EGC

Analyse du Cycle de Vie (ACV)

Exercice : ACV Ciment CEM I vs CEM II

Analyse du Cycle de Vie (ACV) : Ciment Portland (CEM I) vs Ciment Composé (CEM II)

Contexte : Le cimentLiant hydraulique qui, mélangé à de l'eau, forme une pâte qui durcit à l'air et sous l'eau. est le matériau le plus utilisé au monde après l'eau.

La production de ciment est responsable d'environ 7 à 8% des émissions mondiales de CO2. Le composant principal, le clinkerComposant de base du ciment, obtenu par cuisson à très haute température (1450°C) d'un mélange de calcaire et d'argile. Sa production est très énergivore et émet beaucoup de CO2., est au cœur de cet impact. Pour réduire cette empreinte, les industriels développent des ciments "composés" (comme le CEM II) qui substituent une partie du clinker par des ajouts, tels que le laitier de haut-fourneauCo-produit de la fabrication de la fonte dans l'industrie sidérurgique. Son utilisation en cimenterie permet de valoriser un déchet et de réduire la part de clinker..

Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à quantifier et comparer l'impact environnemental de deux matériaux de construction courants en utilisant une méthode d'Analyse du Cycle de Vie (ACV) simplifiée, focalisée sur l'étape de production ("berceau à la porte").

Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre la notion d'ACV "berceau à la porte" (Cradle-to-Gate).
  • Identifier les principaux indicateurs d'impact environnemental (GWP, EP).
  • Calculer et comparer l'empreinte carbone et énergétique de 1 kg de ciment CEM I et CEM II/B-L.
  • Quantifier le bénéfice environnemental d'un ciment composé par rapport à un ciment Portland traditionnel.

Données de l'étude

On réalise une ACV simplifiée "berceau à la porte" (extraction des matières premières jusqu'à la sortie de l'usine) pour 1 kg de deux ciments différents.

Fiche Technique
Caractéristique Ciment CEM I (Portland) Ciment CEM II/B-L (Composé)
Composition : Clinker 95 % 70 %
Composition : Laitier 0 % 25 %
Composition : Autres (ex: Gypse) 5 % 5 %
Schéma de l'ACV "Berceau à la Porte" (Cradle-to-Gate)
Matières Premières (Calcaire, Argile, ...) Production Clinker (Cuisson 1450°C) Broyage & Ajouts (Laitier, Gypse) Ciment (Produit) Porte de l'Usine Berceau
Indicateur d'Impact Unité Impact / kg Clinker Impact / kg Laitier (Ajout) Impact / kg Gypse (Autre) Transport M.P. (par kg de ciment final)
Potentiel de Réchauffement Global (GWP) kg CO2-eq 0.850 0.050 0.010 0.020
Énergie Primaire (EP) MJ 4.50 0.80 0.20 0.10

Questions à traiter

  1. Calculer le GWP (en kg CO2-eq) pour produire 1 kg de Ciment CEM I.
  2. Calculer le GWP (en kg CO2-eq) pour produire 1 kg de Ciment CEM II/B-L.
  3. Calculer l'Énergie Primaire (en MJ) nécessaire pour produire 1 kg de Ciment CEM I.
  4. Calculer l'Énergie Primaire (en MJ) nécessaire pour produire 1 kg de Ciment CEM II/B-L.
  5. Pour un chantier nécessitant 50 tonnes (50 000 kg) de ciment, quel est le gain environnemental (en kg CO2-eq) si l'on choisit le CEM II/B-L plutôt que le CEM I ?

Les bases sur l'Analyse du Cycle de Vie (ACV)

L'ACV est une méthode normalisée (ISO 14040/14044) pour évaluer les impacts environnementaux d'un produit ou service tout au long de son cycle de vie.

1. Périmètre "Berceau à la Porte" (Cradle-to-Gate)
Ce type d'ACV couvre les étapes depuis l'extraction des matières premières (le "berceau") jusqu'à la sortie du produit fini de l'usine (la "porte"), avant sa distribution et son utilisation. Pour cet exercice, cela inclut l'impact des composants (clinker, laitier, gypse) et le transport des matières premières vers l'usine.

2. Calcul d'Impact (Principe de Sommation)
L'impact total d'un produit est la somme des impacts de ses composants, pondérée par leur masse, plus les impacts des autres étapes (comme le transport). \[ \text{Impact}_{\text{Total}} = \sum (\text{Masse}_{\text{composant}} \times \text{Impact}_{\text{composant}}) + \text{Impact}_{\text{transport}} \] Pour 1 kg de ciment, on utilise les pourcentages massiques : \[ \text{Impact}_{\text{1kg}} = \sum (\%_{\text{composant}} \times \text{Impact}_{\text{composant}}) + \text{Impact}_{\text{transport, 1kg}} \]

Correction : Analyse du Cycle de Vie (ACV)

Question 1 : Calculer le GWP (en kg CO2-eq) pour produire 1 kg de Ciment CEM I.

