Situation environnementale des industries L INDUSTRIE CIMENTIERE

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1 Situation environnementale des industries Novembre 2007 pour le compte du Ministère de la Région wallonne Direction Générale des Ressources naturelles et de l Environnement INSTITUT DE CONSEIL ET D'ETUDES EN DEVELOPPEMENT DURABLE ASBL (ancien nom Institut Wallon de développement économique et social et d'aménagement du territoire asbl) Boulevard Frère Orban, 4 à 5000 NAMUR Tél : Fax : icedd@icedd.be

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3 TABLE DES MATIERES 1. Aperçu du secteur Les activités cimentières Bref historique Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques L emploi et les établissements Evolution de l emploi Localisation des établissements La valeur ajoutée Evolution de la valeur ajoutée La productivité Les exportations Les investissements Les investissements totaux Les investissements environnementaux Les enjeux du développement durable Les enjeux socio-économiques Les enjeux environnementaux Les procédés L élaboration du cru La fabrication du clinker La mouture du ciment Les inputs Les consommations de matières premières Le flux de matériaux La demande de matières premières estimée Le transport des matières premières Les consommations d énergie Evolution de la consommation énergétique finale La consommation énergétique finale par vecteur L intensité énergétique Evolution de la consommation spécifique d énergie finale Les consommations d eau...35

4 5. Les outputs La production et les produits fabriqués Le clinker Le ciment Le transport des produits Les émissions atmosphériques Les gaz à effet de serre Les polluants acidifiants Les polluants photochimiques Les émissions de métaux lourds dans l air Les polluants organiques persistants Les poussières (PM 10) Evolution des émissions par rapport à la consommation énergétique Les rejets dans l eau Les déchets Le gisement total du secteur Les déchets dangereux Les déchets traités par les industries du secteur Les actions intégrées de management des inputs et des ouputs Les initiatives volontaires Le management environnemental Les conventions environnementales actions de collaboration entre industrie et pouvoirs publics Les mesures réglementaires La directive IPPC Le règlement E-PRTR La directive Seveso II La directive relative à la responsabilité environnementale Conclusions La situation du secteur L évolution des inputs et outputs du secteur...42

5 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1.- Positionnement de l emploi dans l industrie cimentière wallonne en Tableau 2.- Evolution de la valeur ajoutée brute aux prix de base - à prix courants du secteur cimentier wallon ( ) Tableau 3.- Positionnement du secteur cimentier en terme d investissements en Tableau 4.- Liste indicative des polluants suceptibles d'être émis dans l'air par les installations de l industrie cimentière visées par l'annexe 1 de la directive IPPC Tableau 5 - Liste des documents BREFS relatifs à l'industrie cimentière, septembre

6 LISTE DES FIGURES Figure 1.- La filière cimentière en Wallonie... 7 Figure 2.- Evolution de l emploi dans le secteur cimentier ( ) Figure 3.- Localisation des établissements cimentiers belges Figure 4.- Evolution de la productivité du secteur cimentier et de l industrie wallonne ( ) Figure 5.- Evolution des livraisons de ciment wallon ( ) Figure 6.- Evolution des investissements de l industrie cimentière en Wallonie ( ) Figure 7.- Extraction, concassage et préhomogénéisation des matières premières Figure 8.- Fabrication du clinker par voie sèche avec précalcinateur Figure 9.- Mouture du ciment Figure 10.- Flux de matériaux au sein des industries cimentières Figure 11.- Evolution de la consommation énergétique du secteur cimentier wallon et de la production de ciment ( ) Figure 12.- Principaux vecteurs énergétiques du secteur cimentier wallon entre 1990 et Figure 13.- Intensité énergétique du secteur cimentier wallon ( ) Figure 14.- Evolution de la consommation spécifique d énergie du secteur cimentier wallon en GJ par tonne de clinker et de ciment ( ) Figure 15.- Evolution de la production de ciment gris et de clinker en Wallonie ( ) Figure 16.- Evolution de la production wallonne de clinker gris par type de procédé ( ) Figure 17.- Evolution de la production wallonne par type de ciment gris ( ) Figure 18.- Evolution des émissions de gaz à effet de serre du secteur cimentier ( ) Figure 19.- Evolution des émissions de CO 2 et de la production de ciment ( ) Figure 20.- Evolution des émissions de polluants acidifiants du secteur cimentier ( ) Figure 21.- Evolution des émissions de SO 2 et NO x et de la production ( ) Figure 22.- Evolution des émissions de polluants photochimiques du secteur cimentier ( ) Figure 23.- Evolution des émissions de métaux lourds du secteur cimentier ( ) Figure 24.- Evolution des émissions de CO 2, SO 2 et NO x du secteur cimentier par unité énergétique ( ) Figure 25.- Evolution des quantités de déchets valorisés comme combustibles de substitution en PJ ( ) Figure 26.- Principaux flux socio-économiques et environnementaux dans l industrie cimentière wallonne selon les dernières données disponibles Figure 27.- Evolution des inputs et outputs socio-économiques du secteur cimentier en Wallonie ( ) Figure 28.- Evolution de la consommation d'énergie, de la production de clinker et des émissions de GES du secteur cimentier wallon entre 1990 et Figure 29.- Evolution de la consommation d'énergie, de la production de clinker et des émissions de polluants acidifiants du secteur cimentier wallon entre 1990 et

