Des chercheurs de l’ETH Zurich démontrent que les cimenteries peuvent extraire le CO₂ de l’atmosphère en Californie; Réduction climatique jusqu’à 78% d’ici 2050

Des chercheurs de l’ETH Zurich démontrent que les cimenteries peuvent extraire le CO₂ de l’atmosphère en Californie; Réduction climatique jusqu’à 78% d’ici 2050

Comment les cimenteries peuvent extraire le CO₂ de l’atmosphère | l’ETH Zurich

Comment les cimenteries peuvent extraire le CO₂ de l’atmosphère

La fabrication du ciment figure parmi les plus grandes sources industrielles d’émissions de CO₂ au monde. Une nouvelle étude montre désormais comment la production de ciment pourrait, à l’avenir, être mise à profit pour éliminer le CO₂ de l’atmosphère. Cette approche repose sur une technologie à base de chaux.

L’industrie du ciment est responsable de 5 à 8 % des émissions mondiales de CO₂ et contribue ainsi fortement au changement climatique.

Des chercheurs de l’ETH Zurich montrent que si le CO₂ était capté directement dans l’air au sein des cimenteries, l’empreinte climatique de la production de ciment pourrait diminuer de 78 % d’ici 2050.

Cette technologie utilise les procédés et les matières premières existants de la fabrication du ciment et pourrait s’intégrer relativement facilement dans la production de ciment.

Le ciment fait partie des matériaux de construction les plus demandés de notre époque. Environ quatre milliards de tonnes sont produites chaque année dans le monde. La fabrication du ciment est très gourmande en énergie et le processus génère des gaz à effet de serre, notamment lors de la décomposition thermique du calcaire, la principale matière première naturelle du ciment.

Des chercheurs de l’ETH montrent dans une nouvelle étude que ces émissions pourraient être fortement réduites si la production de ciment était associée à une technologie d’élimination directe du CO 2 provenant de l’atmosphère, ce que l’on appelle le « Direct Air Capture » (DAC).

Selon les calculs des chercheurs du groupe d’André Bardow, professeur en génie des systèmes énergétiques et des procédés, l’impact climatique de la production de ciment pourrait être considérablement réduit d’ici 2050. Actuellement, celle-ci est responsable de 5 à 8 % des émissions mondiales de CO₂. « D’un point de vue climatique, la combinaison du DAC et de la production de ciment est très prometteuse », déclare Vittoria Bolongaro, doctorante chez Bardow et première autrice de l’article page externe Publication .

Pour cette étude, les chercheurs ont collaboré avec l’entreprise américaine Heirloom Carbon Technologies. Celle-ci figure parmi les leaders mondiaux dans le développement de technologies DAC basées sur le « calcium looping ». Il s’agit d’un procédé qui exploite un cycle chimique impliquant différents composés calciques. Le point de départ est le carbonate de calcium, c’est-à-dire le calcaire, qui est extrait dans des carrières de calcaire à travers le monde. Les installations DAC utilisant le « calcium looping » et les cimenteries fonctionnent avec les mêmes composés de calcium et utilisent le même procédé : elles chauffent le calcaire jusqu’à ce qu’il se décompose en chaux vive et en CO₂ – un processus appelé « calcination ».

Dans le cadre d’une production intégrée de ciment avec la technologie DAC par « calcium looping », la calcination s’effectue dans un four alimenté à l’électricité plutôt qu’aux énergies fossiles, comme le charbon ou le gaz. Cela permet d’éviter les émissions de gaz à effet de serre provenant du four de combustion. Parallèlement, le CO 2 être capté directement, car il n’est pas contaminé par les gaz de combustion. Selon les calculs de l’étude, l’électrification du four et la capture directe du CO 2 , l’impact climatique de la production de ciment pourrait être réduit de 78 % d’ici 2050, selon les calculs de l’étude.

Après ajout d’eau à la chaux vive, la chaux ainsi éteinte absorbe davantage de CO 2 de l’atmosphère et redevient du calcaire. Celui-ci peut à nouveau être utilisé comme matière première pour la production de ciment. Plus le calcium effectue ce cycle de contact avec l’air avant d’être transformé en ciment, plus la quantité de CO 2 l’installation extrait de l’atmosphère. La production de ciment pourrait ainsi même devenir neutre en CO 2 . Le CO₂ capté dans l’atmosphère 2 n’est pas piégé dans le ciment, mais comprimé et transporté vers des sites de stockage souterrains.

Chiffres issus de l’exploitation réelle

« Heirloom était pour nous un partenaire idéal, car l’entreprise exploite déjà les premiers systèmes DAC de type “calcium looping” à l’échelle commerciale », explique Bolongaro. En Californie, l’entreprise exploite depuis 2023 une installation d’une capacité annuelle d’environ 1 000 tonnes de CO 2 .