Principe

L'objectif est de calculer l'empreinte carbone (GWP) de 1 kg de ciment CEM I. Pour cela, nous devons additionner les impacts de chaque composant (clinker, gypse) en proportion de leur masse dans le produit final, et y ajouter l'impact du transport des matières premières.

Mini-Cours

Le GWP (Global Warming Potential) ou Potentiel de Réchauffement Global est l'indicateur utilisé pour mesurer l'impact sur le changement climatique. Il est exprimé en "kilogramme équivalent CO2" (kg CO2-eq). Le calcul se base sur la formule de sommation vue dans les rappels.

Remarque Pédagogique

La clé ici est de bien lire le tableau des données. Nous avons besoin de la composition du CEM I (Fiche Technique) et des impacts GWP de chaque composant (Tableau des Impacts).

Normes

Les calculs d'ACV suivent les principes des normes ISO 14040 et 14044. Les données d'impact (comme 0.850 kg CO2-eq / kg clinker) proviennent de Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire (FDES) ou de bases de données (ex: Ecoinvent).

Formule(s)

La formule générale appliquée à notre cas pour 1 kg de CEM I :

GWP pour 1 kg de CEM I

\[ GWP_{\text{CEM I}} = (\%_{\text{Clinker}} \times GWP_{\text{Clinker}}) + (\%_{\text{Gypse}} \times GWP_{\text{Gypse}}) + GWP_{\text{Transport}} \]
Hypothèses

Nous supposons que les données d'impact fournies sont correctes et représentent une moyenne fiable. Nous négligeons les autres impacts mineurs (emballage, électricité de l'usine hors process clinker/broyage) qui sont hors du périmètre simplifié.

  • Les pourcentages massiques sont exacts.
  • Les impacts sont linéaires (produire 2 kg = 2 fois l'impact de 1 kg).
Donnée(s)

Nous extrayons les données nécessaires des tableaux de l'énoncé :

ParamètreSymboleValeurUnité
Part de Clinker (CEM I)\(\%_{\text{Clinker}}\)95 % (ou 0.95)-
Part de Gypse (CEM I)\(\%_{\text{Gypse}}\)5 % (ou 0.05)-
Impact GWP Clinker\(GWP_{\text{Clinker}}\)0.850kg CO2-eq / kg
Impact GWP Gypse\(GWP_{\text{Gypse}}\)0.010kg CO2-eq / kg
Impact GWP Transport\(GWP_{\text{Transport}}\)0.020kg CO2-eq / kg ciment
Astuces

Faites très attention aux unités. Ici, tout est "par kg", ce qui simplifie les choses. Le piège serait de mal associer les pourcentages aux bons impacts. Le clinker domine toujours très largement l'impact du ciment.

Schéma (Avant les calculs)

Nous nous concentrons sur les composants du CEM I : 95% de Clinker et 5% de Gypse, auxquels s'ajoute le processus de Transport.

Flux d'impact pour 1 kg de CEM I
1 kg Ciment CEM I 0.95 kg Clinker 0.05 kg Gypse Transport M.P.
Calcul(s)

Nous appliquons la formule en multipliant les parts massiques par leurs impacts respectifs et en ajoutant l'impact du transport.

Étape 1 : Calcul de l'impact des composants

\[ \begin{aligned} \text{Impact}_{\text{Composants}} &= (0.95 \times 0.850) + (0.05 \times 0.010) \\ &= 0.8075 + 0.0005 \\ &= 0.808 \text{ kg CO2-eq} \end{aligned} \]

Étape 2 : Ajout de l'impact du transport

\[ \begin{aligned} GWP_{\text{CEM I}} &= \text{Impact}_{\text{Composants}} + GWP_{\text{Transport}} \\ &= 0.808 + 0.020 \\ \Rightarrow GWP_{\text{CEM I}} &= 0.828 \text{ kg CO2-eq} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Visualisation des contributions à l'impact GWP total. Le clinker est (et doit être) la part dominante.

Contributions au GWP du CEM I (0.828 kg CO2-eq)
Clinker (0.8075) Transport (0.020)
Réflexions

Le résultat de 0.828 kg CO2-eq pour 1 kg de ciment est un ordre de grandeur typique pour un CEM I. On observe que l'impact du clinker (0.8075) représente environ 97.5% de l'impact total, tandis que le gypse et le transport sont quasi-négligeables en comparaison. C'est bien la production de clinker qui est le levier d'action principal.

