Prise en compte de l’impact environnemental et du prix de revient

Jusqu’à présent, les seules considérations normatives vis-à-vis de la formulation des matériaux étaient prises en compte dans nos dicussions. Or à l’échelle industrielle, deux aspects sont tout aussi importants à prendre en compte. Il s’agit de :

 l’empreinte écologique du matèriau dans son environnement que l’on traitera au travers du calcul d’émission de CO₂,

 l’aspect économique au travers du prix de revient de ces bétons de nouvelle génération.

III.4.1

Le ciment est la principale source des impacts environnementaux du matériau béton

[Collins, 2010]. Dans ce contexte, la réduction des émissions de gaz à effet de serre et

principalement du CO₂ constitue un des objectifs principaux de notre étude. Afin de réduire l’empreinte carbone, il est possible de remplacer une partie du ciment par certaines additions minérales [Cassagnabére, 2007 ; Younsi, 2011].

Le Tableau III. 9 présente un estimatif des émissions de CO2, et du coût carbone de la livraison entre l’usine de fabrication des constituants de base et un chantier sur le territoire français. Ces chiffres sont issus de données disponibles dans la littérature concernant les matériaux cimentaires.

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Constituants des bétons Émissions dues à la phase de Production [kgCO2/tonne]

Transport par camion [gCO2/tonne.km] CEM I 52,5 R 914* [entre 79 et 500] **** (fret > 20 tonnes) (fret ˂ 10 tonnes) Métakaolin 96* Laitier de haut-fourneau 143** Cendres volantes 27** Filler calcaire 10*** Granulats 10**

* _{d'après les données de : [San Nicolas, 2011]} ** _{d'après les données de : [Younsi, 2011]}

*** _{d'après les données du producteur [Carmeuse, 2015]}

**** _{d'après les données de : [RAC-F, 2007 ; Morcheoine, 2006 ; Anon, 2009]}

Tableau III. 9 : Quantités de CO2 dégagé pour les matériaux de base de l’étude.

Les émissions de CO2 engendrées pendant la phase de production du ciment CEM I 52,5R proviennent pour environ 30% des combustibles brûlés pour la cuisson et environ 70% de la décarbonatation du calcaire qui intervient lors de la transformation des matières premières du clinker en ses phases constitutives [Ollivier et Vichot, 2008].

Les émissions de CO2 engendrées pendant la phase de production des cendres volantes proviennent de la récupération, du broyage, du séchage et du transport de la centrale thermique vers le site de traitement [Flower et Sanjayan, 2007].

Les émissions de CO2 engendrées pendant la phase de production du laitier de haut-fourneau proviennent pour environ 45% du broyage, environ 35% du séchage et environ 20% du transport de l’aciérie vers le site de traitement [Heidrich et al., 2005].

Les émissions de CO2 engendrées pendant la phase de production du métakaolin proviennent de la calcination de la kaolinite (entre 600 et 800°C) [San Nicolas, 2011].

Les émissions dues à la phase de production des granulats et des fillers calcaires proviennent de l’extraction et du broyage.

A partir des données du Tableau III. 9, il est donc possible de calculer des émissions de CO₂ des bétons d’étude (cf. Tableau III. 10). Les coûts de CO2 engendrés pendant la production d’un constituant donné, sont obtenus en multipliant le dosage de constituant par les émissions dues à sa phase de production.

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Paramètres de formulation [kg/m3_]

Désignation Réf1 Réf2 CV30 LA40 MK20 FC30 FC50

Ciment CEM I 52,5 R 300 275 210 180 240 210 150

Laitier de haut fourneau 0 0 0 120 60 0 0

Cendres volantes 0 0 90 0 0 0 0

Métakaolin 0 0 0 0 0 0 0

Filler calcaire 0 0 0 0 0 90 150

Granulats 1900 1959 1900 1900 1900 1900 1900

Coût CO2 [kgCO2/m3 Béton]* 293 271 214 201 244 212 158

* _{Les coûts CO2 sont :}

- relatifs aux constituants solides des bétons ; les émissions dues aux adjuvants sont négligées,

- dues aux transports des constituants de base ; le transport des additions minérales, entrant dans les compositions des ciments ne sont pas considérées.

Tableau III. 10 : Estimations des coûts CO2 des bétons d’étude.

A partir de ce tableau, les émissions de CO2 des bétons à qualifier sont comparées à celle des bétons de référence incorporant uniquement du ciment Portland. La Figure III. 13 présente la réduction des émissions de CO2 calculées par rapport aux émissions du béton Réf1.

Figure III. 13 : Réductions des émissions de CO2 calculées par rapport aux émissions du béton de

référence (Réf1).

La Figure III. 13 met en évidence que, pour chaque addition minérale incorporée, la réduction des émissions est d’autant plus significative que le taux de substitution du ciment Portland est plus élevé. Actuellement, en France, l’industrie cimentière ne produit que 20% de

8% 27% 31% 17% 28% 46% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% Réf 2 CV30 LA40 MK20 FC30 FC50 Ré du ct ion d es ém iss ion s de CO 2

160 ciment composé avec addition minérale. Le ciment uniquement composé de clinker représente encore plus de 80% des 20 millions de tonnes de ciment produite en 2012 [Infociments, 2013]. Cette étude a permis d’apprécier l’aspect environnemental au travers de l’empreinte carbone en démontrant que les substitutions effectuées s’avèrent être bénefiques vis-à-vis de la réduction des émissions de CO2 tout en préservant un niveau de durabilité équivalent.

III.4.2

Le prix de revient

Après les considérations environnementales, la seconde source de préoccupation des industriels se situe au niveau économique car une énergie plus chère augmente les coûts de production. Pour cela, l’utilisation des additions minérales (généralement des sous-produits moins chers à l’achat que le ciment) dans les formulations de bétons en remplacement partiel du ciment est une pratique courante. Par de nombreux aspects, économiques comme écologiques, l’emploi des additions minérales constitue donc l’un des points clefs de la formulation d’un béton de nouvelle génération.

Dans cette partie, nous effectuons une étude économique sur le prix de revient d’un mètre cube de béton. La Figure III. 14 montre le coût des bétons d’étude calculé par rapport au coût du béton de Réf1. Ces prix proviennent directement des fournisseurs (Tableau III. 11).

CEM I Laitier Métakaolin Cendre volante Filler calcaire

Prix par tonne (en euros) 150 70 95 33 27

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Figure III. 14 : Coût des bétons par rapport au coût relatif du béton de référence (Réf1).

La Figure III. 14 met en évidence une diminution considérable du prix de revient pour une utilisation d’addition minérale. Le coût diminue avec l’augmentation du taux de remplacement en addition minérale. A l’exception de béton Réf2 qui ne contient pas d’addition minérale, on remarque une baisse de prix varie de 8 à 40% pour les bétons à qualifier.

Ainsi, d’un point de vue économique, les bétons à qualifier présentent un réél intérêt économique grâce à une réduction significative des coûts de production. En revanche, il faut préciser que ces conclusions ne sont valables qu’à la date de rédaction de ce mémoire car la fluctuation du prix de la matière première peut les modifier.