7 1. Aperçu du secteur 1.1. Les activités cimentières Le secteur du ciment (NACE 26.51) appartient au secteur de la fabrication des produits minéraux non métalliques (NACE 26) qui comprend la fabrication d une grande catégorie de matériaux qui ont été transformés à partir de diverses matières premières inorganiques. La Figure 1 fait apparaître la filière du secteur cimentier en Wallonie. INDUSTRIE EXTRACTIVE (Carrières) SECTEUR DE LA GESTION DES DECHETS CLINKERIES Clinker MOUTURE DU CIMENT Ciment Portland Ciment métallurgique Ciment Portland composé SECTEUR DE LA CONSTRUCTION SECTEURS INDUSTRIELS CONNEXES (Industrie du béton ) AMONT INDUSTRIES CIMENTIERES AVAL Figure 1.- La filière cimentière en Wallonie. Source : MRW-DGRNE ICEDD Le secteur du ciment englobe les établissements qui fabriquent du clinker à partir de matières minérales majoritairement d origine calcaire et du ciment 1 à partir du clinker. La fabrication de clinker pour produire le ciment nécessite les matières premières extraites par l industrie extractive (notamment le calcaire et l argile). En Wallonie, dans le cas des cimenteries, l extraction des matières premières et la production de clinker restent souvent intégrées sur un même lieu de production. Le ciment 2 est le matériau de base pour la construction d'ouvrages de bâtiment et de génie civil. Avec les granulats, le ciment est un des constituants essentiels du mortier 3 et du béton 4. 1 Le ciment est un liant hydraulique. C'est-à-dire un composé chimique qui, en présence d'eau, réagit avec celle-ci pour former un nouveau corps chimique capable de développer des résistances mécaniques élevées. 2 Il existe de nombreuses sortes de ciments qui sont classées selon d'une part leur composition (on parle de catégorie de ciment) et d'autre part, leur résistance (on parle alors de classe). 3 Le mortier est un mélange homogène délayé de ciment, sable et eau, utilisé pour la maçonnerie, les enduits et les chapes pour lier et recouvrir des matériaux de construction (briques, pierres, ). 4 En effet, la principale utilisation du ciment est la fabrication d éléments en béton. Le béton est un mélange de ciment, d eau, et d agrégats gros (pierres) et fins (sable); dans plusieurs cas, d autres matériaux sont ajoutés pour hâter le durcissement du mélange. Le ciment Portland ne correspond qu à 11% de la masse des matières premières utilisées pour produire le béton. On utilise deux fois plus de béton pour la construction que tous les autres matériaux confondus, y compris bois, acier, plastique et aluminium. Rapport Ciment 2007.doc/ Institut Wallon asbl 7/71

8 Aperçu du secteur Le secteur cimentier wallon comporte des carrières, des clinkeries, des installations pour la mouture et le conditionnement de différentes qualités de ciment et un ensemble d activités annexes comme la production de granulats et de béton préfabriqué (des installations de production d autres matériaux de construction utilisant le ciment comme matière première). Cependant, la présente monographie se limite aux activités classées sous la rubrique NACE 26.51, c.-à-d., à la production de clinker et de ciment (gris et blanc) Bref historique En 1817, l'ingénieur français Louis Vicat, suivi, au début des années 1820, par Treussart, ainsi que par Pavin de Lafarge, découvre et définit les formules des ciments actuels, préparés alors dans des fours verticaux. C'est l'anglais Joseph Aspdin qui fait breveter en 1824 le ciment Portland, obtenu à partir d'un procédé de calcination combinant la cuisson de calcaire et d'argile dans des fours alimentés au charbon, mais ce brevet comportait encore des points obscurs. C est seulement en 1845 que l Anglais Johnson indique de façon précise les règles de fabrication du ciment. La dénomination Portland, due à la similarité de couleur et de dureté avec la pierre de Portland (Sud de l'angleterre), est à l'heure actuelle toujours employée dans l'industrie. Les fours rotatifs firent leur apparition vers 1880 et sont toujours utilisés. En 1890, on comprend l'intérêt du laitier granulé ajouté au ciment, et, après 1945, celui des cendres volantes. Les ciments spéciaux sont d'invention plus récente : le ciment alumineux fut découvert par Bied, en À l'heure actuelle, les cimentiers, qui sont généralement équipés de laboratoires de recherche, cherchent à mettre au point des ciments de plus en plus performants. En Wallonie, une première cimenterie voit le jour en 1872 et dès la fin du 19 ème siècle, le béton moderne à base de ciment Portland devient un matériau de construction largement répandu. De nombreux perfectionnements sont apportés au cours du XX ème siècle à la fabrication du ciment, notamment avec la production des ciments spéciaux, sans toutefois modifier les caractéristiques physico-chimiques et les propriétés fondamentales du ciment Portland. Des trois sociétés cimentières ayant leur activité en Wallonie aujourd hui, la première est créée en 1906, la deuxième en 1911 et la troisième a été fondée en En 1950, les cimenteries implantent un complexe industriel sur le banc de Visé, gisement de calcaire exceptionnellement riche. La dernière unité de production est inaugurée en A l heure actuelle, les trois sociétés cimentières actives en Wallonie comptent, ensemble, 7 sites de production. Ces trois sociétés font aujourd'hui partie de grands groupes internationaux. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 8/71

9 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques 2. Les tendances du marché et les statistiques socioéconomiques Cette section analyse les données socio-économiques du secteur cimentier wallon. Les données concernant l emploi et les établissements sont présentées pour la Wallonie. Cependant, pour raisons de simplification et étant donné que tous les sièges du secteur sauf un établissement de mouture de ciment sont situés en Wallonie, le chiffre d affaires, la valeur ajoutée, les exportations et les investissements du secteur sont présentés pour la totalité de sièges en Belgique L emploi et les établissements L'industrie cimentière wallonne comptait, en 2004, plus de travailleurs et trois sociétés. Part de l'emploi cimentier wallon Secteur des produits minéraux non métalliques Wallonie Emploi industriel Population active 5 Belgique Industrie cimentière 11% 1% 0,1% 82% Tableau 1.- Positionnement de l emploi dans l industrie cimentière wallonne en 2004 Sources : IWEPS sur base des statistiques décentralisées de l ONSS, 2007 L industrie cimentière wallonne représente environ 11% de l emploi de l ensemble du secteur des produits minéraux non métalliques, 1% de l emploi industriel wallon et 0,1% de la population active en Wallonie. Elle représente également environ 82% de l emploi total de l industrie cimentière belge. Cette forte présence wallonne du secteur est liée à la spécificité de la disponibilité de matière première sur le territoire. Les sites de production cimentière sont logiquement situés au plus près de leur matière première, extraite du sous-sol wallon Evolution de l emploi La Figure 2 montre l évolution de l emploi de 1995 à Population active = travailleurs occupés + chômeurs. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 9/71

