Le dioxyde de carbone du ciment

Exercice supplémentaire · niveau 2 · enseignement scientifique (terminale), chapitre 3 — Le climat du futur

Énoncé

Le clinker, constituant principal du ciment, est obtenu en décarbonatant du calcaire : $CaCO X_{3} ⟶ CaO + CO X_{2} .$ Données : il faut décarbonater $1, 2 t$ de calcaire par tonne de clinker ; masses molaires $M (CaCO X_{3}) = 100 g / m o l$ et $M (CO X_{2}) = 44 g / m o l$ ; production mondiale de ciment $\approx 4$ gigatonnes par an, dont $75 %$ de clinker ; émissions mondiales de $CO X_{2}$ $\approx 37$ gigatonnes par an. 1. Vérifier que l'équation est ajustée. 2. Calculer la masse de $CO X_{2}$ libérée par tonne de clinker. 3. En déduire les émissions annuelles dues à la seule décarbonatation, puis leur part dans les émissions mondiales. 4. La cuisson du four émet en outre environ $0, 35 t$ de $CO X_{2}$ par tonne de clinker. Recalculer la part totale. 5. On propose de chauffer le four à l'électricité décarbonée. De combien les émissions du ciment baisseraient-elles ? Conclure.

Corrigé

1. À gauche : un $Ca$ , un $C$ , trois $O$ . À droite : un $Ca$ , un $O$ d'une part, un $C$ et deux $O$ d'autre part, soit trois $O$ . L'équation est ajustée.

2. Chaque mole de $CaCO X_{3}$ ( $100 g$ ) donne une mole de $CO X_{2}$ ( $44 g$ ). Donc $1, 2 t$ de calcaire libèrent $1, 2 \times \frac{44}{100} = 0, 53 t de CO X_{2} par tonne de clinker.$

3. Production de clinker : $4 \times 0, 75 = 3$ gigatonnes par an. Émissions de décarbonatation : $3 \times 0, 53 \approx 1, 6 Gt$ de $CO X_{2}$ par an, soit $\frac{1 , 6}{37} \approx 4, 3 %$ des émissions mondiales.

4. Cuisson : $3 \times 0, 35 \approx 1, 05 Gt$ . Total : $1, 6 + 1, 05 = 2, 65 Gt$ , soit $\frac{2 , 65}{37} \approx 7, 2 %$ des émissions mondiales.

5. On supprimerait les $1, 05 Gt$ de la cuisson, soit environ $40 %$ des émissions du ciment ; les $1, 6 Gt$ de la décarbonatation subsisteraient intégralement, puisqu'elles viennent de la réaction chimique elle-même et non du chauffage. Conclusion : dans certains secteurs, décarboner l'énergie ne suffit pas. Il faut changer la chimie du procédé — ciments à faible teneur en clinker, autres liants — ou capter le dioxyde de carbone en sortie de four. Ces secteurs, avec l'acier et la chimie lourde, sont ceux pour lesquels aucune solution simple n'existe aujourd'hui. C'est un point que le chapitre $6$ reprendra sous le nom de pistes de décarbonation. <br> $\leftrightarrow$ Grandeurs quotients, pourcentages.

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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.