Vous n’imaginez probablement pas le charbon lorsque vous entendez l’expression « matériau de construction écologique ». Le charbon est sale. Cela pollue l’air. Il rejette des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Il est rarement considéré comme un choix écologique en matière de construction. Il y a pourtant une tournure ironique dans l’histoire du béton moderne. Les déchets issus de la combustion du charbon sont désormais utilisés pour créer un matériau susceptible de contribuer à réduire les émissions de carbone dans le secteur de la construction. Ce matériau est du béton de cendres volantes.
Qu’est-ce que les cendres volantes ?
La majeure partie de l’électricité aux États-Unis provient de centrales électriques au charbon. Le charbon est broyé en une fine poudre. Il est brûlé à des températures extrêmes dans une chaudière. La chaleur crée de la vapeur. La vapeur fait tourner des turbines. C’est ainsi que nous obtenons le pouvoir. C’est un sale processus. Les usines modernes disposent d’équipements de contrôle de la pollution pour empêcher les particules de sortir des cheminées. Lorsque cet équipement est nettoyé, il ne nous reste que des cendres de charbon.
Les cendres volantes sont l’un des sous-produits industriels les plus abondants sur Terre. Les compagnies d’électricité sont tenues par les lois environnementales de les piéger et de les éliminer correctement. Mais l’élimination est un casse-tête. Le volume est énorme. Les cendres contiennent des métaux lourds. Cela peut être dangereux. Les centrales à charbon aux États-Unis n’ont pas les meilleurs antécédents en matière de traitement de ces déchets. Plusieurs déversements majeurs ont été signalés ces dernières années.
L’idée astucieuse du recyclage
Le secteur de la construction a eu une idée intelligente. Commencez à fabriquer du béton avec des cendres volantes. Remplacez le ciment Portland par des cendres volantes. Le ciment Portland est le principal ingrédient de la plupart des bétons. Les cendres volantes possèdent des caractéristiques qui en font un bon candidat. Il offre de la force. Il offre une durabilité. C’est bon marché. Et parce qu’il est recyclé, il empêche les entreprises de béton d’exploiter de nouvelles matières premières.
Cela semble être une victoire pour tout le monde. Mais il y a des inquiétudes. Les gens s’inquiètent de la sécurité de vivre entourés de cendres volantes. Le charbon regorge de substances nocives. On se demande si des métaux lourds pourraient s’échapper du béton fabriqué à partir de cendres de charbon. Les constructeurs craignent des poursuites. Ils s’inquiètent de la couverture d’assurance.
Le problème des métaux lourds
Les cendres de charbon sont un cocktail de produits chimiques toxiques. Il contient des métaux lourds présents dans le charbon, mais en concentrations plus élevées. Les cendres volantes contiennent généralement de l’arsenic, du plomb et du sélénium. Ces substances sont connues pour provoquer le cancer et d’autres problèmes de santé. Les environnementalistes se battent depuis longtemps pour que les cendres volantes soient classées comme matière dangereuse. Ils se sont heurtés à une forte résistance. Du secteur de l’énergie. Du secteur de la construction.
Le stockage et l’élimination en toute sécurité des cendres volantes constituent un défi majeur. Il est généralement mélangé à de l’eau et stocké dans des bassins à cendres. Ces étangs sont exposés aux tempêtes. Ils peuvent provoquer des déversements. Il existe actuellement environ 600 sites de cendres de charbon dans 35 États du pays. Beaucoup ont récemment subi des déversements.
Le plus grand déversement de cendres volantes de l’histoire des États-Unis a eu lieu en 2008. Il s’est produit à l’usine fossile de Kingston. Cette usine se trouve à environ 40 milles à l’ouest de Knoxville, dans le Tennessee. Environ un milliard de gallons de boues de cendres volantes et d’eau ont été rejetés. C’était une catastrophe environnementale. Elle s’est propagée aux terres et aux cours d’eau environnants.
Est-il sûr de construire avec ?
Une solution potentielle au problème du stockage consiste à utiliser les cendres volantes comme matériau de construction. Lorsqu’elles sont utilisées dans le béton, les cendres volantes sont généralement considérées comme relativement sûres. Bien qu’elles contiennent souvent des substances cancérigènes connues, on pense que leurs effets nocifs sont neutralisés lorsque des cendres volantes sont ajoutées aux mélanges de béton. Mais les performances à long terme sont toujours surveillées. La question de la lixiviation demeure. Les risques juridiques persistent.
“Le béton à base de cendres volantes semble être un gagnant, mais des inquiétudes subsistent quant à la sécurité si nous nous entourons de trop de cendres volantes.”
