L’impact environnemental de l’industrie cimentière : l’importance de la surveillance

FAITS MARQUANTS

• L’impact environnemental de l’industrie cimentière est particulièrement évident dans le rejet de particules en suspension (PM₁₀, PM₄, PM_2.5 y PM₁, ainsi que d’autres substances comme les oxydes d’azote et le dioxyde de soufre.
• L’empreinte carbone du ciment est également un aspect à prendre en considération, car il s’agit d’une industrie dont les besoins en énergie sont très élevés et qui, aujourd’hui, ne peuvent être satisfaits que par des combustibles fossiles.
• Le projet développé par Kunak à l’usine CEMEX de Monterrey (Mexique) est un exemple clair des avantages de la surveillance de la qualité de l’air dans l’environnement des cimenteries.
• La production de ciment représente environ 7 % des émissions mondiales de CO₂, ce qui souligne la nécessité de trouver des moyens de réduire son impact sur l’environnement afin de promouvoir un développement plus durable.
• Les émissions de l’industrie cimentière ont un impact négatif sur l’environnement et la santé humaine et doivent donc être contrôlées.

 

La production de ciment est l’une des activités les plus importantes de l’économie mondiale. En effet, les grandes constructions et infrastructures qui permettent le développement urbain dépendent de ce matériau et du béton, l’un de ses principaux dérivés.

Cependant, cette activité productive peut générer divers problèmes pour l’environnement. Il est donc courant que l’impact environnemental de l’industrie cimentière se fasse sentir à la fois dans l’extraction des matières premières et dans les processus de fabrication eux-mêmes. L’atmosphère est l’un des principaux vecteurs de ces impacts, ce qui confère à nos solutions une importance particulière. 

 

Analyse de l’impact environnemental du ciment

Le ciment est un matériau de construction indispensable, mais c’est aussi l’un des plus polluants. Sa production génère une grande quantité d’émissions de gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone (CO₂), d’autres polluants comme les  oxydes d’azote (NO_x), le dioxyde de soufre (SO₂), les chlorures et les fluorures, les émissions de COV et de métaux lourds, ainsi que des particules (PM₁₀, PM₄, PM_2.5 et PM₁)  qui affectent la qualité de l’air et la santé humaine. Dans cet article, nous examinerons l’impact environnemental du ciment, ses causes et ses conséquences, ainsi que quelques solutions possibles pour le réduire.

 

Dans quelle mesure la production de ciment est-elle polluante ?

La production de ciment est responsable d’environ 8 % des émissions mondiales de CO₂, selon une étude (4) publiée dans la revue Nature. Cela est principalement dû à deux facteurs : l’utilisation de combustibles fossiles pour générer la chaleur nécessaire à la fabrication du clinker, principal composant du ciment, et les réactions chimiques qui libèrent du CO₂ lors de la calcination du calcaire, principal ingrédient du clinker.

Selon une étude réalisée en Équateur, la production d’une tonne de ciment nécessite 3 191,95 MJ d’énergie et génère 510,57 kg d’émissions de CO₂. Les contributions dominantes en matière d’énergie sont dues à la consommation de calcaire, de mazout et d’électricité. Le processus unitaire qui génère le plus d’impact est la production de clinker, à la fois en raison des réactions chimiques qui ont lieu dans le four et de sa consommation en combustible.

Outre les émissions de CO₂, la production de ciment génère également dans l’atmosphère des émissions de particules provenant de la combustion des combustibles, de la manipulation des matières premières et des processus de broyage et de stockage du ciment. Selon l’Organisation mondiale de la santé (OMS), l’exposition aux particules peut provoquer des maladies respiratoires et cardiovasculaires, des cancers du poumon et des décès prématurés (5).

 

Comment minimiser l’impact de la construction sur l’environnement ?

