Clinker

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Le clinker est un constituant du ciment artificiel, qui résulte de la cuisson d'un mélange composé d'environ 75 % de calcaire et de 25 % de silice : la « farine » ou le « cru ». Cette cuisson, la clinkerisation, se fait à une température d'environ 1 450 °C (qui explique la forte consommation énergétique de ce processus).

La clinkérisation explique en partie la contribution importante des cimenteries aux émissions de gaz à effet de serre

clinker

Aspect[modifier | modifier le code]

Le clinker se présente sous la forme de nodules durs et cristallisés, de teinte gris foncé pour les ciments habituels et verte pour le clinker de ciment blanc.

Composition[modifier | modifier le code]

La composition des clinkers gris est représentée par quatre grandes phases cristallines caractéristiques de la chimie du ciment. Elles sont en moyenne les suivantes :

  • Ca3SiO5 :     Silicate tricalcique (SiO2 – 3 CaO) : 50 à 65 % (Alite)
  • Ca2SiO4 :     Silicate bicalcique (SiO2 – 2 CaO) : 15 à 20 % (Belite)
  • Ca3Al2O6 :     Aluminate tricalcique (Al2O3 – 3CaO) : 5 à 15 % (Aluminate)
  • Ca4Al2Fe2O10 :   Ferro-aluminate tétracalcique (Al2O3 – Fe2O3 – 4 CaO) : 5 à 10 % (Ferrite)

Ces quatre phases cristallines sont souvent repérées C3S, C2S, C3A et C4AF dans le milieu cimentier. « C » représentant ici la molécule de chaux (et non Carbone dans ce cas) : soit CaO combinée à : S, A et F les trois autres oxydes respectivement de Silicium (SiO2), Alumine (Al2O3) et de Fer (Fe2O3).

La composition minéralogique du clinker obtenu après cuisson des matières crues est fonction de la composition du mélange, de la température, du combustible utilisé, du temps de cuisson et des conditions de refroidissement (trempe à l’air).

Qualité de clinker et environnement[modifier | modifier le code]

Selon le degré de pureté des ingrédients, des résidus de métaux lourds peuvent être présents dans le clinker. Certaines cimenteries utilisent aussi des pneus (contenant des métaux lourds) comme combustible alternatif ou brûlent des déchets industriels, dont les résidus toxiques doivent être piégés dans le clinker[1].

Certains de ces métaux améliorent la qualité du ciment, d'autre dégradent la qualité technique du ciment et du béton[2]. Ainsi, un peu de chrome accélère la prise et augmente la résistance du ciment et d'un béton bien préparé, mais il est l'un des allergènes qui font que le ciment est source de dermatites allergiques[3]. Au contraire, le Cd, Pb, Cr, Zn présents en quantités importante dans le cru de ciment Portland et alumineux dégraderont les propriétés du ciment final[2]. Comme le cadmium, le zinc est facilement absorbé dans le ciment Portland dont ils augmentent le temps de prise et diminuent la résistances du béton[2]. De grandes quantités d'oxyde de zinc dégradent la résistance des ciments d'aluminates de calcium[2]. Si le ciment est mal dosé, et le béton de mauvaise qualité, ces métaux peuvent en partie être lessivés et éventuellement restabilisés à l'évaporation (notamment retrouvés dan les stalactites et concrétions).

Le Clinker est responsable de la majeure partie de la consommation d'énergie des cimenteries, et de l'empreinte carbone (Consommation de carbone fossile et émissions de gaz à effet de serre) du béton[4]. Il tient donc une place importante dans les activités, négociations ou révisions de quotas échangeables (ou permis d'émissions transférables) de gaz à effet de serre dans le cadre du système européen de quotas mis en palce en 2005[5]. Une réduction des taux de Clinker ou son remplacement par des alternatives sont dans ce contexte des enjeux économiques et environnementaux nouveaux, mais dans le contexte de 2005, existe un « dilemme du clinker »[6]. Paradoxalement, si les émissions de CO2 d'une cimenterie peuvent être réduites, c'est essentiellement en réduisant le taux de clinker. Mais quand la quantité de quotas allouée est indexée sur la production de clinker, le prix de ce dernier n'augmentera pas, ou uniquement via une éventuelle hausse du coût marginal de la production (due par exemple à une substitution partielle de carbone fossile par de la biomasse), ce qui n'incite pas à réduire le taux de clinker. L'alternative est d'indexer la quantité de quotas sur le tonnage produit de ciment et non de clinker, mais ceci pourrait avoir un effet pervers, qui serait d'encourager le cimentier à simplement importer du clinker (plus transportable que le ciment) pour vendre des quotas (ou en acheter moins). Les quotas en APP pourraient être interdits aux cimentiers ne produisant pas leur clinker localement, mais selon certains, cette procédure risquerait d'être attaquée devant l'organe de règlement des différents de l'OMC.

