Ciment vert : l’électrolyse de l’eau de mer pour bâtir demain

Matériau le plus consommé sur Terre après l’eau, le ciment constitue l’épine dorsale de nos infrastructures modernes, mais son coût environnemental est exorbitant. Responsable d’environ 8 % des émissions mondiales de CO2, sa fabrication pèse lourdement sur le climat. Une collaboration innovante entre des chercheurs et des industriels propose aujourd’hui de renverser cette dynamique : transformer ce processus polluant en un véritable puits de carbone grâce à l’électrolyse de l’eau de mer.

De super-émetteur à puits de carbone

L’industrie du ciment cherche désespérément à réduire son empreinte écologique. Actuellement, la majorité du carbone émis par ce secteur provient non seulement de l’énergie nécessaire aux fours, mais aussi de l’extraction minière des matières premières, souvent puisées dans les montagnes, les lits de rivières ou les fonds marins. Pour s’attaquer à ce problème systémique, une équipe de l’Université Northwestern (Illinois) s’est associée à la branche innovation du géant du ciment Cemex, basée en Suisse.

Leurs travaux, publiés le 18 mars dans Advanced Sustainable Systems, décrivent un procédé capable de transformer la production de ciment, traditionnellement source de carbone, en un mécanisme de séquestration. L’idée centrale repose sur l’utilisation de l’eau de mer, une ressource abondante, pour synthétiser les composants nécessaires sans recourir à l’extraction minière intensive. Cette approche pourrait s’étendre à d’autres matériaux de construction comme le plâtre, la peinture ou le béton.

L’électrolyse revisitée : quand le déchet devient ressource

La technologie au cœur de cette innovation est l’électrolyse de l’eau de mer. Ce procédé consiste à faire passer un courant électrique dans l’eau salée pour casser les molécules. Habituellement, cette technique est étudiée pour la production de gaz, notamment dans le cadre du développement de l’hydrogène vert comme vecteur énergétique du futur. Dans ce contexte classique, la formation de minéraux solides sur les électrodes est considérée comme une nuisance majeure, car ces dépôts obstruent les équipements et réduisent l’efficacité de la production d’hydrogène.

Alessandro Rotta Loria, ingénieur en environnement à Northwestern, et son équipe ont choisi de prendre le problème à l’envers. Pour eux, cette précipitation minérale n’est pas un défaut, mais la fonctionnalité principale. Le processus génère naturellement de l’hydrogène, du chlore et de l’oxygène, mais surtout du carbonate de calcium, l’ingrédient clé du ciment. Le défi restait cependant de taille : la vitesse naturelle de formation de ces minéraux par électrolyse est bien trop lente pour satisfaire la demande industrielle gargantuesque.

Maîtriser la chimie des cristaux

Pour dépasser les limites de rendement, les chercheurs ont mené une série d’expériences en laboratoire afin de comprendre et d’accélérer les mécanismes de précipitation. En insérant des électrodes dans l’eau de mer et en modulant précisément la tension électrique appliquée, ils ont pu influencer les réactions chimiques. Plus important encore, ils ont injecté du dioxyde de carbone gazeux dans l’eau à différents débits et volumes pour ajuster le pH de la solution.

Ces ajustements fins ont permis de modifier non seulement le volume de minéraux produits, mais aussi leur composition chimique et leur structure cristalline. Selon les réglages, les matériaux obtenus peuvent être plus ou moins denses, poreux ou feuilletés. Cette maîtrise de la matière à l’échelle microscopique, fondamentale dans le domaine de la physique et de la chimie des matériaux, ouvre la voie à la production sur mesure d’agrégats et de minéraux adaptés aux besoins spécifiques de l’industrie du bâtiment.

Vers une construction à bilan carbone négatif

Les implications de cette étude dépassent la simple fabrication de ciment. Si l’électricité utilisée pour alimenter l’électrolyse provient de sources renouvelables — un défi partagé avec d’autres technologies comme les batteries du futur ou le solaire — le bilan carbone total du matériau pourrait devenir négatif. Concrètement, cela signifie que le ciment produit stockerait plus de dioxyde de carbone qu’il n’en a été émis pour sa fabrication.

Le CO2 capturé lors du processus et intégré dans la structure minérale pourrait y rester piégé pour des milliers d’années, transformant nos villes en vastes infrastructures de stockage de carbone. Bien que le passage de l’échelle du laboratoire à celle de l’usine reste un défi d’ingénierie majeur, cette approche offre une perspective tangible pour décarboner l’un des secteurs les plus polluants de l’activité humaine.