Matériaux de construction (gypse et CaCO 3 )

Le secteur du bâtiment utilise du gypse et du carbonate de calcium pour la fabrication des matériaux de construction. Ces deux produits proviennent de gisements naturels mais certains procédés industriels en produisent de grandes quantités.

5.2.3.1. Gypse

Le sulfate de calcium, ou gypse (CaSO4), est naturellement présent dans les roches sédimentaires ou synthétisé industriellement. Le gypse synthétique est un sous-produit issu de diverses industries comme la désulfuration des gaz de combustion des centrales thermiques ou encore les industries des engrais phosphatés. Il pose principalement des problèmes de pureté et d’humidité [202]. Le Tableau 40 décrit les différents gypses générés par l’activité industrielle.

Tableau 40 : Présentation des différents types de gypses [15]

Type de gypse Origine Caractéristiques

Phosphogypse Fabrication d’acide phosphorique Forme pulvérulente + agrégats Granulométrie d’un sable humide très fin Sulfogypse Désulfuration des gaz de

combustion

Cendres calciques et sulfo-calciques Inerte et non dangereux Matériau fin de faible densité

Titanogypse Fabrication de dioxyde de titane

Matériau léger ocre Granulométrie d’un sable très fin

Homogène Teneur en eau 22%

Faible perméabilité Fluogypse Fabrication d’acide fluorhydrique

Borogypse Fabrication d’acide borique

Les principales voies de réutilisation du gypse sont présentées ci-après pour la fabrication de ciment et de plâtre et en valorisation comme remblais.

Ciment

Les cimenteries valorisent différentes catégories de déchets pour la production d’énergie ou de matière.

Pour la fabrication du ciment, les matières broyées sont chauffées à haute température (1 450°C). Les matières sont sélectionnées pour leur composition en calcaire, silice, alumine et oxyde de fer. Elles sont ensuite mélangées à du gypse pour fabriquer le ciment [204, 205].

Certaines matières peuvent être valorisées dans le cru (alumium, silice, fer, chaux, terres polluées) ou dans le clinker (laitiers de hauts fourneaux, cendres de centrales thermiques, gypse synthétique).

Concernant le gypse synthétique, il s’agit du sulfogypse, du fluogypse et du phosphogypse (après déphosphoration). Il peut être utilisé en remplacement de la matière première jusqu’à 75% [15, 206].

Par exemple, la cimenterie Lafarge de Laval est autorisée, selon l’arrêté préfectoral du 23 juin 2015, à utiliser du sulfogypse de 2^e génération dans son clinker. L’arrêté précise que la cimenterie peut valoriser jusqu’à 75 000 t/an de déchets dans le cru et 250 000 t/an dans le clinker [207].

Les critères d’admission du gypse en cimenterie sont les suivants [208] : - SO3 > 35%

- Taux d’humidité libre < 25%

- Granulométrie < 50 mm

- Absence totale de corps étrangers - Hg < 10 mg/kg

- Hg + Cd + Ti < 100 mg/kg

- As + Ni + Co + Se + Te + Cr + Pb + Sb + Sn + V < 10 000 mg/kg - Chrome < 100 mg/kg

- Zinc < 0,5%

Plâtre

Pour fabriquer du plâtre, le gypse de synthèse peut être cuit à différentes températures pour être déshydraté et former de nouveaux produits qu’il faudra mélanger pour obtenir du plâtre [15] :

- 150°C  Hémihydrate de calcium (CaSO4, ½ H2O), - 290°C  Anhydrite (CaSO4),

- 700°C  Anhydrite peu réactive à l’eau.

Il est possible de fabriquer des panneaux de contreplaqués, des plaques et des carreaux de plâtre avec ces matières. Les gypses utilisés sont le désulfogypse, le fluorogypse, le borogypse et le titanogypse pour les panneaux, le désulfogypse pour les plaques et le phosphogypse pour les carreaux [15].

Les principales contraintes d’acceptation des gypses synthétiques sont la présence d’impuretés, la couleur et l’odeur. Le phosphogypse, par exemple, nécessite un prétraitement pour retirer les impuretés (filtration, cyclonage, flottation, neutralisation) et le sécher ce qui augmente son coût d’utilisation.

Certains pays arrivent à le valoriser dans l’industrie du plâtre (Japon et Belgique) mais cette solution n’est pas rentable dans les autres pays [202]. Sa valorisation dans ce domaine a donc été abandonnée au fil des années.

Le plâtre présent sur le marché est toujours blanc ce qui ajoute une contrainte pour des plâtres issus de la transformation de gypses colorés. De plus, si le plâtre est destiné à une utilisation dans un espace clos, il ne doit pas avoir d’odeur. Il faudra donc procéder à un blanchiment et à une désodorisation [209, 15].

Le désulfogypse est produit par les systèmes de désulfuration des fumées dans les centrales thermiques. Il est valorisé en plâtrerie dans certains pays d’Europe mais, de par la forte présence des centrales nucléaires, ce marché existe moins en France [209].