10 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques ,0% Nombre de postes de travail Emploi du secteur cimentier Emploi en % dans l'industrie 1,5% 1,0% 0,5% Part du total dans l'industrie ,0% Figure 2.- Evolution de l emploi dans le secteur cimentier ( ). Source : IWEPS sur base des statistiques décentralisées de l O.N.S.S L emploi direct dans le secteur cimentier wallon, ainsi que sa part dans le total de l industrie (1%) sont restés stables jusqu en Les emplois du secteur cimentier ont ensuite chuté jusqu en 2003 (-24% entre 2000 et 2003), avant d amorcer un retour à la hausse en Localisation des établissements La Figure 3 montre la localisation des établissements (sièges d exploitation) cimentiers en Belgique. Fig. 1 - Localisation de l Industrie Cim entière Belge PAYS-BAS M er du Nord Brugge Antwerpen Gent FLANDRE Hasselt Bruxelles Brussel Tournai Liège ALLEMAGNE Mons Namur FRANCE WALLONIE CBR CBR Arlon CCB CCB HOLCIM G.-D. de LUXEMBOURG Unités de broyage du clinker (CBR) Unités de broyage du clinker (CBR) Unité de broyage du clinker (HOLCIM) Unité de broyage du clinker (HOLCIM) Figure 3.- Localisation des établissements cimentiers belges. Source : Fortea, Les centres de production de clinker sont implantés à proximité d'importants gisements de matières premières. Les trois groupes cimentiers ont leurs sièges d'exploitation à Tournai, Mons et Liège, où de riches gisements de calcaire assurent les approvisionnements nécessaires à la fabrication du clinker. C est cette particularité géologique qui fait que toute l'industrie cimentière du pays est concentrée en Wallonie. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 10/71

11 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques 2.2. La valeur ajoutée Evolution de la valeur ajoutée Le Tableau 2 montre l importance économique du secteur cimentier wallon en terme de valeur ajoutée. L apport du secteur cimentier à la valeur ajoutée tant du secteur des produits minéraux non métalliques que de l industrie manufacturière et au PIB wallon est constant pendant la période étudiée. Années Valeur ajoutée du secteur cimentier (en milliards d euros) 0,31 0,31 0,32 0,29 0,33 0,34 Part du secteur cimentier dans la valeur ajoutée du secteur des produits minéraux non métalliques (en %) 33% 33% 35% 33% 34% 34% Part du secteur cimentier dans la valeur ajoutée de toute l'industrie manufacturière (en %) Part du secteur cimentier dans le PIB wallon (en %) 3,2% 3,2% 3,2% 2,7% 3,2% 3,1% 0,63% 0,61% 0,61% 0,53% 0,59% 0,57% Tableau 2.- Evolution de la valeur ajoutée brute aux prix de base - à prix courants du secteur cimentier wallon ( ). Source : Fortea 2003 et Institut des Comptes Nationaux / Banque Nationale de Belgique La valeur ajoutée a atteint plus de 0,34 milliards d euros en 2000, soit environ 0,57% du PIB wallon, 3% du montant global réalisé par toute l industrie wallonne et 34% de la valeur ajoutée réalisée par l ensemble du secteur des produits minéraux non métalliques La productivité La Figure 4 montre l évolution de la productivité du secteur cimentier et de l industrie wallonne. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 11/71

12 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques Euros/emploi Secteur cimentier Industrie manufacturière Année Figure 4.- Evolution de la productivité du secteur cimentier et de l industrie wallonne ( ). Source : Fortea 2003, ICN/BNB 2003 et IWEPS sur base des statistiques décentralisées de l O.N.S.S La productivité, mesurée en termes de valeur ajoutée par employé, a progressivement augmenté de 24% dans le secteur cimentier et de 18% dans l ensemble de l industrie sur la période Il est important de souligner que toutes les industries n ont pas besoin d un taux de croissance de la productivité élevé pour être compétitives. Pour certaines industries, c est la différentiation du produit (c.-à-d. un produit possédant une caractéristique unique difficile à reproduire) qui constitue le facteur déterminant. La productivité du secteur cimentier est presque 3 fois supérieure à celle de toute l industrie wallonne. Par ailleurs, l écart de productivité en faveur du secteur cimentier semble s accroître depuis La cimenterie reste donc résolument productive en Wallonie par rapport à d autres secteurs industriels de la Région Les exportations La Figure 5 montre l évolution quantitative des livraisons de ciment à l exportation par rapport aux livraisons totales de 1995 à Depuis 2000, les livraisons totales ont tendance à diminuer de 6% par an alors que les exportations fluctuent autour des 2 millions de tonnes par an. C est principalement vers les pays limitrophes tels la France, les Pays-Bas et l'allemagne que les produits cimentiers wallons sont exportés. Le caractère pondéreux du ciment rend les exportations proches très compétitives en Europe, et ce en dépit d une concurrence accrue des Pays de l Est depuis l ouverture du marché européen. D autre part, avec 33% des livraisons totales à l exportation en 2004, le secteur cimentier wallon se maintient, en part relative, parmi les grands exportateurs européens de ciment. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 12/71