L’un des moyens de réduire l’impact du ciment sur l’environnement consiste à réduire la demande de ciment en optant pour des alternatives plus durables telles que le bois, le bambou, la paille ou les matériaux recyclés. Ces matériaux ont une empreinte carbone plus faible, une consommation d’énergie et d’eau moins importante et une capacité d’isolation thermique et acoustique plus élevée.

Un autre moyen de réduire l’impact du ciment sur l’environnement est d’améliorer l’efficacité énergétique de la production de ciment en utilisant des sources d’énergie renouvelables, comme les énergies solaire, éolienne et hydroélectrique, et en optimisant l’utilisation des ressources et des processus. Par exemple, la chaleur résiduelle des fours peut être utilisée pour produire de l’électricité ou chauffer de l’eau, l’eau utilisée pour le refroidissement du clinker peut être recyclée, ou la taille des particules peut être réduite pour faciliter le transport et le stockage.

Un troisième moyen de réduire l’impact du ciment sur l’environnement consiste à réduire la teneur en clinker du ciment en le remplaçant par d’autres matériaux ayant des propriétés similaires ou meilleures, comme les cendres volantes, le métakaolin, les scories des hauts fourneaux ou les géopolymères. Appelés ciments hybrides, ces matériaux ont l’avantage de réduire le facteur clinker, c’est-à-dire la proportion de clinker dans le ciment, ce qui se traduit par une réduction des émissions de CO₂ et une résistance mécanique plus élevée.

Mais toutes ces mesures de réduction de l’impact sur l’environnement doivent être quantifiables d’une manière ou d’une autre. Cela nécessite des systèmes de surveillance et de contrôle des émissions comme ceux proposés par Kunak.

 

Quels dommages le ciment peut-il causer ?

Le ciment a un impact négatif sur l’environnement non seulement lors de sa production, mais aussi lors de son utilisation et de son élimination. Le ciment peut endommager les environnements naturels et urbains, affectant la biodiversité, le paysage, le patrimoine culturel et la qualité de vie de la population.

Parmi ces dommages, le ciment peut entraîner une imperméabilisation du sol, c’est-à-dire la perte de sa capacité à laisser passer et à retenir l’eau. Cela peut entraîner des problèmes de ruissellement, d’érosion, d’inondation, de sécheresse, de désertification et de pollution des eaux de surface et des nappes souterraines. Le ciment consomme près d’un dixième de l’eau utilisée dans l’industrie, et 75 % de cette consommation a lieu dans des régions souffrant de sécheresse.

Le ciment peut également altérer les climats local et mondial, en raison des émissions de gaz à effet de serre et de l’effet d’îlot de chaleur urbain. Cet effet consiste en une augmentation de la température dans les zones urbaines par rapport aux zones rurales, en raison de l’absorption et de l’émission de chaleur par les surfaces artificielles comme l’asphalte, le béton ou le métal. Cet effet peut avoir des conséquences négatives sur la santé humaine, la consommation d’énergie, la qualité de l’air et la biodiversité.

Le ciment entraîne également une dégradation du patrimoine culturel et naturel, due à la construction d’infrastructures et de bâtiments qui ne respectent pas l’environnement, l’histoire et l’identité des lieux. Le ciment peut entraîner la perte de valeurs esthétiques, historiques, archéologiques, paysagères et écologiques, ainsi qu’une homogénéisation et une banalisation de l’architecture et de l’urbanisme.

 

Quelle est la quantité de CO₂ produite par le ciment ?

Le ciment est l’un des principaux responsables des émissions de CO₂, le gaz à effet de serre le plus abondant et le plus impliqué dans le dérèglement climatique. Selon un rapport de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), le secteur du ciment a émis 2,2 gigatonnes (Gt) de CO₂ en 2018, ce qui représente 7 % des émissions mondiales de CO2.