Remblais

Le gypse est classé par la norme NF P 11-300 en tant que matériau rocheux de type R51 (roche saline peu soluble dans l’eau). Son usage est similaire aux roches R2 (calcaires rocheux) et R3 (marnes, schistes, argiles) mais il faut prendre en compte leur caractère soluble. Les roches R52, plus solubles que les R51, ne sont pas utilisables en remblais. Il faut noter que ces roches ne sont pas valorisables en couche de forme, toujours à cause de la solubilité [210].

Le titanogypse généré par la neutralisation d’acide sulfurique pendant la production de dioxyde de titane peut être valorisé en remblais. Par exemple, les effluents acides de l’usine Cristal (anciennement Millenium Inorganics Chemicals) de Thann sont traités par Veolia Eau via une neutralisation à la chaux.

Deux types de gypse sont ainsi formés :

- le gypse blanc valorisé dans une usine de fabrication du plâtre,

- le gypse rouge qui sert de matériaux de couverture directement sur le site pour limiter la percolation des eaux de pluies à travers les dépôts historiques du site. C’est ce gypse qui donne la couleur caractéristique des lieux. Les opérations de couverture sont prévues pour durer jusqu’en 2035 [211].

Une tonne de TiO2 produit génère 2,4 tonnes de titanogypse, ce qui montre l’importance du gisement potentiellement valorisable. Pour cela, plusieurs contrôles sont nécessaires et en particulier :

- la teneur en eau et la granulométrie, - l’analyse chimique et le test de lixiviation, - le test d’écotoxicité [212, 15].

En parallèle de la production de gypse, la neutralisation des rejets acides de l’usine Cristal, produit également du gaz carbonique que l’entreprise valorise à l’usine PPC voisine, grande consommatrice de ce gaz. Les montants investis depuis 2000 pour la remédiation de l’Ochsenfeld (plaine alsacienne) et la valorisation du gypse s’élèvent à 40 millions d’euros, hors coûts d’exploitation [211].

Le phosphogypse n’est pas adapté à la valorisation en remblais routier. Des essais ont démontré des phénomènes de tassement, fissuration, fragmentation des grains, etc. Il est tout de même utilisable en tant que remblais pour les talus grâce à sa stabilité et son absence d’érosion [15].

De même, le sulfogypse ne peut pas être valorisé en remblais routier (stabilisation des sols pour sous-bassements de routes) en raison du coût de transport et de mise en œuvre élevé. Néanmoins le sulfogypse peut être réutilisé en remblai pour combler les carrières. Par exemple, la carrière de Dugny (55) est composée de 3 bassins de stockage de sulfogypse. Les deux premiers d’une capacité de 190 000 et 460 000 m³ sont déjà complets et le troisième bassin (1 500 000 m³) est toujours en cours d’exploitation [15, 213].

5.2.3.2. Carbonate de calcium

Du carbonate de calcium est produit lors de l’adoucissement des eaux potables.

Suez a, par exemple, développé le réacteur Gyrazur. Cette technologie est un lit fluidisé qui permet de décarbonater les eaux avec une forte dureté calcique. L’appareil est constitué de 3 cylindres (Figure 54):

- Chambre de mélange  Mélange des supports de cristallisation, de l’eau brute et de la chaux,

- Zone de réaction  Lieu de précipitation du carbonate de calcium et de décantation des supports de cristallisation,

- Zone de séparation  Collecte et évacuation de l’eau traitée.

Figure 54 : Schéma du procédé Gyrazur [214]

Les supports de cristallisation sont des grains de sable dont la granulométrie est comprise entre 0,2 et 0,4 mm. Les débits de traitement peuvent être compris entre 50 et 2000 m³/h. Un apport régulier de sable doit être assuré afin de compenser les grains de sables précipités et évacués. Ces derniers peuvent être valorisés en remblais routier ou dans certaines industries. Par exemple, ceux produits dans l’usine de potabilisation de Chenchin Lake (Taïwan) sont recyclés dans l’industrie sidérurgique à hauteur de 34 tonnes par jour [215, 18].

Véolia a également développé son procédé, Actina^TM, qui fonctionne sur le même principe que Gyrazur.

De la soude ou de la chaux sont injectées à la base du réacteur dans un lit de sable. Ce sable fait office de germe de cristallisation et la précipitation du carbonate de calcium a lieu à sa surface. Les billes de carbonate de calcium formées (Photo 9) sont ensuite égouttées dans des bennes filtrantes ou des silos adaptés puis valorisées en remblais routier, sous-couche de tranchées de canalisations ou cimenterie [216].

Photo 8 : Billes de carbonate de calcium obtenu avec Actina™ [216]

Le carbonate de calcium est également produit par le procédé de décarbonatation électrique. L’eau passe dans une cuve d’électrolyse où le CaCO3 se cristallise et se dépose au fond de la cuve. La poudre blanche obtenue est récupérée et valorisée en coproduit de remblais routier [215].