13 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques Livraisons à l'exportation Livraisons totales Million de tonnes Années Figure 5.- Evolution des livraisons de ciment wallon ( ). Source : Fortea, 2007 Un pas important a été franchi vers la réalisation du marché intérieur (intra-union Européenne) pour les produits de construction grâce à un accord sur les premières normes harmonisées relatives aux produits dans ce secteur. Sur l'initiative du Comité Européen de Normalisation (CEN), elles concernent la composition, les spécifications et les critères de conformité des ciments ordinaires. Par conséquent, à dater du mois d'avril 2001, les producteurs de ciment peuvent utiliser le marquage 'CE' et exporter partout dans l'union Européenne. Cette évolution apporte une simplification des procédures de conformité et réduit les coûts globaux des producteurs, en particulier lorsque les exportations vont vers différents marchés nationaux. Les producteurs profitent ainsi de nouveaux débouchés d'exportation, précédemment exclus ou difficiles d'accès en raison de barrières techniques et bureaucratiques. Ce marquage CE oblige notamment à indiquer les composants principaux autres que le clinker. En ce qui concerne les livraisons intérieures de ciment, en raison des conditions climatiques, la demande est saisonnière. Les activités de construction et, par voie de conséquence, la consommation de ciment, se déroulent surtout à la fin du printemps, en été, et au début des mois d automne. La consommation hivernale peut être très faible dans une conjoncture économique normale. En conséquence, les livraisons de ciment sur le marché national fluctuent d une année à l autre, gravitant autour de 4,8 millions de tonnes, et les producteurs de ciment accumulent des stocks de clinker et de ciment pendant les mois d hiver dans de grands silos d entreposage spécialement conçus à cet effet ; la capacité d entreposage et de manutention étant un élément important de l infrastructure de distribution. Pour ce qui concerne la répartition des livraisons intérieures aux différents types d utilisateurs, la quantité de ciment livré dans les centrales à béton pour fabriquer du béton prêt à l emploi augmente de manière continue jusqu en 2003 et se stabilise en 2004 avec 54% du tonnage livré. Cette augmentation s est fait au détriment des fibres ciment (1,8% en 2004) et des livraisons au négoce (14%). Par contre, la part des produits en béton et celle des livraisons sur chantier sont relativement stables avec respectivement 24% et 7%. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 13/71

14 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques 2.4. Les investissements Le Tableau 3 montre la part des investissements du secteur cimentier dans les investissements réalisés par le secteur wallon des produits minéraux non métalliques et par l industrie wallonne. Secteur des produits minéraux non métalliques Industrie wallonne Part des investissements du secteur cimentier 18% 1,4% Tableau 3.- Positionnement du secteur cimentier en terme d investissements en Sources : Fortea et IWEPS sur base des données TVA 2005 Le total des investissements réalisés en 2004, qui est de 31,6 millions d euros, représente 18% de celui de l ensemble du secteur wallon des produits minéraux non métalliques (se chiffrant à 178,7 millions d euros). La part des investissements du secteur cimentier dans le total de l industrie wallonne est de 1,4% Les investissements totaux Les investissements du secteur cimentier ont principalement pour objet la modernisation des outils de production, l amélioration de la productivité, l adaptation des installations à l utilisation de combustibles de récupération et de substitution, l amélioration des techniques d extraction, des installations de mouture et de stockage de produits, l automatisation et le remplacement de certains équipements, l acquisition de nouveaux dispositifs de dépoussiérage, le renouvellement du parc de transport (en général, le matériel roulant est renouvelé tous les six ans), la mise en place de nouvelles technologies, etc. Ce dernier type d investissement est réalisé plutôt à l occasion de la création d une nouvelle unité de production ou d une extension de capacité. En effet, l'industrie du ciment est un secteur à très forte intensité de capital investi. Les installations d'une cimenterie moderne se chiffrant en milliards d'euros, les modifications des procédés de production ont rendu l industrie cimentière très attentive au choix et au développement de nouvelles technologies. Cependant, eu égard aux investissements énormes et aux longues périodes d amortissement que supposent la construction d une nouvelle installation, l industrie cimentière investit continuellement en innovations techniques et en nouveaux procédés afin de maintenir la compétitivité de ses installations. La Figure 6 montre l évolution des investissements du secteur cimentier de 1995 à On remarque que les tendances à la hausse ou à la baisse des investissements du secteur cimentier se répercutent dans la part des investissements dans l industrie wallonne. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 14/71

15 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques Investissements (million d'euros) Investissements du secteur cimentier Part des investissements dans l'industrie 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% Part du total dans l'industrie Années 0% Figure 6.- Evolution des investissements de l industrie cimentière en Wallonie ( ). Sources : Fortea et IWEPS, 2005 Les investissements du secteur atteignent 52 millions d euros en moyenne annuelle sur la période L année 2001 marque une année où les investissements du secteur cimentier belge se révèlent être les plus élevés depuis plus de vingt ans, soit 110,9 millions d euros. Les investissements de 2001 sont majoritairement dus aux travaux effectués en vue d augmenter la capacité d un four à voie sèche (suite à l arrêt d un four à voie humide et au transfert de capacité vers le four en voie sèche). De 2001 à 2003, le niveau des investissements baisse de 71% pour arriver à 31,6 millions d euros, retombant à un niveau comparable à celui de l année Les investissements environnementaux Les données suivantes sur les investissements environnementaux sont basées sur des enquêtes menées par la DGRNE de 1997 à 2004 auprès de 290 sièges d exploitation de l industrie wallonne dans le cadre de «L enquête intégrée environnement volet dépenses environnementales». L intérêt principal de cette enquête ne réside pas dans la valeur absolue des chiffres mais bien dans les tendances présentées en termes de types d investissement en faveur de l environnement. Les dépenses environnementales concernent des domaines spécifiques comme les eaux usées, les déchets, l air, le bruit, les sols, l énergie et aussi des actions transversales comme la prévention des risques ou la réhabilitation des sites et leur intégration dans le paysage. Les données collectées permettent d identifier les mesures de protection mises en place par l industrie et leurs coûts. Elles permettent aussi d identifier les tendances des efforts entrepris par l industrie pour se mettre en conformité avec la législation voire anticiper sur celle-ci ainsi que les objectifs poursuivis en matière de protection de l environnement. Enfin, leur analyse conduit à la mise en évidence des particularités des secteurs et des réponses spécifiques apportées en fonction de l importance des nuisances générées. Les investissements environnementaux recensés par l enquête comprennent deux grandes catégories d investissements : Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 15/71

