Captage du CO2 par la carbonatation accélérée de granulats de béton recyclé – Co2ncrete

Résumé
La construction en béton est à l’origine d’environ 8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. La réduction de l’empreinte carbone du béton devient cruciale dans la mesure où sa production mondiale devrait fortement augmenter au cours des prochaines années. Un moyen pour atteindre cet objectif consiste à utiliser la capacité du béton à fixer du CO2 par carbonatation. Contrôlée par la diffusion du CO2 gazeux, la carbonatation est un transfert réactif qui transforme les oxydes de calcium du matériau en carbonates de calcium. À l’issue de leur durée de service, les structures en béton sont réduites par concassage en granulats recyclés. Couramment valorisés dans la construction routière, les granulats recyclés sont aussi de plus en plus réutilisés dans la fabrication des bétons comme substituts aux granulats naturels. Le projet CO2NCRETE s’intéresse à la séquestration du CO2 par carbonatation accélérée de granulats recyclés avec des gaz industriels. Les analyses récentes de la littérature montrent que cette approche est la plus prometteuse parmi les stratégies envisagées pour réduire l’empreinte carbone de la construction en béton. La plupart des études montrent également que la carbonatation améliore les propriétés des granulats concassés et ainsi leur recyclabilité. La carbonatation des granulats de béton concassés est donc un pas vers une économie circulaire et neutre en carbone, appelée des vœux de l’Europe.

Parmi les méthodes de piégeage et d’utilisation du CO2 (CCUS), la carbonatation des granulats recyclés est intéressante car le béton de démolition est une matière première disponible en grande quantité. La source de CO2 la plus évidente à utiliser pour ce traitement est le gaz de cimenterie, puisque la fabrication du ciment est la principale cause des fortes émissions de CO2 de la construction en béton. Il existe néanmoins d'autres sources potentielles de gaz avec des concentrations élevées en CO2. Citons les usines pétrochimiques ou des sources plus locales comme les incinérateurs d’ordure ménagère.

L’optimisation du procédé de carbonatation est le principal verrou scientifique soulevé par la carbonatation accélérée des granulats recyclés. Si la carbonatation atmosphérique du béton est un phénomène inévitable, le degré de carbonatation en conditions naturelles peut rester assez faible. Par conséquent, l'ambition du projet CO2NCRETE est une compréhension fondamentale du piégeage de CO2 par des granulats recyclés pour des gaz riches en CO2 à des températures et/ou des pressions élevées. Le résultat attendu est l'identification des leviers d'accélération et maximisation de la carbonatation au moyen des conditions du procédé. Ces dernières sont en particulier la concentration en CO2, la pression et la température du gaz, la durée de contact entre le gaz et le matériau et l’état initial des granulats recyclés. Pour ce faire, le projet CO2NCRETE est organisé en cinq tâches proposant des approches originales, allant des expérimentations sur la carbonatation des granulats recyclés en conditions sévères à la modélisation avancée avec couplage de modèles discrets et de modèles de transferts réactifs. Une tâche est également consacrée à l’évaluation de l’efficacité des procédés du point de vue environnemental et économique. Le projet regroupe cinq laboratoires de recherche reconnus pour leurs travaux dans les domaines de la carbonatation, de la valorisation des déchets de déconstruction, de la modélisation multi-échelles et de la thermochimie des complexes: LaSIE, GeM, IFSTTAR, IRC et LGM. Le CERIB complète cette équipe pour faire le lien avec le secteur industriel du béton.