Nous ne savons toujours pas exactement comment il se comportera au fil des décennies. Les métaux lourds sont enfermés, en théorie. Mais la théorie n’est pas toujours la réalité. Le débat continue. Le problème des déchets est partiellement résolu. Mais est-ce pleinement ?
La chimie derrière le mélange
Laissons de côté le cours académique et regardons ce qui se passe réellement à l’intérieur du tambour. On entend souvent dire que les cendres volantes remplacent le ciment Portland, mais savez-vous ce qu’est réellement le ciment Portland ? C’est l’épine dorsale omniprésente de la construction moderne. La recette ? Principalement de la chaux et de la silice, avec un peu d’aluminium et de fer. Pour le fabriquer, vous broyez du calcaire, de la craie, des coquillages, de l’argile, du schiste et du sable. Ensuite, vous le faites cuire. Sa production nécessite une quantité énorme d’énergie et de ressources, c’est exactement pourquoi le secteur de la construction recherche des alternatives.
Lorsque vous introduisez des cendres volantes dans le mélange, elles ne restent pas simplement là comme charge inerte. C’est actif.
Le béton géopolymère est le terme technique désignant le béton fabriqué à partir de matériaux synthétiques aluminosilicates. Les cendres volantes sont riches en alumine et en silicate. Lorsqu’il rencontre les solutions alcalines du ciment Portland, une réaction chimique se produit. Il produit un gel d’aluminosilicate liant qui devient partie intégrante de la matrice du béton. Ce n’est pas un substitut faible. C’est un remplacement robuste du ciment Portland ordinaire.
Quelle quantité de cendres volantes pouvez-vous utiliser ?
Les normes actuelles de l’industrie varient, mais vous verrez généralement des mélanges de béton dans lesquels jusqu’à 25 % du ciment est remplacé par des cendres volantes. Certains fabricants poussent ce chiffre à 50 pour cent.
Il y a cependant un piège. Des concentrations plus élevées de cendres volantes nécessitent des tests plus rigoureux. Les résultats peuvent être imprévisibles si vous ne composez pas correctement le mixage. Du point de vue du constructeur, la performance est la seule mesure qui compte. Et dans ce domaine, le béton de cendres volantes est à la hauteur.
Changer la composition du béton ajoute de la résistance. Le matériau obtenu est moins poreux que le ciment Portland standard. Cela signifie qu’il est plus résistant à la corrosion et à la détérioration prématurée. Il est également plus résistant aux acides et au feu. En termes de puissance brute, le béton de cendres volantes démontre une résistance à la compression et une résistance à la traction (étirement) plus élevées.
Pourquoi c’est un paradoxe vert
Les cendres volantes proviennent de centrales électriques au charbon. Ce sont parmi les plus grandes sources de pollution atmosphérique et d’émissions de dioxyde de carbone de la planète. Alors, comment un déchet d’un pollueur peut-il être considéré comme une matière verte ?
Simple. Recyclage.
Si les compagnies d’électricité veulent de toute façon brûler du charbon et produire des cendres volantes, autant en faire bon usage. Cela permet d’économiser de l’argent. Cela permet d’économiser de l’énergie. Et cela évite que les déchets finissent dans les décharges.
Fabriquer du ciment à partir de zéro est gourmand en énergie. Des estimations prudentes suggèrent que la production de béton représente 5 à 8 pour cent des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Ce nombre pourrait être plus élevé. Nous produisons actuellement plus de 2,6 milliards de tonnes de ciment Portland par an. À mesure que la population augmente, ce nombre augmentera à moins qu’une option plus verte n’émerge.
Le béton de cendres volantes offre une solution. Il réduit les émissions mondiales de carbone tout en construisant des infrastructures qui durent plus longtemps. Vous n’aurez pas à reconstruire aussi souvent. Une étude a même révélé que les briques de cendres volantes peuvent stocker le dioxyde de carbone de l’environnement, ajoutant ainsi un autre avantage environnemental.
Le crédit LEED et son impact à long terme
Le US Green Building Council est d’accord. Le leadership en matière de conception énergétique et environnementale (LEED) attribue la substitution du béton de cendres volantes à au moins 40 pour cent du ciment Portland ordinaire.
Une évaluation du cycle de vie, portant sur chaque étape, de la production à la démolition, montre que le remplacement du ciment Portland ordinaire par du béton à base de cendres volantes peut réduire les émissions de carbone jusqu’à 90 %. Le calcul est simple. Les cendres volantes sont recyclées. Son utilisation évite les émissions de dioxyde de carbone associées à la fabrication de nouveau ciment. Et comme le béton est plus durable, il n’est pas nécessaire de le déchirer et de le remplacer aussi fréquemment.