16 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques Les investissements à caractère «curatif» ou investissements dits «end of pipe», associés au financement des équipements qui ont pour objet de traiter les émissions à la fin du processus de production, avant qu'elles ne se répandent dans l'environnement. Les investissements à caractère «préventif», investissements «dits» intégrés, qui modifient le processus de production de façon à réduire ou à éviter la pollution. Les chiffres cités ici ne portent que sur 6 des 7 établissements du secteur cimentier. Ces données ne représentent donc pas le secteur dans sa totalité. Il ne faut donc pas tenter de relier ces informations aux investissements totaux présentés ci-dessus pour la totalité du secteur. Pour la période de 1997 à 2004, on constate que les répondants du secteur cimentier ont investi grosso modo autant dans des équipements intégrés que dans des équipements à caractère curatif Les investissements end-of-pipe Sur la période , les montants des investissements end of pipe réalisés par le secteur cimentier fluctuent d une année à l autre. Cela s explique par le nombre relativement restreint d établissements cimentiers en Wallonie. Il suffit qu un seul établissement réalise des investissements onéreux pour que le montant total des investissements du secteur soit élevé. La majorité des investissements end of pipe du secteur sont consacrés au domaine de l air. En effet, près des 2/3 du montant de ces investissements sont dédiés à des équipements qui permettent l épuration et le filtrage des émissions atmosphériques. Il s agit majoritairement de systèmes de dépoussiérage tels que des filtres à manches et des électrofiltres. Le domaine des déchets concentre 30% du montant des investissements end of pipe du secteur. Cette proportion est nettement supérieure à celle des autres secteurs en raison de l importante activité de traitement existante dans les cimenteries. Il s agit de broyeurs, de recycleur à béton, qui permettent de valoriser sur le site toute une série de déchets provenant d autres acteurs économiques. Dans le domaine de l eau, le secteur a investi dans des débitmètres, des bassins de décantation, des pompes à eau pour les carrières. Dans les domaines du sol, du bruit et de l intégration du paysage, les investissements end of pipe sont négligeables Les investissements intégrés Comme pour les investissements end of pipe, on constate pour des motifs similaires que les montants des investissements intégrés du secteur cimentier varient sensiblement d une année à l autre, le différentiel étant même plus important. Pour les investissements intégrés, il est plus difficile d isoler un seul domaine environnemental par investissement. Ces investissements ont souvent des impacts environnementaux multiples et donc difficiles à quantifier par domaine environnemental. Néanmoins, on constate que le secteur cimentier, investit le plus souvent dans le binôme air-énergie à travers l acquisition d équipements tels que des Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 16/71

17 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques précalcinateurs, des systèmes de gestion de la consommation d'énergie, des installations rendant possible l emploi de combustibles de substitution, D autre part, le secteur investit pour prévenir les risques. Il s agit le plus souvent des aménagements liés à la manipulation (emploi et stockage) des matières premières et des combustibles tels que des halls de stockage pour éviter le contact des déchets avec la pluie, des parcs étanches et des encuvements des réservoirs de combustibles liquides Les enjeux du développement durable Le développement durable qui consiste à répondre aux besoins présents sans pour autant hypothéquer la capacité des générations futures à répondre aux leurs est un défi global auquel est confronté le monde entier 6. Il soulève la question de la réconciliation entre développement économique, cohésion sociale, et protection de l'environnement Les enjeux socio-économiques Le ciment joue un rôle capital en tant que matériau de construction dans les grands projets de travaux publics et présente un coût avantageux (prix moyen de 0,074 euros au kilo). Les modes de construction utilisés en Belgique sont plus consommateurs de ciment que ceux utilisés dans d autres pays européens : par exemple, en 2006, la consommation annuelle nationale de ciment s'élève à 609 kg par habitant 7 par rapport à 527 kg de ciment par habitant en moyenne au sein de l Union européenne. La production de l'industrie cimentière est directement liée à l'activité du secteur de la construction et du génie civil, activité qui fluctue selon la conjoncture économique. Le secteur cimentier est donc étroitement tributaire de la conjoncture économique générale et se caractérise par sa forte dépendance vis-à-vis de l évolution économique belge. Dans l industrie cimentière, les coûts de transport et d énergie par rapport à la valeur totale du produit fini sont généralement assez élevés. Le ciment est un matériau pondéreux et de faible coût. La part du transport par route dans le prix de vente devient importante au-delà de 200 km. L'idéal serait donc de mailler le territoire en installant une cimenterie tous les 400 km. Mais la technologie d'obtention des ciments nécessite de très gros investissements et on ne peut donc multiplier à outrance les points de production. De plus, la localisation est toujours liée à la géologie : une cimenterie est toujours installée à proximité immédiate d'un gisement de calcaire, représentant 70 à 80% des matières premières. L'implantation d'une cimenterie est donc un compromis entre les besoins régionaux, la géologie et les possibilités de transport. En outre, l'industrie cimentière est grande consommatrice d'énergie. De ce fait, le secteur doit accorder de plus en plus d'attention à la réduction des coûts économiques et environnementaux découlant de sa grande consommation d'énergie. 6 Cfr. Rapport Bruntland 7 Source : Cembureau, 2008 Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 17/71

