La production de ciment et de la chaux vive à partir de calcaire contribue à environ 8% des émissions de dioxyde de carbone à l’échelle mondiale (2.5 Gigatonnes/an)¹. Pourtant, une équipe de chercheurs grenoblois montre qu’une telle production est techniquement possible sans émission de CO2.

Dans l’histoire de la Terre, le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane (CH₄) naturels ont permis le réchauffement de la surface terrestre par effet de serre et ont ainsi facilité le développement de la vie. Le CO₂ est très réactif et vital dans la biosphère (photosynthèse, développement de coquilles, absorption chimique dans les océans ou physique dans les sols, etc.). Malheureusement, depuis la révolution industrielle, on assiste à une augmentation nette des gaz à effet de serre d’origine humaine, un surplus est responsable d’une augmentation de la température moyenne sur le globe². Pour faire face à ce problème climatique global, la « transition énergétique », c’est-à-dire l’utilisation des énergies décarbonées et/ou renouvelables (solaire, hydrogène naturel, géothermie, etc.) a été mis en marche depuis quelques années et devrait s’intensifier. Cependant, concernant la production du ciment et de la chaux, seule une partie des émissions de CO₂ vient de l’énergie utilisée (comme les fours). En réalité, environ deux tiers proviennent directement d’une réaction chimique : la décomposition du calcaire chauffé à très haute température (environ 1400 °C) pour former le clinker, principal composant du ciment.

Dans ce contexte, un effort technologique est nécessaire afin de décarboner l’industrie du ciment et toute autre industrie qui utilise le calcaire comme réactif en rejetant du CO₂. Dans les dernières décennies, la capture de CO₂ en sortie de cheminée et sa transformation dans des nouveaux composés de valeur ajoutée (aragonite, magnésite, sidérite, gaz de synthèse, urée, acide salicylique, thermoplastiques, etc.) ont largement été étudiées en laboratoire et sur des installations pilote mais rarement à l’échelle industrielle. La capture du CO₂ en sortie de cheminée et les procédés de transformation après capture restent des technologies coûteuses et avec un rendement faible, ce qui limite les investissements à grand échelle.

« Les problèmes environnementaux et sociétaux issus de la science et la technologie doivent être résolus par l’innovation et la science »

Depuis 2009, je suis chercheur au CNRS, affecté à ISTerre (Institut de Sciences de la Terre) de Grenoble ou j’ai consacré une partie de ma recherche à la minéralisation du CO₂, c’est-à-dire à sa transformation en solide sous forme de carbonates hydratés ou anhydres. Cette expertise, m’a récemment permis de proposer un procédé innovant afin de produire le clinker de ciment et la chaux vive sans aucune émission de CO₂ dans l’atmosphère.

Dans ce procédé qui rejette uniquement de la vapeur d’eau, le calcaire est préalablement transformé en chaux éteinte. Pour ce faire, un dispositif expérimental constitué de deux récipients (réacteurs) connectés a été conçu (voir Figure 1) : (1) Réacteur de lessivage de calcium et/ou mise en contact du calcaire (sous forme gravier) avec une solution acide d’acide chloridrique. Ceci favorise une dissolution rapide du calcaire. Le gaz de carbone de dioxyde produit dans le réacteur 1 est simultanément piégé dans le réacteur 2 par adsorption chimique dans une solution de soude.

Ce simple couplage de deux réacteurs permet ainsi zéro émission de CO₂ dans l’atmosphère. La solution enrichie en calcium est ainsi utilisée pour produire la chaux éteinte (Ca(OH)₂) par précipitation. Ce matériau permettrait ensuite de produire du clinker de ciment et/ou de la chaux vive à haute température en rejetant uniquement de la vapeur d’eau et aucune émission de CO₂) lors du processus de calcination¹.

D’autre part, la solution alcaline produite dans le réacteur 2 serait utilisée pour produire des carbonates anhydres stables (magnésite, dolomite, aragonite, etc.). Dans ce contexte, notre équipe a récemment proposé la production de magnésite. Ce minéral a des applications multiples (retardateur de flamme, additif minéral en papier, plastiques, etc.). Cependant, dans notre démarche, nous suggérons son utilisation comme un substitut partiel du ciment dans la conception du béton³. Cette utilisation permettrait à la fois une diminution de la quantité de ciment utilisé et un stockage durable du CO₂ sous forme solide (ex. magnésite) sans modifier significativement ses propriétés mécaniques et texturales dans les ouvrages de génie civil.

Ainsi, la production de ciment et de chaux vive sans émission de CO₂ dans l’atmosphère est techniquement faisable. Reste à démontrer la viabilité économique de ce procédé afin de rendre réaliste la décarbonation de l’industrie du ciment et de la chaux vive à l’échelle mondiale.

Figure 1. Dispositif expérimental à ISTerre : Couplage de la dissolution de calcaire en milieu acide avec un piégeage simultanée du CO₂ par adsorption chimique dans une solution de soude. L’adsorption chimique du CO₂  suivie en temps réel par spectroscopie Raman. 

(1) Montes-Hernandez, German. Decarbonizing the cement industry is crucial for reducing CO2 emissions : Myth or reality ? Chemical Engineering Journal (2025) 518, 164995.

(2) Intergovernmental Panel On Climate Change (IPCC), 2023.

https://www.ipcc.ch/report/sixth-assessment-report-cycle/.

(3) Montes-Hernandez, German, Weiss, Jérôme, Clavier, Sarah, Cordonnier, Benoit, Tafforeau, Paul, Plé, Olivier, Renard, Francois. Fabrication of iron-magnesite under mild conditions through indirect carbonation of peridotite and its utilization as partial substitute for cement in concrete. Industrial & Engineering Chemistry Research (2025) 64, 13770-13783.