Un liant à base de silicate de magnésium montre un potentiel comme voie neutre en carbone pour la fabrication du ciment

Pourquoi un ciment plus propre est important

Le ciment est la colle qui maintient nos bâtiments, ponts et routes, mais sa fabrication libère de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Cet article explore un nouveau type de ciment fabriqué à partir d’une roche riche en magnésium qui pourrait réduire drastiquement ces émissions responsables du réchauffement climatique tout en fournissant la résistance requise par la construction moderne.

Un nouveau regard sur la colle de construction préférée du monde

Le béton se compose de pierres, de sable, d’eau et d’une poudre appelée ciment. Aujourd’hui, presque tout le ciment est à base de calcaire, qui doit être chauffé à très haute température. Ce processus consomme du combustible et décompose aussi le calcaire lui‑même, libérant du dioxyde de carbone. Au total, les cimenteries sont responsables d’environ 8 % des émissions mondiales de CO2, et ces émissions « difficiles à éviter » issues du calcaire sont particulièrement ardues à éliminer. Les plans climatiques existants misent souvent sur la capture et le stockage de ce carbone, mais cette technologie est coûteuse, lente à déployer et pose des questions de sécurité et de long terme.

S’inspirer de la chimie naturelle des roches

Les chercheurs se tournent vers des roches qui réagissent naturellement avec l’eau en profondeur dans la croûte terrestre : des roches ultramafiques riches en magnésium, qui altèrent couramment en un mélange minéral appelé serpentinite. Dans la nature, ces roches évoluent lentement sur de longues périodes et étaient longtemps considérées comme pauvres pour former des liants résistants. En étudiant attentivement les variations d’énergie et les vitesses de réaction du magnésium et de la silice en présence d’eau, l’équipe montre que ce système peut en réalité se comporter de manière comparable au ciment conventionnel s’il est correctement activé. Leur travail suggère qu’une forme spéciale et très réactive de silicate de magnésium peut former des phases d’assemblage solides et stables lors de l’hydratation, à l’instar des phases liantes qui apparaissent dans le ciment standard.

Transformer la roche en ciment utilisable

Le nouveau liant part de roche serpentinite issue de carrières existantes. La roche est concassée, chauffée à environ 775 degrés Celsius dans un four rotatif, puis finement broyée. Ce traitement thermique élimine partiellement l’eau des minéraux et perturbe leur structure cristalline, les transformant en une poudre amorphe aux rayons X, très réactive. Lorsqu’elle est mélangée à de l’eau, cette poudre se dissout lentement et se reforme en phases d’hydrate de silicate de magnésium très fines. Ces nouvelles phases soudent le matériau et lui confèrent une résistance en compression comparable à celle du ciment Portland commercial, comme le montrent des essais de résistance sur 28 jours. La manipulation sur chantier est globalement similaire au ciment standard, bien que le nouveau liant nécessite actuellement des doses plus élevées d’additifs plastifiants pour obtenir une bonne fluidité à faible teneur en eau, et que des adjuvants sur mesure restent à développer.

Performances pratiques dans des structures réelles

Le liant en silicate de magnésium présente des différences importantes par rapport au béton d’aujourd’hui. L’eau de porosité dans le matériau durci est moins alcaline, avec un pH autour de 10 au lieu de 13. Une forte alcalinité protège normalement les armatures en acier contre la corrosion, donc ce changement soulève des questions de durabilité. Cependant, d’autres études sur des liants similaires montrent qu’une structure de pores plus fine et une conductivité électrique faible peuvent compenser le pH plus bas, et les auteurs suggèrent d’employer de l’acier revêtu ou des fibres alternatives lorsque nécessaire. La chaleur dégagée lors de la prise du liant est également plus faible, ce qui peut être bénéfique pour les très grands éléments en réduisant les fissures. La résistance globale et la maniabilité le rendent adapté à de nombreuses applications en béton prêt à l’emploi et en éléments préfabriqués, bien que des tests supplémentaires soient nécessaires pour la durabilité à long terme et la compatibilité avec les additifs courants.

Y a‑t‑il suffisamment de roche adaptée sur Terre ?

Pour peser sur le climat, tout nouveau liant doit être produit à très grande échelle. L’équipe analyse une base de données géologique mondiale des gisements de serpentinite dans 36 pays producteurs de ciment. Dans 28 d’entre eux, les ressources connues sont suffisamment importantes pour soutenir plus d’un siècle de production actuelle de ciment si elles étaient totalement substituées par le nouveau liant. Certains pays pourraient même exporter la matière. Là où la couverture des bases de données est faible, comme dans certaines régions d’Afrique et d’Amérique du Sud, les auteurs complètent les données par des études bibliographiques, en prenant l’Égypte et le Nigeria comme exemples. Ces études de cas montrent que d’importants gisements de serpentinite existent même lorsque les cartes sont incomplètes, mais elles soulignent aussi la nécessité d’enquêtes locales plus détaillées avant d’engager des investissements importants.

Combien de carbone cela pourrait‑il réellement économiser ?

Parce que la serpentinite ne contient pas de dioxyde de carbone intégré, le nouveau liant évite les émissions chimiques qui se produisent lors du chauffage du calcaire, lesquelles ajoutent aujourd’hui environ 600 kilogrammes de CO2 par tonne de clinker de ciment conventionnel. Il requiert aussi des températures de four plus basses qui peuvent être atteintes par chauffage électrique. En utilisant des scénarios énergétiques futurs pour l’Europe, les auteurs modélisent comment les émissions de la production de liant en silicate de magnésium diminuent à mesure que les systèmes électriques passent des combustibles fossiles aux sources renouvelables ou nucléaires. Si les usines européennes adaptent progressivement ou remplacent les fours à ciment existants de sorte qu’en 2050 tout le clinker soit à base de magnésium et alimenté par une électricité neutre en carbone, les émissions cumulées évitées pourraient atteindre environ 2 milliards de tonnes de CO2. Les émissions annuelles du ciment européen dans ce scénario tomberaient à seulement quelques millions de tonnes par an, soit une baisse d’environ 97 % par rapport à aujourd’hui.

Une voie possible vers un béton compatible climat

L’étude conclut que le liant en silicate de magnésium issu de serpentinite pourrait constituer la base technique pour un béton quasi neutre en carbone d’ici le milieu du siècle, du moins dans les régions disposant d’un approvisionnement énergétique et de matières premières adaptés. Le procédé s’intègre bien aux équipements industriels actuels, évite la dépendance à une capture et un stockage massif du carbone, et exploite des ressources rocheuses largement réparties. Des défis subsistent, notamment des études détaillées de durabilité, des additifs chimiques sur mesure, des agréments réglementaires et le rythme même des reconversions d’usines requis. Malgré tout, ce travail montre que repenser les minéraux à l’origine du ciment pourrait jouer un rôle majeur pour réduire les émissions d’un des matériaux les plus importants au monde.

Citation: Naber, C., Majzlan, J., Moosdorf, N. et al. Magnesium silicate binder shows potential as a carbon-neutral route for cement manufacture. Commun. Sustain. 1, 79 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00085-z

Mots-clés: ciment faible en carbone, liant en silicate de magnésium, serpentinite, décarbonation du ciment, matériaux de construction