Holcim va tester des batteries thermiques à briques réfractaires pour décarboner le ciment

Le cimentier Holcim installera deux batteries thermiques de la startup Electrified Thermal Solutions dans l'une de ses usines, ont annoncé les entreprises le 15 septembre 2026, dans ce qu'elles présentent comme la première utilisation du stockage d'énergie thermique pour fournir de la chaleur à un procédé de fabrication du ciment. Les unités stockent l'électricité sous forme de chaleur dans des empilements de briques conductrices et la restituent à des températures allant jusqu'à 1 800 °C, assez chaudes pour remplacer une part significative des combustibles fossiles brûlés dans la production de ciment.

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L'accord, annoncé par Electrified Thermal, est un pilote, et les deux entreprises le disent clairement. Les batteries devraient être mises en service au début de l'année prochaine, et Holcim n'a pas nommé l'installation qui les accueillera ni indiqué combien le projet coûtera. Ce qui le rend notable, c'est la cible : le ciment est l'une des industries les plus difficiles à électrifier, et la chaleur à haute température en est la principale raison.

Le problème que la technologie attaque

Le ciment est responsable d'environ 8 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone, et une grande part de cela ne vient pas de l'électricité mais de la chaleur utilisée pour déclencher la réaction chimique. Les températures de procédé dans les fours et préchauffeurs de cimenterie se situent couramment entre 900 °C et 1 500 °C, une plage que le chauffage électrique conventionnel n'a pas atteinte de manière économique. Cela a laissé la combustion, généralement de charbon ou de gaz, comme solution par défaut, et c'est pourquoi les analystes du climat considèrent depuis longtemps le ciment comme un secteur où les émissions sont tenaces plutôt que simplement gênantes.

La Joule Hive Thermal Battery d'Electrified Thermal adopte une approche différente de la chaleur électrique. Au lieu d'utiliser des éléments résistifs ou des chaudières électriques, elle fait passer l'électricité dans des empilements isolés de briques réfractaires en oxyde métallique, les chauffant à de très hautes températures. Pour la restitution, l'air circule sur les briques et le gaz chaud qui en résulte est acheminé directement vers l'équipement industriel qui en a besoin. Parce que les briques stockent la chaleur plutôt que de la générer à la demande, le système peut se charger pendant les heures creuses, quand la production éolienne et solaire tend à être la moins chère et la plus abondante.

Sur son système de démonstration commerciale au Southwest Research Institute de San Antonio, la batterie stocke 20 mégawattheures de chaleur à jusqu'à 1 800 °C, et Electrified Thermal affirme y avoir enregistré plus de 1 000 heures de fonctionnement. Sur le site d'Holcim, les deux unités auront les mêmes capacités et fourniront de la chaleur à une chambre à haute température utilisée pour la calcination, l'étape où le calcaire est transformé en composant réactif du ciment.

Pourquoi Holcim accepte d'essayer

Holcim n'est pas un site d'essai passif. L'entreprise est investisseur dans Electrified Thermal et affirme que l'électrification de la chaleur industrielle à haute température fait partie de sa stratégie de décarbonation. Ram Muthu, responsable de l'excellence opérationnelle chez Holcim, a déclaré que le déploiement « nous permet d'évaluer son potentiel » et donne à l'entreprise un moyen d'accélérer la décarbonation de ses opérations les plus chaudes.

La formulation est prudente, et elle doit l'être. Un déploiement pilote n'est pas un engagement à reconvertir un parc. Holcim exploite des cimenteries dans le monde entier, et les deux batteries remplaceront de la chaleur dans une partie d'une seule installation. Généraliser l'approche nécessiterait de reconstruire des systèmes de chaleur sur des dizaines de sites, de sécuriser assez d'électricité bas carbone pour les faire tourner, et de prouver que les empilements de briques survivent aux cycles thermiques d'une exploitation industrielle continue sans maintenance fréquente et coûteuse.

Pour Electrified Thermal, la valeur de l'accord réside dans la référence. Le ciment est le troisième secteur industriel dans lequel l'entreprise entre avec un partenaire, après des travaux dans l'acier et la chimie, et Holcim lui offre un client qui fabrique un produit de base à l'échelle mondiale. La startup, issue de plus d'une décennie de recherche au MIT, est aussi soutenue par le producteur de minerai de fer Vale et l'aciériste ArcelorMittal, et elle teste la batterie thermique au centre de recherche d'ArcelorMittal en Espagne. Un déploiement réussi dans le ciment donnerait à l'entreprise une preuve dans un secteur où la barre technique est haute et les acheteurs prudents.

Les enjeux dépassent une seule usine

La chaleur industrielle représente environ un cinquième de la consommation mondiale d'énergie, et la partie la plus chaude de cette demande a largement résisté à l'électrification. Cela fait du stockage thermique un marché potentiellement vaste, et explique pourquoi un pilote dans une seule cimenterie mérite l'attention. Si des briques peuvent remplacer la combustion à 1 500 °C, la même approche peut servir le verre, l'acier, l'aluminium et la chimie, qui ont tous besoin d'une chaleur intense et dont la plupart brûlent aujourd'hui des combustibles fossiles pour l'obtenir.

