Notre environnement bâti, des maisons aux bureaux, écoles et magasins, n’est pas inoffensif pour l’environnement. Les bâtiments et l’industrie de la construction sont, en fait, les plus gros consommateurs de matières premières au monde et contribuent à hauteur de 25 à 40 % aux émissions mondiales de dioxyde de carbone (F. Pomponi & AJ Moncaster Faire le ménage. Prod. 143, 710–718 ; 2017). Intégrer les bâtiments à une économie circulaire qui minimise le gaspillage de matériaux pourrait donc apporter d’énormes bénéfices environnementaux. Inversement, un échec sur ce front pourrait avoir des conséquences désastreuses.
“Les bâtiments peuvent et doivent fonctionner de manière circulaire”, déclare Francesco Pomponi, qui étudie l’environnement bâti à l’Université Napier d’Édimbourg, au Royaume-Uni. “Sinon, il n’y a pas d’issue à la crise climatique.”
Prenez le béton, fabriqué en mélangeant du gravier, du ciment et de l’eau. C’est le matériau de construction le plus utilisé au monde, mais c’est aussi une énorme source de carbone, représentant jusqu’à 8 % des émissions mondiales de carbone d’origine humaine. Le ciment, dont plus de quatre milliards de tonnes sont fabriquées chaque année, est le plus gros contributeur. Sa production nécessite que du calcaire (principalement composé de carbonate de calcium) soit chauffé pour produire de la chaux (oxyde de calcium). La réaction libère du CO2, et encore plus de CO2 est produit par la combustion du carburant pour générer de la chaleur.
Les bâtiments comme force positive
Partout dans le monde, les ingénieurs, les entreprises de construction et les architectes commencent à adopter et à appliquer le modèle circulaire. Il existe de nombreuses opportunités d’améliorer les matériaux utilisés dans la construction, d’introduire des principes de conception circulaire afin que ces matériaux puissent être correctement réutilisés et, de manière encore plus ambitieuse, de créer des bâtiments qui apportent une contribution positive au climat et à la biodiversité. Mais beaucoup de travail reste à faire si ces énormes contributions aux émissions vont diminuer. Et ils doivent descendre… vite.
Les innovations dans les matériaux pourraient contribuer à faire du béton une option plus durable. L’ajout de graphène – une forme 2D de carbone – dans le mélange, par exemple, pourrait améliorer l’empreinte environnementale en renforçant le béton et en réduisant ainsi la quantité nécessaire pour une application particulière. Le saupoudrer dans du béton pourrait apporter d’énormes avantages, selon Nationwide Engineering, une société basée à Amesbury, au Royaume-Uni, qui a développé ce mélange, appelé Concretene, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Manchester, au Royaume-Uni. Le premier bâtiment à bénéficier de Concretene était une salle de sport à Amesbury en mai 2021, qui avait un nouveau sol posé à l’aide du matériau.
Le béton pourrait même devenir un puits de carbone. CarbonCure, une entreprise basée à Halifax, au Canada, a développé une technologie qui ajoute du CO2 capté dans le béton. Le CO2 réagit avec le calcium dans le mélange pour former du carbonate de calcium, un minéral qui, selon la société, ajoute de la résistance au béton et retient le carbone.
Le béton est déjà couramment réutilisé – les déchets de béton sont broyés pour former des granulats de béton recyclé (RCA), qui peuvent ensuite être utilisés pour fabriquer de nouveaux granulats. Mais RCA a tendance à être utilisé dans des applications à faible technologie, telles que le remplissage des routes. Cette réduction de la qualité et de la valeur du béton ne cadre pas bien avec une économie entièrement circulaire.
CarbonCure développe un nouveau type de RCA pouvant être utilisé dans les bâtiments. Sean Monkman, qui dirige le développement technologique de l’entreprise, affirme que la même technologie d’injection de CO2, et la minéralisation ultérieure, peuvent être appliquées au RCA ainsi qu’au béton fraîchement fabriqué. Une autre société, Blue Planet Systems, basée à Los Gatos, en Californie, a développé un RCA fabriqué à partir de déchets de béton recyclés et incorporant du CO2 capté.