L’infrastructure que vous construisez aujourd’hui dure plus longtemps. L’empreinte carbone diminue. Ce n’est pas seulement un choix matériel. C’est une stratégie. Mais la chaîne d’approvisionnement suivra-t-elle le rythme ? Et les petits bricoleurs peuvent-ils reproduire cela à grande échelle sans laboratoire sur place ? C’est le prochain obstacle.
La question des métaux lourds dans le béton
Les cendres volantes sont essentiellement des résidus de charbon pulvérisés. Le charbon contient des métaux lourds et des toxines. Donc, logiquement, vous pourriez vous inquiéter de vivre à l’intérieur d’un mur fait de poussière de charbon. Cela semble risqué. Et pendant un certain temps, l’industrie a dû prouver que ce n’était pas le cas.
La tension a culminé fin 2008. Une digue a éclaté à l’usine fossile de Kingston de la Tennessee Valley Authority. Plus de 5,4 millions de mètres cubes de boues se sont déversés. Il couvrait 300 acres. Le cycle de l’actualité a été brutal. Un déversement plus petit a frappé l’Alabama quelques semaines plus tard. Les médias ont fait vivre l’histoire. L’EPA en a pris note. Les militants réclamaient des règles plus strictes.
Cela nous amène à la principale préoccupation en matière de sécurité pour les bricoleurs et les propriétaires : le béton à base de cendres volantes est-il sans danger pour un usage résidentiel ?
L’Environmental Protection Agency a débattu de la classification des cendres volantes comme déchet dangereux. Ils ont déclaré qu’une telle étiquette ne s’appliquerait pas techniquement aux cendres volantes déjà mélangées au béton. Mais le secteur de la construction reste sceptique. Il est difficile de se débarrasser d’une stigmatisation. Même si le béton est chimiquement inerte, la perception du risque persiste.
Lixiviation et stabilité chimique
Il a été démontré que le béton géopolymère, un type qui dépend fortement des cendres volantes, lessive l’arsenic, le chrome et le sélénium. Ce sont des éléments toxiques. Vous n’en voulez pas dans votre sous-sol.
Cependant, la chimie n’est pas statique. Les recherches indiquent que l’ajout de calcium peut réduire considérablement la lixiviation de ces métaux lourds. Cela crée une matrice plus stable. Mais les données à long terme sont encore incomplètes. Que se passe-t-il lorsque le béton se dégrade en cinquante ans ? Que se passe-t-il lorsqu’il finit dans une décharge ? Les réponses sont encore à l’étude.
La stigmatisation juridique
L’industrie du béton craint plus un faux-pas réglementaire qu’un faux-pas chimique. Ils s’inquiètent d’une « loi hybride ». Cela classerait les cendres volantes stockées comme dangereuses tout en laissant le béton fini dans une zone grise. Le risque est social et juridique, pas seulement physique.
Si les cendres volantes sont étiquetées avec des étiquettes de déchets dangereux, elles risquent d’être stigmatisées comme l’amiante ou la peinture au plomb. Cette réputation est mortelle pour le marché. Cela pourrait rendre les entreprises de construction vulnérables à des poursuites judiciaires. Même si la science affirme que c’est sans danger, le risque de responsabilité est réel.
Détails du déversement à Kingston
Pour situer l’ampleur de la controverse, regardez le déversement de Kingston en 2008. La rupture de la digue a libéré d’énormes quantités de boues. Ce n’était pas seulement de la saleté. C’était un sous-produit du charbon humide. Le ministère de l’Environnement et de la Conservation du Tennessee et l’EPA nettoient les eaux et les terres touchées depuis des années. C’est un processus compliqué, coûteux et continu.
Le déversement n’a pas seulement nettoyé l’environnement. Cela a assaini la confiance du public dans les cendres volantes en tant que matériau de construction. Ou du moins, ça l’a craqué.
Imaginez maintenant appliquer ce même matériau à votre projet de rénovation domiciliaire. Vous utilisez un sous-produit de la production d’électricité. C’est bon marché. C’est écologique en termes de réduction des déchets. Mais vous intégrez aussi un matériau au passé controversé.
La question ne concerne pas seulement les liaisons chimiques. C’est une question de perception. Il s’agit de savoir si l’industrie du béton peut gérer le récit. Et si les propriétaires sont prêts à négliger l’origine du charbon lorsque le produit final ressemble à du béton gris standard.
Certains disent que les avantages dépassent les risques. D’autres disent que l’incertitude est trop grande. Le paysage réglementaire évolue. La science évolue. Mais le béton ? Il reste en place.