Une autre installation, nettement plus grande, devrait être construite en Louisiane dans les prochaines années. « Cette coopération était intéressante pour les deux parties : notre partenaire souhaitait en savoir plus sur l’empreinte environnementale de la technologie – et nous avons pu étayer nos calculs et nos scénarios à partir de données industrielles primaires issues de l’exploitation réelle », explique M. Bolognaro.

Cette étude est la première analyse prospective du cycle de vie de la DAC avec « calcium looping » à l’échelle industrielle. Les chercheurs ont pris en compte non seulement le fonctionnement de l’installation, mais aussi l’ensemble des impacts environnementaux tout au long de la chaîne de processus, depuis l’extraction des matières premières jusqu’au stockage du CO₂ capté, en passant par la construction et l’exploitation de l’installation.

Dans un premier temps, Bolongaro et son équipe ont cherché à déterminer si les grandes installations commerciales pouvaient capturer davantage de CO₂ sur l’ensemble de leur cycle de vie 2 éliminent plus de CO₂ qu’elles n’en génèrent. Dans un deuxième temps, les chercheurs ont examiné si la réduction des émissions de CO₂ se faisait au détriment d’autres facteurs environnementaux, tels que la consommation d’eau ou l’occupation des sols.

Il est apparu que la part de loin la plus importante de l’empreinte environnementale est imputable à l’énergie nécessaire au procédé, car la séparation du CO₂ de l’air est très gourmande en énergie. Cela vaut également pour d’autres procédés DAC. Dans le cadre de cette étude, différents scénarios énergétiques ont donc été testés : l’exploitation de l’installation avec le mix électrique américain actuel, avec un mix électrique fortement décarboné issu de l’énergie éolienne et solaire, ainsi qu’avec un système entièrement autonome comprenant des panneaux photovoltaïques et des batteries de stockage.

« Nous avons pu démontrer que le bilan climatique de cette technologie est négatif en termes nets, c’est-à-dire que les installations commerciales de DAC par boucle de calcium utilisant du CO 2 -permet de stocker davantage de CO 2 que ce qu’ils en génèrent sur l’ensemble de leur cycle de vie », explique Bolongaro. « Selon le mix énergétique que nous avons utilisé dans nos projections, le rendement de la capture du CO 2 -« D’ici 2050, le taux de captage de CO₂ pourrait atteindre entre 85 et 96 % ». En d’autres termes : pour chaque tonne de CO₂ 2 ,est capté et stocké, ce qui permet de générer, tout au long de la chaîne de production, entre 40 et 150 kg de CO 2 . Ces chiffres seraient comparables à ceux d’autres systèmes DAC. L’efficacité est maximale lorsque l’installation est alimentée par de l’énergie renouvelable.

Ce que les essais pratiques doivent encore démontrer

« Le grand avantage des installations DAC utilisant le cycle du calcium est que cette technologie peut s’intégrer à un procédé de fabrication du ciment bien établi », explique M. Bolongaro. Les adaptations nécessaires pour coupler la production de ciment au DAC seraient relativement simples.

« Il faut avant tout créer des surfaces de contact supplémentaires avec l’air pour éliminer le CO 2 de l’atmosphère. De plus, le four dans lequel le calcaire est décomposé à haute température doit fonctionner avec une énergie à faible teneur en carbone ou sans carbone afin de garantir un prélèvement net aussi élevé que possible.

« D’un point de vue climatique, cette approche est très prometteuse en tant que solution évolutive qui s’intègre dans les chaînes d’approvisionnement industrielles existantes tout en faisant progresser la décarbonation du secteur du ciment », explique M. Bolognaro. Il est désormais nécessaire d’étudier plus en détail les limites physiques et économiques de cette intégration.

Les calculs centraux de l’étude reposent sur des scénarios prospectifs à l’horizon 2050 et supposent des progrès considérables en matière de décarbonation de l’approvisionnement en électricité. De plus, certains composants de l’installation, notamment les fours de calcination électriques à chauffage indirect, ne sont pas encore utilisés à grande échelle dans l’industrie. La question de savoir si le système peut être exploité de manière rentable reste donc ouverte ; une analyse détaillée des coûts ne faisait pas partie de l’étude.

Pour Bolongaro, ces résultats constituent donc avant tout un point de départ important qui met en évidence le potentiel climatique de cette approche.

Bolongaro V, Shu DY, McQueen N, Bardow A : Analyse du cycle de vie de la capture directe de l’air par boucle de calcium solide et son double usage synergique pour un ciment à bilan carbone négatif. Chem Circularity, 4 juin 2026, DOI : page externe 10.1016

12 août 2026 par Samuel Schlaefli, auteur indépendant