Points de vigilance

Ne pas oublier d'inclure l'impact du transport, même s'il est faible. Ne pas confondre l'impact du Laitier (0.050) avec celui du Gypse (0.010). Le CEM I n'utilise pas de laitier.

Points à retenir

Pour calculer l'impact d'un produit composite, on fait la somme pondérée des impacts de ses composants.

  • Impact = (Masse A * Impact A) + (Masse B * Impact B) + ...
  • L'impact du ciment Portland (CEM I) est dominé ( > 95%) par son composant principal, le clinker.
Le saviez-vous ?

La réaction chimique de décarbonatation du calcaire (\(CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2\)) lors de la cuisson du clinker est responsable d'environ 60% des émissions de CO2 de la cimenterie. Les 40% restants proviennent de la combustion de l'énergie (gaz, charbon...) nécessaire pour chauffer le four à 1450°C.

FAQ

Questions fréquentes sur ce calcul.

Pourquoi l'impact du gypse est-il si faible ?

Le gypse est une roche naturelle (sulfate de calcium) qui est simplement broyée. Sa transformation ne nécessite pas de cuisson à haute température comme le clinker, son impact provient donc principalement de l'extraction et du broyage, qui sont bien moins énergivores.

Qu'inclut le "Transport M.P." ?

Dans cette ACV simplifiée, il représente l'impact moyen (carburant des camions, etc.) pour amener toutes les matières premières (calcaire, argile, gypse...) du lieu d'extraction (carrière) jusqu'à la cimenterie, ramené à 1 kg de ciment produit.

Résultat Final
L'impact GWP pour 1 kg de Ciment CEM I est de 0.828 kg CO2-eq.
A vous de jouer

En gardant les mêmes données, quel serait l'impact GWP pour 10 kg de Ciment CEM I ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 1 :

  • Concept Clé : Calcul GWP par sommation pondérée.
  • Formule Essentielle : \(GWP = \sum (\%_{\text{comp}} \times GWP_{\text{comp}}) + GWP_{\text{trans}}\).
  • Résultat : \(1 \text{ kg CEM I} \approx 0.83 \text{ kg CO2-eq}\).

Question 2 : Calculer le GWP (en kg CO2-eq) pour produire 1 kg de Ciment CEM II/B-L.

Principe

La méthode est identique à la question 1. La seule différence réside dans la composition du ciment. Le CEM II utilise moins de clinker (la principale source d'impact) et le remplace par du laitier de haut-fourneau, un co-produit de la sidérurgie qui a un impact bien plus faible.

Mini-Cours

Les ciments composés (CEM II à CEM V) sont la principale stratégie de l'industrie pour réduire son empreinte carbone. En substituant le clinker (impact élevé) par des "ajouts cimentaires" (laitier, cendres volantes, pouzzolanes...) à faible impact, on réduit mécaniquement l'impact final du liant.

Remarque Pédagogique

Votre "réflexe ACV" doit être le suivant : "La composition change ? Alors l'impact change." Identifiez les nouveaux pourcentages et les nouveaux composants, puis appliquez la même formule de sommation.

Normes

Les normes (ex: EN 197-1 en Europe) définissent précisément les fourchettes de composition pour chaque type de ciment. Un "CEM II/B-L" peut contenir entre 65% et 79% de clinker et entre 21% et 35% de laitier (L).

Formule(s)

La formule générale est la même, mais avec les composants du CEM II :

GWP pour 1 kg de CEM II/B-L

\[ GWP_{\text{CEM II}} = (\%_{\text{Clinker}} \times GWP_{\text{Clinker}}) + (\%_{\text{Laitier}} \times GWP_{\text{Laitier}}) + (\%_{\text{Gypse}} \times GWP_{\text{Gypse}}) + GWP_{\text{Transport}} \]
Hypothèses

Mêmes hypothèses que pour la Q1. Nous supposons que l'impact du transport des matières premières est le même (0.020 kg CO2-eq), car il est donné "par kg de ciment final" quel que soit son type.