Les cimenteries font partie des industries (avec la métallurgie notamment, et les centrales électriques thermiques) où le captage du CO2 est envisagé pour réduire l'empreinte carbone de ces industries et de leurs produits[7].

Étant donné la part de la consommation d'énergie dans le processus de clinkérisation, de manière générale l'impact environnemental d'un four augmente quand son efficacité énergétique diminue.

Analyse du cycle de vie[modifier | modifier le code]

L'analyse du cycle de vie du clinker varie fortement selon la consommation de ressources (plus ou moins renouvelables et polluantes) et selon les options techniques de production retenues par le cimentier[8].

Un modèle d'ACV a été récemment compilé à partir des données provenant de plus de 100 lignes de production de clinker (avec ou sans précalcination), et de données scientifiques et techniques provenant de littérature et d'experts du domaine.

Il peut être appliqué par l'industrie du ciment pour d'une part choisir des carburants alternatifs et d'autre part choisir des matières premières alternatives, ou communiquer sur la RSE (Responsabilité sociale et environnementale).

Il peut aussi être utilisé par les autorités ou entités en charge de l'environnent ou de l'énergie ou du développement soutenable pour l'aide à la décision concernant par exemple les études d'impacts, attribution de quotas d'émissions ou autorisation de cotraitement de déchets (pneus, déchets industriels préparés, boues d'épuration séchées, laitier de haut fourneau) dans les fours à ciment alors utilisés comme incinérateurs de déchets éventuellement dangereux et/ou toxiques. En termes de bilan global, une réduction des émissions de gaz à effet de serre, de diminution de la consommation de ressources, et surtout de réduction des impacts environnementaux globaux sont possible.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. L Pawlowski & al.…(1999) Neutralization of Hazardous Wastes Combined with Clinker Manufacturing, in Chemistry for the Protection of the Environment, Tome 3 extrait avec books.google
  2. a, b, c et d M. Murata, F. Sorrentino (1996), Effect of large additions of Cd, Pb, Cr, Zn, to cement raw meal on the composition and the properties of the clinker and the cement ; Cement and Concrete Research Volume 26, Issue 3, March 1996, Pages 377–385 (Institut National des Sciences Appliquées de Lyon. URA CNRS 341,GEMPPM France), résumé
  3. Chris Winder & Martin Carmody (2000), The dermal toxicity of cement ; Toxicol Ind Health August 2002 vol. 18 no. 7 321-331 doi:10.1191/0748233702th159oa ; résumé
  4. International Energy Agency, (1999). In: The reduction of greenhouse gas emission from the cement industry, IEA (International Energy Agency), Greenhouse Gas R&D Programme
  5. P Quirion (2007), Comment faut-il distribuer les quotas échangeables de gaz à effet de serre ? Revue française d'économie
  6. Demailly, D., Quirion, P, (2006), CO2 abatement, competitiveness and leakage in the European Cement Industry under the EU ETS: grandfathering versus output-based allocation. Climate Policy 6, 93-113 (résumé)
  7. F Lecomte, P Broutin, E Lebas (2009), Le captage du CO2 : Des technologies pour réduire les émissions de gaz à effet de serre books.google.com
  8. Michael Elias Boesch, Annette Koehler and Stefanie Hellweg (2009), Model for Cradle-to-Gate Life Cycle Assessment of Clinker Production ; Environ. Sci. Technol., 2009, 43 (19), pp 7578–7583 DOI: 10.1021/es900036e Publication Date (Web): 2009-91-03 (résumé)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • (en)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (fr) Prebay, Y., Ando, S., Desarnaud,E., Desbarbieux, T. (2006), In: Les enjeux du développement durable au sein de l’Industrie du Ciment : réduction des émissions de CO2, Atelier Changement Climatique de l’École des Ponts.
  • (en) Michael Elias Boesch and Stefanie Hellweg (2010), Identifying Improvement Potentials in Cement Production with Life Cycle Assessment ; Environmental Science & Technology 2010 44 (23), 9143-9149