Ouverture de l'usine pilote "The Flash Calciner"
Une infrastructure de recherche unique pour le développement de ciments à faible teneur en carbone
C'est avec beaucoup d'intérêt que le Flash Calciner a été officiellement inauguré à Mol. Cette installation pilote permet de développer de nouveaux ciments à faible teneur en carbone à partir de flux de déchets riches en argile.
Feuille de route vers la neutralité climatique
Le béton est l’un des matériaux les plus produits et les plus utilisés par l’homme. Mais comme sa fabrication nécessite de grandes quantités de ciment, les ouvrages en béton ont un impact climatique élevé. Avec l’industrie sidérurgique et le secteur chimique, la production de ciment compte parmi les principaux postes d’émissions industrielles de CO₂. Avec près de 800 kg de CO₂ émis par tonne de ciment traditionnel, ou ciment Portland, cette production reste très impactante sur le plan environnemental. Conscient de cet enjeu, le secteur cimentier a établi une feuille de route afin d’atteindre la neutralité climatique d’ici 2050.
L’un des axes de cette feuille de route consiste à passer du ciment traditionnel à de nouveaux ciments intégrant des substituts à plus faible impact carbone. Avec le Flash Calciner, VITO apporte une réponse concrète à cet enjeu.
Cette technique permet de chauffer brièvement des flux résiduels riches en argile à une température comprise entre 600 et 900 °C. Le matériau obtenu à la sortie du four est de l’argile calcinée. Cette argile peut remplacer jusqu’à 30 %, voire davantage, du ciment Portland, sans perte de résistance.
Les avantages de la calcination sont doubles : elle contribue à réduire fortement les émissions de CO₂ liées à la production de ciment Portland et elle offre une solution de valorisation pour des flux résiduels riches en argile qui, sans cela, seraient perdus. Les travaux de dragage, les excédents de terre ou les opérations d’assainissement des sols génèrent en effet souvent des flux très riches en argile, encore peu valorisés à ce jour.
Infrastructure pour la recherche commune
Les cendres volantes et les laitiers de haut-fourneau sont utilisés depuis longtemps comme substituts du ciment. Mais les ambitions climatiques de l’industrie sidérurgique et des producteurs d’énergie réduisent également la disponibilité de ces alternatives. L’industrie sidérurgique investit en effet dans de nouveaux types de fours et de procédés, comme les fours électriques à arc et la réduction directe du fer. Ces évolutions modifient la composition des laitiers par rapport aux laitiers de haut-fourneau traditionnels. Par ailleurs, la sortie progressive des centrales au charbon en Europe mettra également fin à la disponibilité des cendres volantes actuellement utilisées comme substituts du ciment.
Une infrastructure de recherche unique pour le développement de ciments bas carbone
« L’installation pilote Flash Calciner permet de développer de nouveaux ciments bas carbone à partir de flux résiduels riches en argile, ce qui permet à VITO de contribuer à la réduction de l’impact environnemental de notre environnement bâti », résume Liesbet Van den Abeele, coordinatrice du projet.
La calcination de flux résiduels riches en argile constitue donc une alternative très intéressante. Jusqu’à présent, le secteur ne disposait toutefois pas des moyens nécessaires pour étudier ces flux résiduels ou pour tester les effets de la calcination sur leurs propriétés. Le Flash Calciner rend désormais ces essais possibles. Cette nouvelle infrastructure peut être utilisée pour des recherches collaboratives ou dans le cadre de projets spécifiques. Le secteur peut non seulement y réaliser des tests, mais aussi faire analyser les propriétés des flux résiduels et tester des ciments alternatifs à l’échelle du mortier et du béton.
« L’installation pilote Flash Calciner permet de développer de nouveaux ciments bas carbone à partir de flux résiduels riches en argile. VITO contribue ainsi à réduire l’impact environnemental de notre environnement bâti », résume Liesbet Van den Abeele, coordinatrice du projet.