Donnée(s)

Nous extrayons les nouvelles données de composition et les impacts correspondants :

ParamètreSymboleValeurUnité
Part de Clinker (CEM II)\(\%_{\text{Clinker}}\)70 % (ou 0.70)-
Part de Laitier (CEM II)\(\%_{\text{Laitier}}\)25 % (ou 0.25)-
Part de Gypse (CEM II)\(\%_{\text{Gypse}}\)5 % (ou 0.05)-
Impact GWP Clinker\(GWP_{\text{Clinker}}\)0.850kg CO2-eq / kg
Impact GWP Laitier\(GWP_{\text{Laitier}}\)0.050kg CO2-eq / kg
Impact GWP Gypse\(GWP_{\text{Gypse}}\)0.010kg CO2-eq / kg
Impact GWP Transport\(GWP_{\text{Transport}}\)0.020kg CO2-eq / kg ciment
Astuces

Avant même de calculer, on peut anticiper le résultat. Le CEM II contient 70% de clinker contre 95% pour le CEM I. Comme le clinker est le principal responsable de l'impact, le résultat du CEM II doit être *significativement plus bas* que celui de la Q1.

Schéma (Avant les calculs)

La composition change : le bloc "Clinker" est plus petit, et un nouveau bloc "Laitier" apparaît.

Flux d'impact pour 1 kg de CEM II/B-L
1 kg Ciment CEM II 0.70 kg Clinker 0.25 kg Laitier 0.05 kg Gypse Transport M.P.
Calcul(s)

Nous appliquons la formule avec les nouveaux pourcentages.

Étape 1 : Calcul de l'impact des composants

\[ \begin{aligned} \text{Impact}_{\text{Composants}} &= (0.70 \times 0.850) + (0.25 \times 0.050) + (0.05 \times 0.010) \\ &= 0.595 + 0.0125 + 0.0005 \\ &= 0.608 \text{ kg CO2-eq} \end{aligned} \]

Étape 2 : Ajout de l'impact du transport

\[ \begin{aligned} GWP_{\text{CEM II}} &= \text{Impact}_{\text{Composants}} + GWP_{\text{Transport}} \\ &= 0.608 + 0.020 \\ \Rightarrow GWP_{\text{CEM II}} &= 0.628 \text{ kg CO2-eq} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Visualisation des contributions au GWP total. Le clinker domine toujours, mais sa part relative a diminué.

Contributions au GWP du CEM II (0.628 kg CO2-eq)
Clinker (0.595)
Réflexions

L'impact du CEM II est de 0.628 kg CO2-eq, contre 0.828 pour le CEM I. C'est une réduction de \((0.828 - 0.628) / 0.828 \approx 24\%\). Cette réduction est presque entièrement due à la substitution de 25% du clinker par du laitier. L'impact du laitier lui-même (0.0125) est très faible.

Points de vigilance

Attention à bien utiliser le bon pourcentage pour chaque composant (70% clinker, 25% laitier, 5% gypse). Une erreur courante est d'oublier le gypse ou d'inverser les parts de clinker et de laitier.

Points à retenir
  • La substitution du clinker par des ajouts (laitier) est la méthode la plus efficace pour réduire l'empreinte carbone du ciment.
  • Un co-produit (comme le laitier) a un impact environnemental très faible car les impacts de sa production "primaire" (la fabrication de l'acier) ne lui sont pas alloués.
Le saviez-vous ?

Il existe des ciments "surcomposés" comme les CEM III (ciments de haut-fourneau) qui peuvent contenir jusqu'à 95% de laitier ! Leurs performances sont différentes (prise plus lente, meilleure résistance aux sulfates) mais leur empreinte carbone est drastiquement plus faible.

FAQ

Questions fréquentes sur ce calcul.

Pourquoi l'impact du laitier (0.050) est-il si bas par rapport au clinker (0.850) ?

Le clinker nécessite une transformation chimique à 1450°C (décarbonatation + cuisson). Le laitier est un "déchet" de la sidérurgie. Il a déjà subi une transformation à haute température. En cimenterie, il est simplement séché et broyé. Son impact est donc "alloué" en grande partie à l'acier, et seul le broyage/séchage lui est compté.

Résultat Final
L'impact GWP pour 1 kg de Ciment CEM II/B-L est de 0.628 kg CO2-eq.
A vous de jouer

Que deviendrait le GWP du CEM II si l'impact du clinker passait à 0.900 kg CO2-eq/kg ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 2 :

  • Concept Clé : Réduction d'impact par substitution.
  • Formule Essentielle : Mêmes principes, nouveaux pourcentages.
  • Résultat : \(1 \text{ kg CEM II} \approx 0.63 \text{ kg CO2-eq}\).

Question 3 : Calculer l'Énergie Primaire (en MJ) nécessaire pour produire 1 kg de Ciment CEM I.

Principe

Nous changeons d'indicateur. Nous ne regardons plus le GWP (CO2) mais l'Énergie Primaire (EP) consommée. La logique de calcul reste exactement la même : une somme pondérée des impacts de chaque composant, en utilisant cette fois la colonne "Énergie Primaire (MJ)" du tableau des impacts.

