mis en décharge, ce qui présente des avantages pour l'industrie du ciment et du béton. 

La production de nouvelles additions minérales à partir de sous-produits industriels tel que développée par le projet présente trois avantages principaux. Premièrement, cette production permettrait de réduire l’utilisation du clinker et ainsi de réduire l’impact environnementale de la production de mortier. Le deuxième avantage de ces nouvelles additions est de prendre le relais sur les matériaux cimentaires utilisés dans la Grande Régions dont les stocks s’épuisent (laitiers de haut fourneaux et cendres volantes). Enfin le troisième avantage est de réduire la quantité de déchets industriels mis en décharge en leur trouvant une voie de valorisation économiquement avantageuse. 

Les ACV associées à ce projet pourront servir, par exemple aux décideurs de la Grande Région, lorsqu’ils devront choisir de nouvelles stratégies ou soutenir de nouvelles technologies ou de nouveaux produits, pour fixer une politique régionale de gestion des déchets, etc. Les opérateurs méthodologiques et les entreprises impliquées dans le projet pourront aussi utiliser les résultats de cette ACV pour optimiser leurs processus actuels et prendre les indicateurs avancés comme arguments de transition vers de nouvelles technologies.

Consulter le site du projet

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Person in charge: Prof. Luc Courard

Main researcher: Dr. Ir. Moussa KA

Financing : total budget of the project is 1 246 590 €. The project is funded by INTERREG

Grande Region program (European Union).

Partners: Université de Luxembourg (project leader), Universität Trier, Université de Lorraine

Duration: 2.5 years (starting July 2020)

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