La plupart de ces émissions sont dues à la production de clinker, le principal composant du ciment, qui nécessite une température d’environ 1 450 °C pour sa fabrication. Cette température est obtenue par la combustion de combustibles fossiles, comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel, qui libèrent du CO₂ pendant la combustion. En outre, la calcination du calcaire, principal ingrédient du clinker, libère également du CO₂ car le carbonate de calcium (CaCO₃) se décompose en oxyde de calcium (CaO) et en CO₂.

Selon l’AIE, la production d’une tonne de clinker génère environ 0,9 tonne de CO₂, dont 60 % proviennent de la calcination du calcaire et 40 % de la combustion de carburants. Par conséquent, la production d’une tonne de ciment, qui contient en moyenne 65 % de clinker, génère environ 0,6 tonne de CO₂.

 

Pourquoi est-il conseillé de surveiller la qualité de l’air autour d’une cimenterie ?

Le ciment est un matériau pulvérulent formé d’un mélange de calcaire, d’ardoise, de marne, etc. Sa fabrication nécessite l’extraction de matières premières dans une carrière, qui sont transformées par un processus de concassage, de broyage et de calcination dans de puissants fours.

Mais ce processus de fabrication, tel que décrit ci-dessous, libère des gaz polluants et des particules en suspension qui peuvent nuire à la population.

 

L’adéquation de la mesure de la qualité de l’air à travers une étude de cas pratique

CEMEX, l’un des principaux fabricants de ciment au monde, développe une politique proactive qui vise à résoudre à l’avance les problèmes potentiels pouvant découler de son activité de production. C’est pourquoi Kunak a été approché pour concevoir le déploiement d’une solution visant à protéger la santé de la population et du personnel de ses installations, ainsi qu’à assurer la préservation de l’environnement naturel.

Le système jugé le plus approprié a été l’installation d’un anneau de surveillance périmétrique dans son usine de production de Monterrey (Mexique).

La multinationale mexicaine investit massivement dans le développement durable depuis plusieurs années. Cette initiative s’inscrit donc dans la continuité de son engagement en faveur du bien-être de la population locale, de ses employés et du respect de l’environnement.

Les technologies innovantes et l’excellente qualité des données fournies par des solutions comme notre Kunak AIR Pro font toute la différence et contribuent à une prise de décision plus éclairée.

Et les résultats, bien sûr, ne se sont pas fait attendre. En 2019, CEMEX a réussi à réduire considérablement ses émissions par rapport aux niveaux de 2005, année zéro où elle a commencé à investir dans l’amélioration de la qualité de l’air, ce qui fait de la multinationale un garant de la durabilité et de la santé humaine.

 

Principales émissions atmosphériques du ciment

Cette étude de cas montre comment nos solutions permettent d’éviter les problèmes de qualité de l’air. Cependant, nous pensons qu’il convient d’examiner un peu plus en profondeur le type de polluants et l’impact environnemental de l’industrie du ciment sur l’atmosphère.

Par exemple, les émissions les plus courantes sont les suivantes (1) :

• Matières particulaires (PM₁₀, PM_2.5 et PM₁) : deux des principales sources de poussière sont le transport des matériaux dans les camions et les cheminées des systèmes de fours. L’installation de filtres sur les évacuations des gaz a toutefois permis de réduire l’incidence de ce problème.
• Oxydes d’azote (NO_x) : ils sont générés lors des processus de combustion à haute température.
• Dioxyde de soufre (SO₂) : son émission est largement déterminée par la teneur en soufre des matières premières.
• Chlorures et fluorures : leur origine peut provenir soit des matières premières, soit des combustibles utilisés au cours du processus de fabrication.
• Émissions de COV, CO et NH₃ : ces émissions sont insignifiantes en raison des températures de combustion élevées.
• Métaux lourds : ils peuvent être retenus en petites quantités dans le clinker.

