Article de Romain Lentz (MS EEDD parcours RSEDD 2024-25)

Introduction

Le secteur du Bâtiment et des Travaux Publics (BTP) génère 70 % des déchets en France [1] et représente 23 % des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES), juste derrière les transports. C’est l‘un des plus grands consommateurs d’énergie avec 43 % des consommations énergétiques annuelles françaises[2]. Quand on regarde de plus près l’empreinte carbone d’un bâtiment sur tout son cycle de vie (construction, usages), la construction est à elle seule responsable d’environ 60% de l’empreinte carbone de celui-ci. Il s’agit notamment des émissions liées à la production des matériaux de construction.

Un matériau va révolutionner la construction et, plus largement, le secteur du BTP au XIXe siècle : le béton grâce au ciment Portland. Ce ciment  constitue le matériau le plus consommé dans le monde, soit environ 150 tonnes par seconde [3]. Son impact environnemental est colossal, notamment en raison de ses émissions de CO₂, ce qui pose un problème majeur. En effet, le ciment est à l’origine de 98 % des émissions de CO₂ du béton, pourtant, il ne représente que 11,7 % du poids d’un béton courant. Mais peut-on se passer du béton de ciment ? Quelles sont les alternatives pour réduire son impact ?

Quel bilan carbone pour le secteur du bâtiment ?

Selon l’Insee, en 2021, le bâtiment et la construction sont le troisième poste d’émission de GES en France, soit une émission de 43,8 millions de tonnes CO₂e (équivalent) [2]. Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) a analysé la chaîne de valeur du cycle de vie du bâtiment en y intégrant l’exploitation de l’ensemble des bâtiments présents sur le sol français, mais également leur construction, entretien, rénovation et démolition. L’empreinte carbone de la chaîne de valeur cycle de vie du bâtiment, avec 153 Mt CO₂e représentait à elle seule 25 % des 605 Mt CO₂e de l’empreinte carbone annuelle de la France [4]. La phase d’exploitation des bâtiments est celle qui émet le plus de GES, notamment par la consommation d’énergie via la combustion dans le bâtiment. La construction et la rénovation représentent 32 % des émissions sur le cycle de vie (figure 2). Si l’isolation est souvent perçue comme la clé de la performance énergétique, 50 % de l’impact environnemental du bâtiment provient en réalité des matériaux utilisés.

Des objectifs fixés dans la Stratégie Nationale Bas-Carbone (SNBC) française

La SNBC vise la neutralité carbone d’ici 2050, conformément à l’Accord de Paris de 2015. Cette feuille de route française pour réduire ses émissions de GES touche tous les secteurs. Dans le bâtiment, l’objectif est de réduire les émissions de 49 % d’ici 2030 et d’atteindre la décarbonation complète à l’horizon 2050. Pour cela, elle liste quatre moyens d’action principaux [5], qui portent sur les différentes phased du cycle de vie :

1. Énergies décarbonées : Utiliser les sources les plus adaptées selon le type de bâtiment.
2. Efficacité énergétique : Améliorer l’isolation et les équipements via des réglementations et la rénovation
3. Sobriété énergétique : Encourager des comportements plus responsables.
4. Matériaux et équipements bas carbone : Privilégier des produits biosourcés, issus de l’économie circulaire et performants sur tout leur cycle de vie.

Qu’est-ce qui est dans la loi ?

Plusieurs lois françaises et européennes ont été votées pour rendre les bâtiments plus verts, via des réglementations thermiques, environnementales et sur la gestion des déchets du bâtiment.

La réglementation RE 2020, renforce la performance énergétique des constructions (0kw/m2 pour du neuf) et impose une Analyse du Cycle de Vie (ACV) pour évaluer l’empreinte carbone des bâtiments sur la construction ainsi que l’usage.

Le taux de valorisation des déchets du bâtiment en fin d’usage atteint 67 % en France en 2020, se rapprochant de l’objectif réglementaire de 70 % fixé pour 2020 dans le Code de l’environnement pour l’ensemble de la filière BTP.

La loi AGEC (entrée en vigueur en 2022) encadre le cycle de vie du bâtiment avec le diagnostic « Produits, Équipements, Matériaux et Déchets » (PEMD) qui oblige à évaluer les matériaux récupérables avant démolition ou rénovation . Elle encadre aussi le principe de pollueur-payeur via la création d’une filière Responsabilité Élargie du Producteur (REP) pour le bâtiment, favorisant ainsi le réemploi, la réutilisation et le recyclage des matériaux concernés[6].

