Valoriser de nouvelles matières grâce au traitement par calcination flash

Le traitement par calcination flash est un procédé inventé en 1992 et initialement utilisé pour transformer des argiles kaolin en métakaolin, c’est-à-dire en un matériau chimiquement actif et présentant des propriétés pouzzolaniques. En clair, ce matériau peut se comporter comme un liant dans une matrice cimentaire pour en améliorer ses performances. Argeco est le seul industriel en France à utiliser ce procédé sur son site de Fumel en Nouvelle-Aquitaine. Persuadé du potentiel de cette technologie, l’IMT Nord Europe a construit un démonstrateur semi-industriel dans le but de transformer de nouvelles matières, notamment des sédiments de dragage.

« Pour fabriquer un matériau pouzzolanique, la méthode conventionnelle consiste à chauffer le produit pendant au moins une heure, à une température qui dépend du produit et qui varie entre 900 degrés et peut aller jusqu’à 1450 degrés dans le cas d’un ciment, explique Mouhamadou Amar, enseignant-chercheur à l’IMT Nord Europe. L’avantage de la calcination flash est que l’on chauffe moins d’une seconde, à une température comprise entre 600 et 800 degrés. La rapidité du procédé et le fait que l’on chauffe moins permet un gain énergétique, qui se traduit au final par un gain économique et environnemental. »

Le procédé se divise en quatre étapes. Les sédiments sont d’abord séchés puis broyés jusqu’à obtenir des particules d’un diamètre inférieur à 40 micromètres. Elles sont ensuite introduites dans le doseur de l’unité de calcination, puis transportées grâce à une vis sans fin jusqu’à l’entrée de la chambre de combustion où elles sont propulsées à l’intérieur grâce à de l’air comprimé. Les particules sont alors soumises à un flux de chaleur qui assure la calcination à la température ciblée pendant moins d’une seconde.

Ces particules tombent ensuite dans une colonne de calcination, où a lieu la déstructuration du matériau grâce à une déshydroxylation. Toutes les liaisons OH vont en quelque sorte être coupées et devenir des sites potentiellement réactifs. Le matériau devient chimiquement actif et pouzzolanique. La dernière étape consiste à récupérer le produit dans une unité cyclone dans laquelle environ 95 % du matériau traité est récupérable, et le reste est filtré afin de s’assurer que les micros et nanoparticules ne s’échappent pas dans l’environnement.

Réduire l’empreinte carbone des bétons grâce à la calcination flash

Le matériau obtenu s’appelle une addition minérale et est apte à réagir avec de la portlandite, un composé produit par le ciment lorsque celui-ci est hydraté. « Le mélange de ces deux produits apporte une plus grande résistance à une matrice cimentaire, améliore sa porosité, sa durabilité et ses performances à long terme, complète l’enseignant-chercheur. Les additions minérales sont couramment utilisées dans la construction et peuvent être fabriquées à partir du kaolin. Ce qui nous distingue, c’est de valoriser un matériau de départ différent, à savoir des sédiments de dragage ou des terres, et ensuite d’utiliser la technologie de calcination flash pour les fabriquer. Depuis trois à quatre ans, les cimentiers s’intéressent à ce procédé, car ils doivent trouver des solutions pour réduire leur empreinte carbone. L’un des moyens est d’utiliser moins de ciment et de le substituer en partie par une addition minérale, qui a moins d’impact environnemental, en particulier celle produite par calcination flash. »

L’autre avantage de cette technologie est qu’elle peut s’utiliser sur une large gamme de matériaux. L’IMT Nord Europe l’a testée avec succès sur des sédiments de dragage et explore la possibilité de valoriser des terres excavées (remblais) ainsi que des fines de lavage issues du traitement de déblais et de matériaux de déconstruction. « Aujourd’hui, tous ces matériaux sont considérés comme des déchets et nous étudions comment les valoriser pour les considérer comme une ressource en leur apportant de la valeur », ajoute Mouhamadou Amar.

Les scientifiques explorent également une autre piste de valorisation du procédé de calcination flash en développant une nouvelle catégorie de matériaux, à savoir des géopolymères. Contrairement à une addition minérale, l’objectif ici est qu’ils se substituent à 100 % à du ciment portland, et qu’ils servent à la fabrication d’ouvrages en béton, avec le même niveau de performance que les constructions fabriquées en béton ordinaire. Ces travaux de recherche sont actuellement en cours.