Au Georgia Institute of Technology d’Atlanta, le Kendeda Building for Innovative Sustainable Design utilise du béton stockant le CO2 parmi une suite d’innovations durables. Le projet Kendeda a été construit dans le cadre du Living Building Challenge (LBC), un programme qui permet d’appliquer la désignation « bâtiment vivant » aux projets de construction qui répondent à une série de critères, de l’utilisation responsable de l’eau à l’approvisionnement en matériaux qui éliminent les déchets. Le programme vise à inciter les bâtiments à produire de l’énergie, à produire leur propre eau et à rendre à la nature plus qu’ils ne lui prennent, explique Shan Arora, directeur de Kendeda Building. Il existe 83 projets Living Building certifiés dans le monde, et 241 autres projets sont enregistrés pour poursuivre la certification.
En essayant de répondre aux critères LBC, l’équipe de construction de Kendeda a récupéré les matériaux en utilisant la main-d’œuvre locale pour les intercepter alors qu’ils étaient sur le point d’atteindre les sites d’enfouissement, puis les a transformés en matières premières appropriées. “Pendant le processus de construction, le bâtiment Kendeda a détourné plus de déchets de la décharge qu’il n’en a envoyé à la décharge”, explique Arora.
Le projet LBC est extrêmement ambitieux. “Je considère le LBC comme une sorte de Saint Graal pour la conception de bâtiments régénératifs”, déclare Nick Jeffries, spécialisé dans les innovations en matière de construction à la Fondation Ellen MacArthur, une organisation caritative basée à Cowes, au Royaume-Uni, qui se consacre à la promotion de l’économie circulaire.
Il existe des mesures moins ambitieuses, mais toujours utiles, qui peuvent être prises parallèlement à des projets plus holistiques et exigeants. Dans un climat qui se réchauffe rapidement, même les fenêtres peuvent faire la différence. En 2010, l’emblématique Empire State Building à New York a subi une rénovation radicale, y compris une mise à niveau de toutes les 6 514 fenêtres du gratte-ciel. Les vitres existantes, plutôt que d’être abandonnées, ont chacune été retirées et l’espace dans le double vitrage a été rempli d’un gaz isolant, un mélange d’argon et de krypton. De plus, chaque vitre a été recouverte d’un film transparent filtrant la lumière. Ces films, développés par des scientifiques du Laboratoire Lincoln du Massachusetts Institute of Technology à Lexington dans les années 1970 (JCC Fan et coll. Appl. Phys Lett. 25, 693; 1974), et maintenant vendus par Eastman Chemical Company, dont le siège est à Kingsport, Tennessee, utilisent des particules métalliques de taille nanométrique pour réfléchir la chaleur. Les fenêtres rénovées ont permis à l’Empire State Building de consommer 40 % d’énergie en moins. Des réaménagements similaires dans d’autres bâtiments seront cruciaux dans une transition vers la construction circulaire, déclare Jeffries.
Démantèlement du problème
Dans une économie circulaire, dit Jeffries, « les bâtiments doivent être construits comme des Lego. Vous devriez pouvoir les démonter et réutiliser les éléments structurels.
Pomponi convient que la conception est essentielle et que l’application réfléchie des techniques existantes peut permettre aux bâtiments d’intégrer une telle flexibilité. Par exemple, plutôt que de souder des cadres en acier ensemble pour former le squelette d’un bâtiment, des boulons peuvent être utilisés à la place. “Cela permet un démontage beaucoup plus facile lorsque la durée de vie utile arrive à son terme et une réutilisation beaucoup plus facile de la section structurelle”, explique Pomponi.
“Même lorsque des matériaux à faible impact environnemental sont utilisés, un bâtiment peut être conçu de manière non circulaire”, explique Caroline Henrotay, ancienne coordinatrice du projet Buildings as Materials Banks (BAMB), un projet d’innovation Horizon 2020 financé par l’Union européenne. Si les matériaux sont, par exemple, collés ensemble, explique Henrotay, “il sera plus difficile de créer des fractions propres pour un recyclage de haute qualité en fin de vie”.