L'approche présente aussi un avantage pour le réseau facile à manquer. La chaleur industrielle est normalement une charge constante, ce qui la rend difficile à faire correspondre à une production renouvelable variable. Une batterie thermique rend la charge flexible : elle peut absorber de l'électricité quand elle est bon marché et abondante, et fournir la chaleur plus tard. Cette flexibilité est précieuse pour le réseau autant que pour l'usine, même si elle dépend de la capacité électrique de l'installation et d'un stockage suffisant pour passer les interruptions.

Il existe des voies concurrentes vers le même objectif. Certains cimentiers privilégient le captage du carbone, qui réduit les émissions mais laisse le combustible en place. D'autres testent la combustion d'hydrogène, coûteuse et tributaire d'une production d'hydrogène elle-même largement fossile aujourd'hui. La chaleur électrique évite les deux problèmes si l'électricité est propre et l'équipement durable, et c'est pourquoi la durabilité des briques sera le chiffre qui comptera le plus dans l'année à venir.

Une course encombrée pour remplacer la combustion

Le stockage thermique n'est pas la seule approche testée pour la chaleur industrielle à haute température, et la concurrence est un bon moyen de juger la difficulté du problème. Le captage du carbone, l'option privilégiée par une grande partie de l'industrie pétrolière et gazière, conserve les fours et le combustible existants mais tente de piéger les émissions ; il est intensif en capital, gourmand en énergie et encore largement non prouvé à l'échelle qu'exigerait le ciment. La combustion d'hydrogène remplace le combustible plutôt que le four et dépend d'une offre d'hydrogène aujourd'hui massivement issue des énergies fossiles. Les chaudières et radiateurs électriques fonctionnent bien à basse température mais peinent à atteindre la classe des 1 500 °C dont le ciment a besoin.

Une batterie thermique contourne plusieurs de ces contraintes. Elle utilise directement l'électricité, donc son profil d'émissions suit le réseau plutôt que le combustible, et elle stocke l'énergie sous forme de chaleur plutôt que d'électricité, ce qui est moins cher et ne nécessite ni lithium ni d'autres chimies de batterie. Elle produit aussi de la chaleur à la température que les procédés industriels utilisent réellement, plutôt que de l'électricité qu'il faut ensuite reconvertir. Ce dernier point explique pourquoi l'approche attire l'intérêt des producteurs d'acier, de verre et de chimie aux côtés du ciment.

Le compromis est qu'une batterie thermique n'est propre que comme l'électricité qui l'alimente. Dans les marchés où le réseau reste très charbonnier et où l'électricité des heures creuses est bon marché précisément parce qu'elle est sale, une usine pourrait réduire ses émissions sur site tout en faisant peu pour le total mondial. Le calcul de coût est lui aussi local. Le directeur général d'Electrified Thermal a déclaré que la technologie présente un profil de coût convaincant en Europe et là où l'électricité est moins chère que le gaz naturel, ce qui exclut discrètement une grande partie de la carte. Pour un cimentier mondial, cela signifie que la technologie sera probablement d'abord déployée de manière sélective, sur les sites assez chanceux pour avoir à la fois un réseau propre et un contrat d'électricité favorable.

L'échelle est l'autre inconnue. Le déploiement chez Holcim représente deux unités de 20 mégawattheures, assez pour prouver que les briques peuvent alimenter un vrai procédé mais pas assez pour approvisionner une usine. Atteindre une chaleur à l'échelle d'une usine nécessiterait un ensemble de batteries et un grand raccordement électrique, et il faudrait qu'elle tourne en continu pendant des années, car les cimenteries s'arrêtent rarement. Electrified Thermal indique que son système de démonstration a enregistré plus d'un millier d'heures. Le chiffre qui compte se compte en dizaines de milliers.

Réserves et ce qu'il faut surveiller

• C'est un pilote, pas un déploiement. Deux unités dans une installation non nommée, mises en service au début de l'année prochaine. Aucun coût, calendrier ni engagement d'extension n'a été divulgué.
• L'affirmation de « première » est propre à un usage. Le directeur général d'Electrified Thermal l'a décrite comme la première fois qu'un système de stockage d'énergie thermique sera utilisé ainsi dans une cimenterie. C'est une affirmation sur cette application, pas sur le stockage de chaleur industrielle en général.
• La durabilité n'est pas prouvée à l'échelle. Mille heures d'exploitation de démonstration sont un point de données utile, mais les cimenteries tournent 24 heures sur 24 pendant des années. La dégradation des briques et les coûts de maintenance détermineront la viabilité commerciale.
• L'électricité propre est la prémisse. Le bénéfice en émissions dépend du mix du réseau et du contrat d'électricité de l'usine. Une électricité creuse bon marché est aussi un argument de coût, et elle n'est pas disponible partout.
• Les technologies alternatives avancent aussi. Le captage du carbone et l'hydrogène sont également soutenus par de grands acteurs industriels, et le secteur pourrait finir par utiliser un mélange plutôt qu'un seul vainqueur.

Le test à court terme est de savoir si les unités d'Holcim fonctionnent comme annoncé sur un cycle de production complet. Si c'est le cas, l'argument en faveur de l'électrification de la chaleur industrielle la plus difficile se renforce considérablement, et la question suivante devient la vitesse à laquelle un cimentier peut reconstruire ses usines autour d'elle. Sinon, le secteur continuera de chercher un moyen de dépasser la combustion.

Image de couverture : cimenterie Holcim, Portland, Colorado, par Jeffrey Beall (CC BY-SA 4.0), via Wikimedia Commons.