Mini-Cours

L'Énergie Primaire (EP) mesure la quantité totale d'énergie "brute" (pétrole, gaz, charbon, uranium...) extraite de la nature nécessaire pour fabriquer le produit. Cela inclut l'énergie pour extraire, transformer, et transporter. Elle est mesurée en Mégajoules (MJ).

Remarque Pédagogique

C'est un exercice de transposition. Vous avez su le faire pour le GWP, vous devez savoir le refaire pour l'EP. Il suffit de changer de "ligne" dans le tableau de données d'impact.

Normes

L'indicateur "Énergie Primaire" (ou "Consommation d'énergie primaire non renouvelable") est également un indicateur standardisé dans les FDES et les normes d'ACV.

Formule(s)

La formule est analogue à celle de la Q1 :

Énergie Primaire pour 1 kg de CEM I

\[ EP_{\text{CEM I}} = (\%_{\text{Clinker}} \times EP_{\text{Clinker}}) + (\%_{\text{Gypse}} \times EP_{\text{Gypse}}) + EP_{\text{Transport}} \]
Hypothèses

Mêmes hypothèses que pour la Q1.

Donnée(s)

Nous extrayons les données de la ligne "Énergie Primaire (EP)" :

ParamètreSymboleValeurUnité
Part de Clinker (CEM I)\(\%_{\text{Clinker}}\)95 % (ou 0.95)-
Part de Gypse (CEM I)\(\%_{\text{Gypse}}\)5 % (ou 0.05)-
Impact EP Clinker\(EP_{\text{Clinker}}\)4.50MJ / kg
Impact EP Gypse\(EP_{\text{Gypse}}\)0.20MJ / kg
Impact EP Transport\(EP_{\text{Transport}}\)0.10MJ / kg ciment
Astuces

La cuisson du clinker est un processus thermique (chauffer un four), elle doit donc être la principale consommatrice d'énergie. Attendez-vous, comme pour le GWP, à ce que l'impact du clinker domine le résultat final.

Schéma (Avant les calculs)

Le schéma des flux est identique à la Q1, mais les valeurs que nous allons calculer représentent des Mégajoules (MJ) et non des kg CO2-eq.

Calcul(s)

Application de la formule avec les données d'Énergie Primaire.

Étape 1 : Calcul de l'impact des composants

\[ \begin{aligned} \text{Impact}_{\text{Composants}} &= (0.95 \times 4.50) + (0.05 \times 0.20) \\ &= 4.275 + 0.01 \\ &= 4.285 \text{ MJ} \end{aligned} \]

Étape 2 : Ajout de l'impact du transport

\[ \begin{aligned} EP_{\text{CEM I}} &= \text{Impact}_{\text{Composants}} + EP_{\text{Transport}} \\ &= 4.285 + 0.10 \\ \Rightarrow EP_{\text{CEM I}} &= 4.385 \text{ MJ} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Visualisation des contributions à l'EP totale. Le clinker représente 4.275 MJ sur un total de 4.385 MJ.

Réflexions

La production de 1 kg de CEM I nécessite 4.385 MJ d'énergie primaire. Encore une fois, la part du clinker (4.275 MJ) est écrasante, représentant 97.5% de l'énergie totale. L'énergie nécessaire au transport (0.10 MJ) et au gypse (0.01 MJ) est très marginale.

Points de vigilance

Ne mélangez pas les indicateurs ! N'utilisez que les données de la ligne "EP (MJ)". Ne reprenez pas les 0.850 ou 0.050 qui concernent le GWP.

Points à retenir
  • La logique de calcul d'ACV est la même quel que soit l'indicateur (GWP, EP, Eutrophisation, etc.).
  • La production de clinker n'est pas seulement émettrice de CO2, elle est aussi extrêmement énergivore.
Le saviez-vous ?

4.385 MJ, c'est l'équivalent énergétique d'environ 120 mL d'essence. Cela peut sembler peu, mais rapporté aux 4 milliards de tonnes de ciment produites chaque année, la consommation d'énergie de cette industrie est colossale.

FAQ

Questions fréquentes sur ce calcul.

Y a-t-il un lien entre GWP et EP ?

Oui, un lien très fort. Pour le clinker, une grande partie de l'Énergie Primaire (EP) provient de la combustion de combustibles fossiles (charbon, gaz...). Cette combustion libère du CO2, ce qui génère l'impact GWP. Plus l'EP (issue de fossiles) est élevée, plus le GWP "énergétique" l'est aussi.