Les enjeux de décarbonation liés aux matériaux sont au cœur du secteur pour atteindre la neutralité carbone du bâtiment, mais doivent encore être renforcés dans la législation. Le projet de réglementation à venir RE 2030 vise notamment à une utilisation accrue de matériaux durables.

Quels sont les principaux matériaux du bâtiment ?

L’Association pour le développement du bâtiment bas-carbone estimait en 2020 que la construction (les matières premières) d’un nouveau bâtiment était responsable d’environ 60 % de l’empreinte carbone et l’usage (l’énergie) de 40% du secteur [2].

Les graviers et sables (343 Mt), le calcaire, et l’argile constituent la grande majorité des catégories de matériaux non métalliques extraits en 2018 en France et sont les composants qui sont utilisés pour le ciment (calcaire et argile) et plus largement le béton (graviers et sables) [8]. La composition moyenne du béton (pondérés en volume) est la suivante: les granulats (43,8%), le sable (38,6%), le ciment (11,7%) et l’eau 5,9%.

Le béton est le matériau de construction le plus utilisé au monde, notamment en France, où il représente 70 % des constructions de bâtiments et 30 % des infrastructures publiques [9]. C’est aussi le matériau le plus émissif de GES (figure 3).

On comprend ainsi l’importance du matériau béton en terme de volume de matières premières consommée pour le bâtiment ainsi que le poids des émissions de GES porté par ce matériau.

 

Le béton de ciment, c’est quoi ? Quels sont ses usages et quelle est son empreinte carbone ?

Le béton a évolué avec le ciment Portland au XIXe siècle. Ce béton est composé de ciment, de granulats (sable, gravillons, cailloux), d’adjuvants (pour modifier ses propriétés de résistance, plasticité, prise) et d’eau (qui permet son travail et influence sa solidité). Facile à produire, le béton s’est imposé après la Seconde Guerre mondiale, son succès repose sur [11] :

• Sa facilité de fabrication et d’industrialisation (coffrage, coulage sur place, préfabrication).
• L’invention du bloc de béton aggloméré (parpaing) en 1853 par François Coignet.
• Le béton armé, breveté par Joseph Monier en 1870, renforcé par des armatures en acier.
• Le béton précontraint, développé par Eugène Freyssinet en 1928, permettant de réaliser des ouvrages plus résistants (ponts, grands bâtiments).

Le béton est en réalité une multitude de produits répondant à de nombreuses contraintes et application. Il existe autant de béton que d’usages. La norme du béton (NF EN 206+A2/CN) cadre les formules du béton selon le type d’applications au regard des aspects suivants : résistance mécanique, compacité, porosité, durée de vie, plasticité, mise en œuvre, dimension du plus gros gravillon, couleur et aspect. La majorité des usages reste à destination des bâtiments.

Pour rappel, le béton est composé en moyenne de11,7% de ciment. Cependant l’empreinte carbone du béton provient pour 98 % du ciment. Plus précisément, elle provient majoritairement du procédé de fabrication du principe actif du ciment appelé « clinker ». C’est le constituant essentiel du béton. Les émissions du clinker proviennent à 1/3 de la combustion d’énergies fossiles pour chauffer un mélange de calcaire et d’argile dans des fours à 1450°C, et à 2/3 de la décarbonatation du calcaire, un processus chimique libérant du CO₂ (figure 5).

L’impact environnemental du béton ne se limite pas au clinker. La production de béton entraîne une surexploitation du sable (non renouvelable), une consommation excessive d’eau et une pollution aux métaux lourds (plomb, mercure, cadmium). Son transport énergivore et son rôle dans l’artificialisation des sols aggravent la perte de biodiversité, les îlots de chaleur et les risques d’inondation [11].