18 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques En ce qui concerne la consommation de ciment à niveau national, au vu de son évolution depuis les années 70, il semblerait que le marché belge arrive à maturité : selon Fortea, au cours des 30 dernières années, les livraisons de l'industrie wallonne du ciment en Belgique sont restées relativement stables. En outre, le marché belge de la construction absorbe annuellement quelque 6 millions de tonnes de ciment dont 87% des livraisons totales de ciment wallon. Le secteur doit donc faire face à une croissance des importations de ciment qui ont plus que triplé sur les vingt dernières années, comme conséquence de l instauration du marché unique européen, pour atteindre 13% du marché belge. Face à une concurrence croissante et à la stabilisation de la consommation de ciment wallon en Belgique, aujourd hui, l objectif principal des cimenteries wallonnes est d améliorer leur position concurrentielle. La dynamique de la compétitivité au sein de l industrie cimentière wallonne présente les caractéristiques suivantes : - l importance stratégique des trois sociétés actives en Wallonie : trois des leaders mondiaux du secteur y compris le premier producteur européen de ciment métallurgique. - la dispersion géographique des sièges d exploitation. En effet, les coûts de transport jouent un rôle majeur dans l industrie cimentière. Les clinkeries wallonnes sont donc implantées à proximité immédiate des carrières dans le but de réduire les coûts du transport des matières premières. Les installations de mouture du ciment métallurgique se sont établies à proximité immédiate des entreprises sidérurgiques dans le but de minimiser les coûts d expédition du laitier. De même, la localisation des sites de production wallons le long des voies fluviales et les nouveaux accès ferroviaires avec installations de stockage et expédition permettent le transport par bateau et par rail des matières, des combustibles et du produit fini. - la possibilité d utiliser des déchets en tant que combustibles pour la production de clinker. L industrie cimentière est continuellement à la recherche de sources d approvisionnement énergétiques alternatives en privilégiant les types de combustibles les plus rentables : les combustibles de récupération et les combustibles de substitution provenant de déchets. - la possibilité d utiliser des matières secondaires de substitution pour la production de ciment. L utilisation du laitier en provenance des hauts fourneaux et de cendres volantes des centrales électriques pour fabriquer des ciments de caractéristiques spécifiques (ciments métallurgiques utilisés pour la construction des routes et ciments composés utilisés en maçonnerie) diminue la quantité de clinker requise à la tonne de ciment, permettant d économiser l énergie nécessaire à la clinkerisation. En outre, ces ajouts contribuent à la préservation des ressources naturelles en diminuant le besoin en quantité de matières à extraire des carrières et les coûts associés Les enjeux environnementaux Par la nature même du processus de fabrication, le secteur cimentier est très énergivore. La clinkérisation est la partie la plus importante du procédé de fabrication du ciment pour ce qui concerne la consommation d'énergie et les rejets à l'atmosphère du fait de la nécessité d atteindre une température d environ C. Les principaux rejets en terme de volume sont le dioxyde de carbone (CO2), les oxydes d'azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO2) et les poussières. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 18/71

19 Les tendances du marché et les statistiques socio-économiques En outre, les émissions du secteur sont caractérisées par une contribution importante des émissions de process (les transformations des matières premières s effectuent à très hautes températures produisant la décarbonatation des matières calcaires) et de celles dues à la combustion (une quantité importante de combustibles est employée dans les fours). De ce fait, le secteur doit accorder de plus en plus d'attention à la réduction des impacts environnementaux découlant de sa grande consommation de matières 8 et d'énergie. 8 D autre part, les établissements qui extraient eux-mêmes des matières premières génèrent des émissions de poussières provenant tant des processus de fabrication que des traitements mécaniques des matières premières (concassage, etc.) ; des rejets d'eaux usées provenant de l eau utilisée au cours des opérations d'extraction ou de transformation comme le lavage des matériaux (au cours de ces opérations, l'eau se charge de matières solides en suspension); du bruit et des vibrations du sol provenant des tirs de mines, qui engendrent des projections de roches, (ce problème est d'autant plus crucial que la carrière est située à proximité des zones d'habitat) et une consommation d'espace et un impact important sur les paysages. En effet, le processus d'extraction modifie profondément le relief du sol et le paysage. Cela implique la mise au point de projets de réaménagements. En outre, les activités d'extraction peuvent contribuer à ralentir le dépeuplement de certaines zones. Ces impacts ne seront pas traités dans cette publication car ils seront présentés dans la monographie sur l industrie extractive. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 19/71

20 Les procédés 3. Les procédés Pour fabriquer du ciment, on peut distinguer trois grandes étapes : l élaboration du cru (préparation de la matière première) ; la fabrication du clinker (cuisson de la matière première) et la mouture du ciment (préparation du matériau final) L élaboration du cru Pour fabriquer du clinker (et par la même occasion du ciment), il faut réunir quatre éléments principaux selon des dosages préétablis : la chaux CaO (65%), la silice SiO 2 (20%), l'alumine Al 2 O 3 (10%) et l'oxyde de fer Fe 2 O 3 (5%). Les matières premières sont donc constituées, à part des constituants secondaires tels que des ajouts ferreux, alumineux et siliceux, d environ 80% de calcaires ou craie et 20% d argiles. Extraction Concassage Transport Pré-homogénéisation Figure 7.- Extraction, concassage et préhomogénéisation des matières premières. Source : Les calcaires et les argiles sont d'abord extraits et ensuite concassés. Les roches sont ensuite mélangées (c est la préhomogénéisation). Puis les matières premières préhomogénéisées doivent être finement broyées pour être chimiquement plus réactives au cours de la cuisson dans le four. Pour obtenir un mélange de craie et d argile de grande finesse, on utilise un broyeur. Suivant la dureté et la teneur en eau du calcaire (ou de la craie) extraite, la cuisson des matières sera réalisée dans des installations procédant par voie humide ou sèche. Si le calcaire est naturellement riche en eau, la fabrication du clinker se pratique par voie humide (un calcaire plus sec contentant 16% d eau se prête à une fabrication du clinker par voie sèche). Pour la voie humide, les matières sont broyées et malaxées avec de l eau pour constituer une pâte contenant 30 à 45% d eau alors que pour la voie sèche les matières sont séchées avant d être broyées. A la sortie on obtient une poudre très fine (le cru). Celui-ci est aussitôt analysé dans un laboratoire pour dépister d éventuelles anomalies dans sa finesse ou sa concentration en carbonate. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 20/71