Résultat Final
L'impact Énergie Primaire pour 1 kg de Ciment CEM I est de 4.385 MJ.
A vous de jouer

Que deviendrait l'EP du CEM I si l'énergie du transport M.P. était de 0.30 MJ/kg ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 3 :

  • Concept Clé : Transposition du calcul à un autre indicateur (EP).
  • Formule Essentielle : \(EP = \sum (\%_{\text{comp}} \times EP_{\text{comp}}) + EP_{\text{trans}}\).
  • Résultat : \(1 \text{ kg CEM I} \approx 4.39 \text{ MJ}\).

Question 4 : Calculer l'Énergie Primaire (en MJ) nécessaire pour produire 1 kg de Ciment CEM II/B-L.

Principe

Comme pour la question 2, nous appliquons la même logique que la question 3 (calcul de l'EP) mais avec la composition du ciment CEM II/B-L (moins de clinker, plus de laitier).

Mini-Cours

L'utilisation d'ajouts cimentaires (laitier) réduit non seulement le GWP (car le laitier a peu d'émissions "allouées") mais aussi l'EP. Le broyage/séchage du laitier (0.80 MJ/kg) est bien moins énergivore que la production de clinker (4.50 MJ/kg) qu'il remplace.

Remarque Pédagogique

C'est la quatrième et dernière application de la formule de base. Assurez-vous de bien sélectionner les bonnes données : composition du CEM II et impacts EP.

Normes

Idem Q3.

Formule(s)

La formule est analogue à celle de la Q2, mais pour l'EP :

Énergie Primaire pour 1 kg de CEM II/B-L

\[ EP_{\text{CEM II}} = (\%_{\text{Clinker}} \times EP_{\text{Clinker}}) + (\%_{\text{Laitier}} \times EP_{\text{Laitier}}) + (\%_{\text{Gypse}} \times EP_{\text{Gypse}}) + EP_{\text{Transport}} \]
Hypothèses

Mêmes hypothèses que précédemment.

Donnée(s)

Données pour le calcul de l'EP du CEM II :

ParamètreSymboleValeurUnité
Part de Clinker (CEM II)\(\%_{\text{Clinker}}\)70 % (ou 0.70)-
Part de Laitier (CEM II)\(\%_{\text{Laitier}}\)25 % (ou 0.25)-
Part de Gypse (CEM II)\(\%_{\text{Gypse}}\)5 % (ou 0.05)-
Impact EP Clinker\(EP_{\text{Clinker}}\)4.50MJ / kg
Impact EP Laitier\(EP_{\text{Laitier}}\)0.80MJ / kg
Impact EP Gypse\(EP_{\text{Gypse}}\)0.20MJ / kg
Impact EP Transport\(EP_{\text{Transport}}\)0.10MJ / kg ciment
Astuces

Anticipation du résultat : le CEM II contient moins de clinker (forte consommation d'EP) et plus de laitier (faible consommation d'EP). Le résultat final pour le CEM II doit donc être nettement inférieur à celui du CEM I (4.385 MJ).

Schéma (Avant les calculs)

Le schéma des flux est identique à la Q2. Nous calculons l'énergie associée à ces flux.

Calcul(s)

Application de la formule avec les données d'Énergie Primaire pour le CEM II.

Étape 1 : Calcul de l'impact des composants

\[ \begin{aligned} \text{Impact}_{\text{Composants}} &= (0.70 \times 4.50) + (0.25 \times 0.80) + (0.05 \times 0.20) \\ &= 3.15 + 0.20 + 0.01 \\ &= 3.36 \text{ MJ} \end{aligned} \]

Étape 2 : Ajout de l'impact du transport

\[ \begin{aligned} EP_{\text{CEM II}} &= \text{Impact}_{\text{Composants}} + EP_{\text{Transport}} \\ &= 3.36 + 0.10 \\ \Rightarrow EP_{\text{CEM II}} &= 3.46 \text{ MJ} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Visualisation des contributions à l'EP totale. Le clinker (3.15 MJ) est dominant, mais le laitier (0.20 MJ) a une part plus visible que pour le GWP.

Réflexions

L'impact EP du CEM II est de 3.46 MJ, contre 4.385 MJ pour le CEM I. C'est une réduction de \((4.385 - 3.46) / 4.385 \approx 21\%\). Cette réduction est, encore une fois, principalement due à la substitution du clinker.

Points de vigilance

Assurez-vous d'utiliser 0.80 MJ/kg pour le laitier et 4.50 MJ/kg pour le clinker, et non les valeurs de GWP.

Points à retenir
  • La substitution du clinker réduit à la fois le GWP et l'EP.
  • L'ordre de grandeur de l'énergie de production d'un ciment composé est d'environ 3.5 MJ/kg, contre 4.4 MJ/kg pour un ciment Portland.
Le saviez-vous ?