Thomas de Béthune, représentant de la Commission européenne en Belgique, s’est également montré impressionné. « Le Flash Calciner est une pièce importante du puzzle dans la poursuite de l’objectif européen de neutralité climatique à l’horizon 2050. La production de ciment traditionnel représente 5 à 8 % des émissions mondiales de CO₂. Si nous parvenons à réduire ces émissions de 30 % grâce aux alternatives durables et de qualité que le Flash Calciner permet désormais de tester, nous préserverons la planète à plusieurs niveaux. Je me réjouis que l’Union européenne contribue ici à une technologie de pointe flamande et européenne, et bientôt à une trajectoire durable pour le secteur de la construction. »
Le Flash Calciner offre...
- à l'industrie du ciment et du béton la possibilité d'expérimenter différents flux calcinés
- aux détenteurs de flux de déchets à base d'argile de vérifier facilement si leur flux peut être transformé en substitut de ciment
- aux chercheurs la possibilité d'optimiser et d'évaluer objectivement le processus de calcination flash.
L’installation est équipée d’un système de préchauffage et d’une boucle de calcination de plus de 20 mètres, réalisés en matériau réfractaire. Elle permet ainsi de garantir un temps de séjour de 2 secondes selon un profil de température constant, avec un débit d’alimentation de 25 kg/h. L’installation est également dotée d’un système de contrôle de la couleur. Cette option permet d’ajuster la température pendant la phase de refroidissement, afin de modifier la teinte du matériau calciné. La pilote dispose ainsi de tous les composants présents dans une installation à l’échelle industrielle, ce qui permet de tester les matériaux dans des conditions réelles.
Le Flash Calciner est équipé de plusieurs points de mesure permettant de suivre avec précision les paramètres de procédé et les émissions en différents points de l’installation. Les porteurs de projet et les investisseurs peuvent ainsi tester et ajuster les procédés, tout en collectant les données nécessaires à une demande de permis d’environnement. Particularité notable : cette infrastructure pilote permet non seulement de réaliser des mesures standard d’émissions, mais elle est également équipée pour effectuer des prélèvements spécifiques de PFAS.
L’installation est dotée d’un système de filtration afin d’éviter tout impact négatif sur l’environnement pendant les tests.
Comment le Flash Calciner a vu le jour
En 2020, à la demande de l’OVAM, VITO a réalisé un inventaire des flux de déchets flamands susceptibles d’être utilisés comme substituts du ciment. Outre les volumes de matériaux disponibles, les risques potentiels liés à leur utilisation ont également été évalués. Les scories non ferreuses et les mâchefers issus de l’incinération des déchets ménagers présentent une teneur élevée en métaux lourds, ce qui réduit leur potentiel.
La fraction KSP, composée de céramique, de pierre et de porcelaine, issue de la valorisation du verre, présente un potentiel technique. Les volumes libérés chaque année sont toutefois trop faibles pour qu’elle soit pertinente comme substitut du ciment. La fraction fine issue du concassage des gravats de béton présente en revanche un potentiel élevé. Elle a déjà été intégrée dans la nouvelle norme EN 197-6 comme substitut autorisé du ciment.
Un autre flux très prometteur subsiste : la fraction riche en argile des déblais de dragage mis en dépôt chaque année. À la demande du Gouvernement flamand, VITO a mené des recherches approfondies afin d’activer ce flux et d’en faire un substitut de ciment approprié. Les déblais de dragage du port d’Anvers sont traités par l’Afdeling Maritieme Toegang sur le site d’AMORAS. Le sable est retiré et mis à disposition comme sable de construction, tandis que la fraction riche en argile est pressée sous forme de gâteaux de filtration, qui sont ensuite stockés sur un site adjacent. Ces gâteaux de filtration présentent une composition relativement constante, particulièrement adaptée à une transformation en substitut du ciment par traitement thermique.
Les recherches montrent que la calcination flash, dans laquelle les gâteaux de filtration sont séchés et pulvérisés, puis brièvement chauffés, pendant environ 2 secondes, à 850 °C, permet d’obtenir un substitut de ciment dont la réactivité est comparable à celle des cendres volantes les plus performantes.
Financement du projet
Le coût total du projet s’élève à plus de 900 000 euros. Le FEDER, Fonds européen de développement régional, y contribue à hauteur de 238 200 euros.