21 Les procédés Le produit cru est ensuite séché et finement broyé. La technologie utilisée généralement est celle des broyeurs à boulets ou dans des broyeurs verticaux à meule. Il est ensuite transporté, par voie pneumatique, vers les silos d homogénéisation et de stockage. En tombant dans ces silos, le produit calcaire se mélange avec de l air de façon homogène La fabrication du clinker Après extraction en carrière, concassage et homogénéisation des matières premières, la première étape de la fabrication du ciment est la calcination du carbonate de calcium, qui est suivie de la cuisson de l'oxyde de calcium ainsi produit, avec de la silice, de l'alumine et de l'oxyde de fer, à des températures élevées pour former le clinker. A cette étape, correspondent trois procédés en Wallonie : - Le procédé dit par voie humide part de la pâte fluide et nécessite l emploi d un four rotatif long de 100 à 200 mètres. La pâte est introduite par pompage dans la partie supérieure des fours. Le procédé dit par voie sèche utilise la «farine» qui est traitée dans un four rotatif long (100 à 200 mètres) avec des échangeurs internes. - Enfin, dans le procédé dit par voie sèche avec précalcinateur, une précalcination est effectuée dans des échangeurs à cyclones associés à un four rotatif court (50 à 80 m). Dans ce procédé, le cru est introduit sous forme pulvérulente dans une tour de cyclones, échangeurs de chaleur, dans laquelle le cru sec est préchauffé à 800 C par les gaz d échappement chauds issus du four rotatif, où la décarbonatation se déroule partiellement, avant d'entrer dans des fours rotatifs courts de 50 à 80 mètres. Les échangeurs de chaleur tant en amont qu'en aval du four permettent d'améliorer le bilan thermique de l'opération. Récemment, le processus de cuisson a été perfectionné par un apport de combustible, en amont du four rotatif. Cet équipement, qui est appelé «précalcinateur», est une chambre spéciale de combustion où on ajoute une partie du combustible. Ce procédé, dit de précalcination, permet d assurer une décarbonatation poussée, d'environ 85%. De cette façon, le procédé de calcination peut être presque terminé avant l entrée des matières premières dans le four. Les fours rotatifs de cimenteries sont légèrement inclinés, constitués par de grands cylindres métalliques ayant quelques mètres de diamètre et revêtus intérieurement de réfractaires. Leur lente rotation permet d acheminer progressivement la matière introduite dans la partie haute à contre courant des gaz chauds. Une flamme alimentée par des combustibles pulvérisés est allumée à l'autre extrémité du four. C'est à celle-ci qu'est recueilli le clinker. La flamme provoque la réaction physicochimique, dite de "clinkérisation", des différents oxydes. Indépendamment du type d installation utilisée (procédant par voie humide ou par voie sèche), la calcination du calcaire (carbonate de calcium) entraîne la formation de chaux vive (oxyde de calcium) et de gaz carbonique. L'argile, principalement composée de silicates d'alumine, se scinde sous l'effet de la chaleur en ses constituants, silice et alumine, qui se combinent ensuite à la chaux provenant du calcaire pour donner des silicates et des aluminates de chaux. Cette réaction s effectue à une température voisine de 900 C. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 21/71

22 Les procédés La flamme, portée à 2000 C, sera alimentée par d autres éléments combustibles comme le charbon, le fuel lourd, la coke de pétrole et des combustibles dits de récupération et de substitution. Les combustibles solides sont séchés et broyés avant d être introduits dans les fours. En effet, la majeure partie des consommations de combustibles du secteur cimentier a lieu dans les fours à clinker. L efficacité de ces fours dépend de leur conception et du degré auquel on récupère l énergie, ainsi que de l utilisation de systèmes de recyclage. Les fours produisant du clinker à partir de matériaux bruts mixtes (certains secs, d autres humides) et humides (fours à voie humide) sont les moins efficaces. Les plus efficaces sont les grands fours modernes capables de préchauffer et de précalciner l approvisionnement du four en utilisant une énergie récupérée (fours à voie sèche avec pré-calcinateur). De telles unités peuvent afficher une efficacité supérieure de 30 à 40% à celle des longs fours secs sans dispositif de préchauffage et de précalcinage, et ils utilisent environ la moitié de l énergie consommée par les fours humides. Le procédé par voie sèche avec pré-calcinateur tend à devenir prépondérant du fait que la consommation d énergie qu il entraîne est la plus faible de l ensemble des procédés. Du fait que pour produire une même quantité de clinker, ce procédé nécessite moins d'énergie, il permet en outre de réduire les émissions de CO 2 par tonne de clinker. Il en découle qu'à production égale, les fours à voie humide émettent en moyenne 30% de plus que les fours à voie sèche. Le clinker sort du four sous forme d agglomérats incandescents à une température de C. Puis un refroidissement rapide par air jusqu à une température de 150 C permet de figer le clinker dans l état où il se trouve aux hautes températures de cuisson. On obtient ainsi des grains solides. L air chaud résultant de cette opération est filtré et utilisé pour sécher les combustibles avant leur injection dans le four. Le clinker, désormais maniable, sera stocké dans de grands silos. Un échantillon sera prélevé pour un contrôle. Le clinker, avant broyage, est peu réactif avec l eau et peut ainsi être transporté sans risque. Cela permet aussi de stocker le clinker longtemps, même à l'air libre. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 22/71