Une partie de l'énergie consommée par les cimenteries (environ 40% en France) provient de "combustibles de substitution" : pneus usagés, farines animales, déchets industriels... Cela permet de réduire la consommation d'énergie primaire *fossile* et de valoriser des déchets.

FAQ

Questions fréquentes sur ce calcul.

Pourquoi le laitier consomme-t-il 0.80 MJ/kg ?

Même s'il ne subit pas de cuisson, le laitier (qui est un co-produit) doit être refroidi brutalement (trempe), séché et finement broyé pour devenir un ajout cimentaire réactif. Ces étapes (surtout le séchage et le broyage) consomment de l'énergie, principalement électrique et thermique.

Résultat Final
L'impact Énergie Primaire pour 1 kg de Ciment CEM II/B-L est de 3.46 MJ.
A vous de jouer

Que deviendrait l'EP du CEM II si sa part de clinker était de 65% (et 30% de laitier) ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 4 :

  • Concept Clé : Calcul EP d'un ciment composé.
  • Formule Essentielle : Mêmes principes, composition CEM II, données EP.
  • Résultat : \(1 \text{ kg CEM II} \approx 3.46 \text{ MJ}\).

Question 5 : Pour un chantier nécessitant 50 tonnes (50 000 kg) de ciment, quel est le gain environnemental (en kg CO2-eq) si l'on choisit le CEM II/B-L plutôt que le CEM I ?

Principe

Cette question est une mise en application concrète. Nous avons calculé les impacts GWP *unitaires* (pour 1 kg) dans les questions 1 et 2. Il s'agit maintenant de calculer le gain unitaire, puis de multiplier ce gain par la quantité totale de ciment nécessaire pour le chantier.

Mini-Cours

L'ACV est un outil d'aide à la décision. C'est précisément ce type de calcul qui permet à un ingénieur ou un architecte de faire un choix éclairé entre deux matériaux. On ne compare pas seulement les performances techniques ou le prix, mais aussi l'impact environnemental à l'échelle d'un projet complet.

Remarque Pédagogique

Décomposez le problème : 1. Trouver le GWP du CEM I (résultat Q1). 2. Trouver le GWP du CEM II (résultat Q2). 3. Calculer la différence (le "gain") pour 1 kg. 4. Multiplier ce gain par 50 000.

Normes

Ce calcul est la base des ACV comparatives, qui sont encadrées par la norme ISO 14044. Pour publier une telle comparaison, l'étude devrait être revue par un panel d'experts indépendant.

Formule(s)

La formule est une simple extrapolation linéaire.

Gain GWP pour 1 kg

\[ \text{Gain}_{\text{unitaire}} = GWP_{\text{CEM I}} - GWP_{\text{CEM II}} \]

Gain GWP Total

\[ \text{Gain}_{\text{Total}} = \text{Gain}_{\text{unitaire}} \times \text{Quantité}_{\text{totale}} \]
Hypothèses

Nous supposons que l'impact est linéaire : produire 50 000 kg a un impact 50 000 fois supérieur à produire 1 kg. C'est une hypothèse standard et robuste en ACV.

Donnée(s)

Nous réutilisons les résultats des Q1 et Q2, et la nouvelle donnée de l'énoncé :

ParamètreSymboleValeurUnité
GWP Ciment CEM I\(GWP_{\text{CEM I}}\)0.828kg CO2-eq / kg
GWP Ciment CEM II\(GWP_{\text{CEM II}}\)0.628kg CO2-eq / kg
Quantité de ciment\(Q_{\text{totale}}\)50 000kg
Astuces

Ne vous trompez pas dans les zéros ! 50 tonnes = 50 000 kg. Le résultat final sera un nombre important, c'est normal car on passe d'une échelle "par kg" à une échelle "par chantier".

Schéma (Avant les calculs)

Le calcul est une simple multiplication, un schéma n'est pas nécessaire. On peut visualiser la différence comme la soustraction de deux barres d'impact.

Calcul(s)

Nous suivons les étapes de la remarque pédagogique.

Étape 1 : Calcul du gain unitaire

\[ \begin{aligned} \text{Gain}_{\text{unitaire}} &= GWP_{\text{CEM I}} - GWP_{\text{CEM II}} \\ &= 0.828 - 0.628 \\ &= 0.200 \text{ kg CO2-eq par kg de ciment} \end{aligned} \]

Étape 2 : Calcul du gain total pour 50 000 kg

\[ \begin{aligned} \text{Gain}_{\text{Total}} &= 0.200 \text{ kg CO2-eq/kg} \times 50 000 \text{ kg} \\ \Rightarrow \text{Gain}_{\text{Total}} &= 10 000 \text{ kg CO2-eq} \end{aligned} \]
Schéma (Après les calculs)

Visualisation de l'impact total comparé pour le chantier.