De telles approches de construction mécanique sont essentielles pour Wikihouse, un projet britannique soutenu par BAMB qui fournit la conception open source de blocs pouvant être coupés localement à partir de contreplaqué de bouleau, permettant aux bâtiments d’être assemblés en insérant les pièces en place comme dans un puzzle. et à démonter facilement. L’approche a été utilisée pour construire des lieux tels que des bibliothèques à travers le monde et des maisons à Almere, aux Pays-Bas.
Ce type de réutilisation a un héritage ancien, dit Jeffries. « Le théâtre de Marcellus [in Rome] continue après 2 000 ans », dit-il. « Il a même été utilisé comme carrière pour construire des ponts et des routes locales. C’était vraiment une banque de matériaux pour les futurs bâtiments.
Un outil moderne permettant de suivre les composants d’un bâtiment et de s’assurer qu’ils peuvent être réutilisés de manière significative est un « passeport des matériaux ». Ce document contient un inventaire détaillé des matériaux utilisés, ainsi que toutes les données relatives à la sécurité ou à l’origine du matériau. Avec toutes ces données rassemblées, les composants deviennent un produit utile à la fin de la vie de ce bâtiment. Un passeport matériaux facilite la conception d’un bâtiment de suivi, car les spécifications des composants sont connues exactement à l’avance. Le passeport, dit Jeffries, “reconnaît que le matériau existe dans une structure particulière, puis identifie la destination future la plus utile”. Il cite un exemple de bâtiment avec un tel passeport qui a déjà été démantelé pour être réutilisé : le palais de justice temporaire d’Amsterdam, qui a été déplacé dans un parc d’activités à l’extérieur de la ville d’Enschede au début de 2022 pour devenir un immeuble de bureaux.
Traçage coordonné des matériaux
Un certain nombre de start-up émergent pour offrir des services de passeport matériaux, mais cela pourrait prêter à confusion à l’avenir. Le LBC a une vision qui va au-delà du simple passeport matériel, explique Arora. Le LBC a également une liste croissante de matériaux dangereux, la liste rouge, qui doivent être évités, tels que l’amiante, le formaldéhyde et les polymères chlorés, car ils sont nocifs pour la santé humaine et environnementale. Pour être autorisés dans un bâtiment LBC, les matériaux doivent être répertoriés et comptabilisés et également répondre à des critères spécifiques. Compte tenu de l’éventail des projets en cours, des ambitions et des définitions autour de l’économie circulaire pour les bâtiments, son adoption mondiale prendra du temps. “Je cherche encore à savoir à qui appartient la transition vers l’économie circulaire”, déclare Pomponi.
L’adoption massive des pratiques d’économie circulaire nécessitera suffisamment de décideurs pour penser non seulement que de telles mesures aideront la planète, mais qu’elles seront économiquement réalisables. « Nous avons besoin de tout le monde. Nous avons besoin des Apple, des Google, des Microsoft du monde entier pour prouver que cela peut être fait », déclare Jeffries. Avec plus de 200 entreprises dans le réseau de la Fondation Ellen MacArthur, Jeffries souhaite les voir aller au-delà des objectifs à court terme. “Nous pouvons aller au-delà de faire moins de mal”, dit-il, et progresser vers l’objectif plus affirmatif de “réduire les matériaux que nous utilisons, réduire les émissions, réduire les déchets générés, vers des bâtiments purifiant activement l’air, fournissant des habitats pour la faune”.
Des avancées aussi ambitieuses dans la conception et la construction de bâtiments seront essentielles pour une économie mondiale durable. En fin de compte, les bâtiments qui abritent et protègent l’humanité devront faire plus qu’offrir un toit au-dessus de nos têtes : en adoptant des méthodes et des matériaux innovants, les bâtiments pourraient devenir une solution à la catastrophe climatique que les humains ont invitée.
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