En France, la production d’un mètre cube de béton (environ 2,4 tonnes) nécessite en moyenne 270 kg de ciment, qui sert de liant en combinant eau et additifs pour assembler le sable et les graviers ensemble (représentant 90 % du béton). Ce matériau, à la fois pratique et abordable (environ 100 € par m³), est devenu essentiel à la construction, particulièrement en France, où son utilisation est plus répandue que dans tout autre pays. Décarboner le béton nécessite donc avant tout de décarboner le ciment et de trouver des alternatives à ses usages. On estime que l’industrie du ciment produit à elle seule 2,5 % des émissions de CO₂ françaises, et 7 % à l’échelle mondiale [10]. En 2023, la France a consommé 18 millions de tonnes de ciment. C’est le matériau le plus consommé dans le monde, soit environ 150 tonnes par seconde [12].

Que dit la feuille de route de décarbonation de l’industrie cimentière française et de la GCCA ?

Le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) et le Plan Bâtiment Durable ont été mandatés par le ministère en charge du développement durable pour élaborer la feuille de route de décarbonation de l’industrie cimentière [13]. Celle-ci, émise en mai 2023, présente une stratégie visant à réduire de moitié les émissions de CO₂ de cette industrie d’ici 2030 et vise l’objectif d’une industrie décarbonée et compétitive d’ici 2050 (figure 6).

De son côté, la feuille de route de l’Association mondiale du ciment et du béton (GCCA), vise aussi un net zéro à long terme et est moins ambitieuse à court terme avec un objectif de réduction des émissions de 25 % d’ici 2030 des émissions de cette industrie en France ( ?) [14].

Dans les deux cas, l’industrie mise sur une combinaison d’actions, notamment la sobriété, un mix de matériaux durables et l’optimisation des procédés industriels grâce à des leviers comme :

• Le développement de solutions de captage et de stockage du carbonereprésentant jusqu’à 23 % de la baisse des émissions en 2030 dans le scénario central (figure 6).
• Une substitution accrue du clinker par des matériaux alternatifs (cendres volantes, calcaire, béton recyclé).
• Une réduction des combustibles fossiles avec 22 % d’énergie issue de carburants alternatifs.
• Des investissements dans l’innovation via la recherche sur de matériaux durables et technologies.
• L’optimisation de l’utilisation du béton.
• Un cadre politique favorable incluant un prix du carbone, des incitations aux technologies bas-carbone.
• Une réglementation encourageant les matériaux durables.

Quelles sont les pistes concrètes pour réduire le poids carbone du béton de ciment ?

La filière cimentière française a déjà réduit ses émissions de CO₂ de 43 % entre 1990 et 2018. Cette baisse initiale était uniquement due à une baisse du même ordre de la production sur la période [10]. Elle vise désormais une baisse supplémentaire de 24 % d’ici 2030 en substituant les combustibles fossiles par des alternatives comme les déchets énergétiques et la biomasse (figure 6). En parallèle, des innovations permettent de réduire la proportion de clinker, principal responsable des émissions carbone.

Il existe désormais sur le papier une offre de ciments élargie à teneur bien plus faible en clinker. C’est le cas des ciments « ternaires ». Ceux-ci comprennent non plus un ajout mais deux, assemblés de manière à permettre de compenser leurs faiblesses respectives et donc d’augmenter leur part dans le ciment afin de baisser celle du clinker. La norme permettant d’utiliser ces nouveaux ciments reste bloquée à Bruxelles (travail lancé en 2015) [10]. Le marché français reste ainsi dominé à date à 80 % par le CEM-I et le CEM-II, ciments les plus carbonés (figure 7).

De nouvelles alternatives ciment émergent, comme des liants sans ciment (Oxara), des ciments à base de déchets industriels (Cemfree, Lafarge Ecoplanet), des biociments inspirés des coraux (Biomason, Prometheus Materials), des ciments sulfo-alumineux et les géopolymères issus du laitier de haut-fourneau. Des entreprises comme Holcim et Vicat développent ainsi des bétons bas-carbone, réduisant jusqu’à 1 tonne de CO₂ par 10 m³ de béton produit, mais finalement, les aspects négatifs du ciment restent toujours présents [11].

Côté bétonneur, les matériaux alternatifs se multiplient également, avec l’utilisation de granulats biosourcés tels que le miscanthus (Alkern), qui réduit de 40 % les émissions de CO₂, ou encore le béton de bois TimberRoc (CCB Greentech), dont le bilan carbone annonce entre -40 et -70% CO₂e / m² de surface de béton employé. L’essor de ces matériaux pose des questions sur leur disponibilité, notamment pour le bois, déjà très sollicité dans d’autres secteurs.