Comparaison GWP Total du Chantier (50 tonnes)
CEM I : 41 400 kg CO2-eq CEM II : 31 400 kg CO2-eq Gain = 10 000 kg CO2-eq
Réflexions

Le choix du CEM II/B-L permet d'économiser 10 000 kg de CO2-eq sur ce chantier. Pour contextualiser, c'est l'équivalent des émissions annuelles de 5 petites voitures (ou environ 50 000 km en voiture thermique). C'est un gain considérable, obtenu simplement en changeant le type de ciment.

Points de vigilance

Assurez-vous de multiplier par 50 000 (kg) et non 50 (tonnes). Les impacts unitaires étant en "par kg", la quantité totale doit être en "kg".

Points à retenir
  • L'ACV permet de quantifier les bénéfices d'un choix de matériau à l'échelle d'un projet.
  • Un petit gain unitaire (0.20 kg CO2) devient un gain majeur (10 000 kg CO2) lorsqu'il est multiplié par les quantités importantes du BTP.
Le saviez-vous ?

En France, la nouvelle réglementation environnementale RE2020 pousse fortement à l'utilisation de ciments à faible empreinte carbone (comme les CEM II, III, IV, V) pour la construction neuve, en imposant des seuils d'émission de CO2 maximum par m² de bâtiment.

FAQ

Questions fréquentes sur ce calcul.

A-t-on aussi un gain sur l'Énergie Primaire (EP) ?

Oui. Le gain unitaire en EP est de 4.385 (Q3) - 3.46 (Q4) = 0.925 MJ/kg. Pour 50 000 kg, le gain total serait de 0.925 * 50 000 = 46 250 MJ. C'est l'équivalent d'environ 1300 litres d'essence économisés.

Résultat Final
Le gain environnemental (GWP) en choisissant le CEM II/B-L est de 10 000 kg CO2-eq pour 50 tonnes de ciment.
A vous de jouer

Quel serait le gain GWP (en kg CO2-eq) pour un petit chantier de 800 kg de ciment ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 5 :

  • Concept Clé : Extrapolation d'un gain unitaire à un projet.
  • Formule Essentielle : \(\text{Gain}_{\text{Total}} = (\text{Impact}_A - \text{Impact}_B) \times \text{Quantité}\).
  • Résultat : \(50\text{t de CEM II vs CEM I} = -10 000 \text{ kg CO2-eq}\).

Outil Interactif : Simulateur d'Impact Ciment

Utilisez cet outil pour voir comment l'impact total (GWP et EP) d'un projet varie en fonction de la quantité de ciment et de son taux de clinker (le principal facteur d'impact).

Paramètres d'Entrée
10000 kg
95 % (Type CEM I)
Résultats Clés
Impact Carbone Total (kg CO2-eq) -
Énergie Primaire Totale (MJ) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Quel est le composant du ciment ayant le plus fort impact GWP et EP ?

2. Que signifie une ACV "berceau à la porte" (Cradle-to-Gate) ?

3. Pourquoi le CEM II/B-L a-t-il un impact GWP plus faible que le CEM I ?

4. Que mesure l'indicateur GWP (Global Warming Potential) ?

5. Quelle norme internationale régit les principes de l'ACV ?

Glossaire

Analyse du Cycle de Vie (ACV)
Outil méthodologique normalisé (ISO 14040) pour évaluer les impacts environnementaux d'un produit, service ou procédé sur l'ensemble de son cycle de vie.
Clinker
Composant de base du ciment Portland, obtenu par la cuisson (clinkérisation) à 1450°C d'un mélange de calcaire et d'argile. Sa production est la principale source d'impact (GWP et EP) du ciment.
Énergie Primaire (EP)
Indicateur d'ACV mesurant la quantité totale d'énergie "brute" (non transformée) extraite de la nature (pétrole, gaz, charbon, biomasse, etc.) nécessaire au cycle de vie d'un produit. Mesurée en Mégajoules (MJ).
GWP (Global Warming Potential)
Potentiel de Réchauffement Global. Indicateur d'ACV mesurant la contribution d'un produit au changement climatique. Il est exprimé en kilogramme équivalent CO2 (kg CO2-eq).
Laitier de haut-fourneau
Co-produit de l'industrie sidérurgique (production de fonte et d'acier). Après refroidissement rapide et broyage, il présente des propriétés hydrauliques et est utilisé comme ajout cimentaire en substitution du clinker.
Analyse du Cycle de Vie (ACV) : Ciment Portland (CEM I) vs Ciment Composé (CEM II)

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