23 Les procédés Sécheur des matières calcaires extraites Stockage et homogénéisation Silice Alumine Fer Séparateur Tour de préchauffage Dosage Précalcinateur Broyeur Four : Combustion Stockage clinker Dépoussiérage Expédition clinker Refroidisseur Figure 8.- Fabrication du clinker par voie sèche avec précalcinateur. Source : Les installations de production de clinker fonctionnent en continu. Les capacités des installations modernes peuvent dépasser t/jour par four à voie sèche, alors que celles des fours du processus à voie humide sont rarement supérieures à t/jour. Un des établissements wallons de production de clinker par voie sèche possède une capacité de production parmi les plus élevées d Europe (2 millions de tonnes de clinker par an). Au cours des dernières décennies, les élargissements de capacité ont nécessité des précalcinateurs, des gros fours, d importantes économies d échelle, ainsi que des systèmes de contrôle des processus à la pointe de la technologie pour réduire au minimum la consommation d énergie. Plutôt que d adapter de petits fours inefficaces, les producteurs ont investi en systèmes plus efficaces dotés d une plus grande capacité. Bien que l on ait entrepris des modifications afin d installer des dispositifs de préchauffage et des précalcinateurs ou encore de transformer des fours humides en fours secs, dans l ensemble, l évolution des techniques du procédé s est manifestée par le remplacement complet des fours plus vieux, ainsi que des fours humides plus petits et des longs fours secs sans dispositif de préchauffage et sans précalcinateur. L industrie cimentière a ainsi subi une évolution technologique; elle est passée des fours humides aux fours en voie sèche, puis aux fours en voie sèche avec dispositif de préchauffage et précalcinateur. Par conséquent, en 2004, environ 72% du clinker est produit par voie Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 23/71

24 Les procédés sèche et 28% par voie humide (40% en 1989). Actuellement, les procédés secs assurent environ 78% de la production de ciment en Europe, les fours en voie semi-sèche et semi-humide représentent 16% de la production et le reste, environ 6%, provient des fours à voie humide La mouture du ciment La troisième étape dans une cimenterie, correspond à l addition de matières premières complémentaires au clinker et au broyage de l ensemble. Cette étape consiste donc à doser les différents constituants, puis à les mélanger et à les broyer de façon à obtenir une poudre homogène et très fine : le ciment. Figure 9.- Mouture du ciment. Source : Après son stockage, le clinker sera donc finement broyé grâce à des boulets en acier. La machine traditionnellement utilisée dans cette étape est le broyeur à boulets, grand cylindre métallique horizontal, animé d'un mouvement de rotation autour de son axe, et à moitié rempli de boulets métalliques. Cependant, de nouvelles techniques de broyage sont développées aujourd hui - avec pour objectif de réduire la consommation d électricité - notamment les broyeurs à rouleaux (laminage) et les broyeurs verticaux. A cette matière ainsi préparée, on y ajoutera systématiquement de 3 à 5% de gypse ou tout autre sulfate de calcium, afin de réguler le temps de prise du ciment, ce qui facilite sa mise en œuvre. D autres éléments tels que des cendres volantes de centrales thermiques qui sont des résidus de combustion de la houille, des laitiers de hauts fourneaux qui sont des résidus de la fabrication de l acier et de la fonte et qui, lui aussi, est hydraulique, ou des fillers (ce mot signifiant des composés naturels fins comme certains calcaires) peuvent y être additionnés pour donner des ciments aux particularités spécifiques. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 24/71

25 Les procédés Le «clinker» broyé avec le sulfate de calcium forme le ciment Portland, la qualité de ciment la plus couramment fabriquée. Le ciment métallurgique est produit en broyant simultanément du clinker, du sulfate de calcium et du laitier de hauts-fourneaux. L industrie sidérurgique wallonne produit beaucoup de laitier 9, et en particulier de type basique utilisable en cimenterie. Le laitier contient 20% d eau. Il doit être séché avant incorporation dans la mouture du ciment. Le ciment Portland composé est produit en broyant simultanément du clinker, du sulfate de calcium et des cendres volantes des centrales électriques à charbon. En 2004, en Wallonie, la production des différents types de ciment gris se reparti comme suit : 66% de ciment Portland et de ciment Portland composé et 44% de ciment métallurgique. La mouture de ciment ne consomme pratiquement que de l électricité. Elle varie selon les techniques de mouture (broyeurs à boulets, broyeurs à rouleaux ) et selon les qualités de ciment produites (les ciments Portland purs, contenant 95% de clinker; les ciments Portlands composés, incluant des cendres volantes de centrales électriques qui ne doivent pas être broyées ou les ciments métallurgiques contenant une fraction importante de laitier de haut-fourneau, qui lui, nécessite un préséchage et un broyage). La capacité de production de la mouture est de 100 à 200 tonnes de ciment par heure selon le broyeur utilisé et le type de ciment fabriqué. Avant d être conditionné et expédié, le produit obtenu est une nouvelle fois analysé pour vérifier sa qualité, sa résistance, sa finesse. Les étapes suivantes sont l'ensachage, ainsi que la palettisation du ciment en vue de son expédition. 9 Pour être actif, le laitier doit être granulé, c'est-à-dire projeté à l'état fondu, dès sa sortie du haut fourneau, dans un violent courant d'eau froide. Rapport Ciment 2007.doc/ ICEDD asbl 25/71