Enfin, pour rendre le béton plus durable, certaines entreprises développent des solutions innovantes comme les bétons auto-cicatrisants, capables de réparer leurs propres fissures grâce à des bactéries, ou encore les bétons drainants, qui limitent l’imperméabilisation des sols et améliorent la gestion des eaux pluviales. Des bétons intelligents, intégrant des capteurs pour surveiller leur usure en temps réel, pourraient également améliorer la durabilité et la sécurité des infrastructures [16].

Face aux enjeux environnementaux, ces innovations permettent d’envisager une réduction significative de l’empreinte carbone du béton, mais nécessitent une structuration du marché et une adaptation des réglementations pour une adoption à grande échelle.

Quelles sont les autres alternatives à ce matériau si employé ?

L’utilisation de matériaux biosourcés (bois, chanvre, paille, lin) et géosourcés (terre crue, pierre sèche) se développe. Exemples : le béton de chanvre pour son isolation et sa faible empreinte carbone, les maisons en paille, déjà plus de 5000 en France, et le bois lamellé-croisé, substitut du béton et de l’acier dans la construction en hauteur. De nouvelles solutions émergent, comme l’isolant en herbe recyclée (Gramitherm) ou le mycélium, un isolant naturel ultra-performant [6].

Les matériaux biosourcés de type bois semblent une des options les plus pertinentes. La construction en ossature bois, permettant près de 60 % d’économie d’émission par rapport à une construction en béton ? (figure 8) représente aujourd’hui 8 % du marché en France, avec une croissance attendue ; certains constructeurs visent 30 % d’ici 2030. C’est aussi un domaine d’innovation avec des acteurs comme Woodoo qui développe une technologie basée sur une transformation moléculaire du bois en supprimant la lignine et en la remplaçant par des polymères, créant ainsi un bois “augmenté” aux propriétés renforcées, translucides ou ignifuges, qui pourrait remplacer certains usages du béton. L’avantage du bois est notamment qu’il capte du CO₂ lors de la phase de ‘production’. En moyenne, les matériaux biosourcés sont 10 à 20 % plus chers que les matériaux pétrosourcés à date [15].

La transition sera progressive, en raison des défis liés à l’approvisionnement, la logistique et la main-d’œuvre. Plutôt qu’un remplacement total du béton, l’avenir semble s’orienter vers des projets hybrides, combinant béton (fondations, éléments préfabriqués) et bois/plâtre, pour optimiser performance et empreinte carbone. Il sera essentiel d’évaluer la capacité de la filière bois à s’adapter à la demande croissante.

Des startups innovent aussi autour des déchets, par exemple Recybéton recycle le béton, Neolithe transforme les déchets non inertes (enfouis) de chantier en granulats pour le béton, et Le Pavé produit des surfaces design à partir de plastiques recyclés. D’autres valorisent les coquillages (Ostréa) ou développent des peintures biosourcées (Algo, Conscient).

Avec la loi AGEC, le réemploi gagne du terrain. Des plateformes comme StockPro, Backacia et Cycle UP facilitent l’achat de matériaux de seconde vie. La production hors site (Vestack, Ossabois) réduit l’empreinte carbone en fabriquant en usine des bâtiments démontables et recyclables. Le Japon en est un modèle, avec 180 000 maisons modulaires livrées par an [6].

Conclusion

Les challenges de la décarbonation du secteur BTP sont considérables. Le béton de ciment reste incontournable à date, mais son impact environnemental est important. Malgré les efforts de la filière, le problème reste structurel : production énergivore, artificialisation des sols, exploitation excessive des ressources naturelles et un prix attractif. Il n’existe pas à date un matériau de rupture pouvant répondre à l’ensemble des usages et qui puisse être adopté largement.

C’est la combinaison des leviers technologiques et de sobriété qui permettra d’atteindre l’objectif fixé par la SNBC pour l’industrie. Le béton le moins émissif reste celui que l’on ne coule pas. La priorité doit donc être donnée à la rénovation plutôt qu’a la construction. Celle-ci consomme, en moyenne, 17 fois moins de matériaux que la construction neuve, réduisant ainsi drastiquement l’empreinte écologique du secteur. L’efficacité énergétique, l’écoconception et la réduction des déchets seront aussi essentielles pour atteindre la neutralité carbone d’ici 2050 [17].