 

 

Empreinte carbone : la contribution du ciment au réchauffement climatique

La fabrication du ciment ne libère pas seulement des gaz polluants qui peuvent être nocifs pour la santé humaine. C’est aussi un consommateur d’énergie vorace, qui est nécessaire pour porter la température des fours aux 1 400-1 500 °C requis. En fait, environ 11 % de la consommation totale d’énergie dans l’industrie est attribuée à ce secteur (2).

L’une des conséquences de ce processus est l’émission de CO₂ qui contribue au réchauffement de la planète. Au niveau mondial, la production de ciment représente environ 7 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone (3).

 

Conclusion

Le ciment est un matériau de construction essentiel, mais c’est aussi l’un des plus polluants. Sa production génère une grande quantité d’émissions de CO₂ et de particules qui affectent le climat, la qualité de l’air et la santé. Son utilisation et son élimination causent également des dommages au sol, à l’eau, au patrimoine et à la biodiversité. Ces émissions sont l’une des problématiques les plus importantes auxquelles ce type d’industrie doit faire face.

Il est donc nécessaire de rechercher des moyens de réduire l’impact environnemental du ciment, soit en réduisant sa demande, soit en améliorant son efficacité, soit en réduisant sa teneur en clinker. Nous pouvons ainsi contribuer à un développement plus durable et plus respectueux de l’environnement.

Mais sa contribution est, aujourd’hui encore, fondamentale pour le progrès de l’économie telle que nous la connaissons. En effet, si le ciment n’existait pas, le monde serait très différent de ce que nous connaissons.

Selon nous, le secret consiste à apprendre à combiner croissance économique et protection de l’environnement. L’utilisation des meilleures pratiques et technologies pour réduire les émissions de particules en suspension, par exemple, et la  surveillance de la qualité de l’air pour suivre les progrès (ou les reculs) seront des conditions préalables. 

 

 

Sources consultées

• (1) European Environment Agency (2019). EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2019. Technical guidance to prepare national emission inventories. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2019. ISBN 978-92-9480-098-5. Disponible en https://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2019/part-b-sectoral-guidance-chapters/2-industrial-processes/2-a-mineral-products/2-a-1-cement-production/view
• (2) Kumar Verma, Y., Mazumdar, B., & Ghosh, P. (2020). Thermal energy consumption and its conservation for a cement production unit. Environmental Engineering Research. https://doi.org/10.4491/eer.2020.111
• (3) M. El-Sayed, A., A. Faheim, A., A. Salman, A., & M. Saleh, H. (2021). Introductory Chapter: Cement Industry. Cement Industry – Optimization, Characterization And Sustainable Application. https://doi.org/10.5772/intechopen.95053
• (4) Andrew, R. (2018). Global CO2 emissions from cement production. Earth System Science Data, 10(1), 195-217. https://doi.org/10.5194/essd-10-195-2018
• (5) World Health Organization. (2018). Ambient (outdoor) air quality and health. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health
• Damtoft, J. S., Lukasik, J., Herfort, D., Sorrentino, D., & Gartner, E. M. (2008). Sustainable development and climate change initiatives. Cement and Concrete Research, 38(2), 115-127. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.09.008
• García-Lodeiro, I., Fernández-Jiménez, A., & Palomo, A. (2015). Cementos híbridos de bajo impacto ambiental: Reducción del factor clinker. Materiales de Construcción, 65(320), e068. https://doi.org/10.3989/mc.2015.06414
• León-Velez, A., & Guillén-Mena, V. (2020). Energía contenida y emisiones de CO2 en el proceso de fabricación del cemento en Ecuador. Ambiente Construído, 20(1), 77-88. https://doi.org/10.1590/s1678-86212020000100376
• World Economic Forum. (2019). Cement’s CO2 emissions are a big problem. Here are some solutions. https://www.weforum.org/agenda/2019/12/cement-produces-more-pollution-than-all-the-trucks-in-the-world/
• International Energy Agency. (2020). CO2 emissions from cement production. https://www.iea.org/reports/co2-emissions-from-cement-production