L’avenir de la construction bas-carbone repose aujourd’hui, certes, sur l’utilisation combinée de matériaux biosourcés, géosourcés, recyclés et locaux, mais aussi sur une nouvelle approche architecturale visant des bâtiments plus légers, réemployables, démontables et adaptés à ces nouveaux matériaux inspirés de l’économie circulaire.

Bibliographie

[1] Déchets chiffres-clés Édition Juin 2023, ADEME. Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://librairie.ademe.fr/ged/7700/DechetsChiffresCles2023.pdf 

[2] Charraire, F. (2023). Quel bilan carbone pour le secteur du bâtiment ? Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://balises.bpi.fr/ark:/34201/tx10047145t

[3] Le béton-ciment, troisième “pays” des émissions de gaz à effet de serre, GEO. Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.geo.fr/environnement/le-beton-ciment-troisieme-pays-des-emissions-de-gaz-a-effet-de-serre-206744 

[4] Feuille de route décarbonation du cycle de vie du bâtiment, MINISTÈRE DE LA TRANSITION ÉCOLOGIQUE ET DE LA COHÉSION DES TERRITOIRES (2023). Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/documents/Proposition%20de%20feuille%20de%20route%20de%20decarbonation%20du%20batiment.pdf 

[5] Stratégie nationale bas-carbone, MINISTÈRE DE LA TRANSITION ÉCOLOGIQUE. Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/documents/19092_strategie-carbone-FR_oct-20.pdf 

[6] Guillaume. (2023, septembre 1). Les matériaux de demain [Substack newsletter]. Le Plongeoir. Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://leplongeoir.substack.com/p/les-materiaux-de-demain

[7] BTP : Quel bilan carbone et comment agir ? (S. d.). Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.wecount.io/ressources-articles/bilan-carbone-btp-reduire-emissions-ges

[8] Production de déchets et recyclage en 2021. (S. d.). Données et études statistiques pour le changement climatique, l’énergie, l’environnement, le logement, et les transports. Consulté 1 mars 2025, à l’adresse https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/production-de-dechets-et-recyclage-en-2020

[9] Béton et Environnement—École Française du Béton. (2023, juin 2). Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.ecole-beton.fr/le-beton/beton-et-environnement/

[10] Décarboner la filière ciment-béton. The Shift Project (2022a). Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://theshiftproject.org/wp-content/uploads/2022/01/PTEF-Decarboner-lindustrie_-Ciment_-Rapport-final.pdf 

[11] Béton : quelles sont les solutions proposées pour réduire son impact environnemental ? Build Green. Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.build-green.fr/beton-quelles-sont-les-solutions-proposees-pour-reduire-son-impact-environnemental/ 

[12] Le ciment en chiffres 2024, France Ciment. Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.france-ciment.fr/wp-content/uploads/2024/12/CIMENT-CHIFFRES_2023-2024.pdf 

[13] Feuille de route de décarbonation de la filière Ciment mai 2023, Conseil National de l’industrie, Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.entreprises.gouv.fr/files/files/Priorites-et-actions/Transition-ecologique/feuille-de-route-ciment.pdf 

[14] GLOBAL CEMENT AND CONCRETE INDUSTRY ANNOUNCES ROADMAP TO ACHIEVE GROUNDBREAKING ‘NET ZERO’ CO₂ EMISSIONS BY 2050. (S. d.-b). GCCA. Consulté 2 mars 2025, à l’adresse https://gccassociation.org/news/global-cement-and-concrete-industry-announces-roadmap-to-achieve-groundbreaking-net-zero-CO₂-emissions-by-2050/

[15] Le bois augmenté, matériau du XXIe siècle ? (S. d.-a). Ministère de l’Agriculture et de la Souveraineté alimentaire. Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://agriculture.gouv.fr/le-bois-augmente-materiau-du-xxie-siecle

[16] Le b.a ba du béton, Tout sur le béton, Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.toutsurlebeton.fr/le-ba-ba-du-beton/

[17] [Étude] La construction neuve beaucoup plus consommatrice de matériaux que la rénovation, ADEME, Consulté 10 février 2025, à l’adresse https://www.ademe.fr/presse/communique-national/etude-la-construction-neuve-beaucoup-plus-consommatrice-de-materiaux-que-la-renovation/