Construire selon le principe des Lego

Christoph Odenbreit a étudié la construction en acier et mixte et a été responsable, entre autres, de la statique du plus haut bâtiment de Berlin. Il officie à l’Université du Luxembourg depuis 2003, où il dirige la chaire ArcelorMittal de construction en acier fondée en 2011. Avec son équipe, il conduit notamment des recherches sur l’économie circulaire et la réutilisation des composants.

Christoph, en vertu de l’accord de Paris sur le climat, les émissions nettes de CO2 doivent être réduites à zéro d’ici 2050. Dans quelle mesure cet objectif est-il réalisable en ce qui concerne le secteur de la construction ?

Beaucoup de progrès ont déjà été réalisés dans le domaine de l’isolation des bâtiments et de la consommation d’énergie. Mais, à l’échelle mondiale, près d’un tiers du CO2 émis provient toujours du secteur de la construction. La question est donc de savoir comment réduire cela. Nous sommes déjà très en avance au Luxembourg en ce qui concerne la production d’acier. Nous utilisons de l’acier recyclé au four à arc électrique et évitons ainsi largement le minerai de fer issu des mines.  Si l’électricité provenait elle aussi exclusivement d’énergies renouvelables, la production d’acier n’émettrait pratiquement plus de CO2.

Acier recyclé et électricité verte : est-ce suffisant ?

La prochaine étape consisterait à remplacer le charbon par l’hydrogène dans la production mondiale de minerai dans les hauts fourneaux. Si nous arrivions à produire suffisamment d’hydrogène à l’aide de l’énergie éolienne et solaire, nous serions exempts de CO2 à ce niveau.

L’acier est généralement associé au béton dans la construction. Qu’en penser ?

Oui, l’acier et le béton sont des matériaux souvent associés en construction mixte. Les plafonds et les murs sont la plupart du temps en béton ou béton armé. Du point de vue du CO2, il est possible de rendre les composants en béton réutilisables au sein d’une économie circulaire ou bien d’utiliser du bois. Après tout, le bois possède de nombreuses propriétés de construction intéressantes et est presque neutre en termes de CO2. Ainsi, en combinant l’acier et le bois, nous pourrions diminuer les émissions de CO2.

Concrètement, le bilan de CO2 ne peut-il être amélioré qu’en réduisant la part de béton ?

Le béton et le ciment libèrent du CO2 lors de deux processus : d’une part, lors de la combustion et, d’autre part, lors de la production du clinker de ciment. C’est pourquoi notre approche consiste aujourd’hui à concevoir des éléments de structure en acier et en béton qui puissent être facilement démontés demain et réutilisés dans un nouveau bâtiment après-demain. De fait, si les composants sont conçus dès le départ dans le but d’être réutilisés, le processus de recyclage n’a plus lieu d’être. Le principe ressemble donc à la construction avec des Lego.

Mais quand on construit avec des Lego, les briques doivent toujours avoir la bonne taille...

C’est vrai. Et c’est aussi la philosophie qui se cache ici derrière. Cependant, de nombreuses réserves subsistent à ce sujet. Dans le cadre d’une étude internationale, nous avons demandé à des architectes et maître d’ouvrage ce qu’ils en pensaient. Et la grande majorité a estimé que cela ne pouvait pas fonctionner.

Est-ce vraiment le cas ?

Eh bien, avec les Lego, on dispose d’une trame fixe sur laquelle bâtir. Et il existe quelque chose de similaire dans le secteur de la construction. Nous employons également des trames de conception, et une trame en particulier s’est révélée très pratique : celle de 1,35 mètre.  L’UE utilise cette trame et de nombreuses entreprises de construction l’ont aujourd’hui adoptée. C’est pourquoi nous avons décidé d’utiliser comme base cette trame de 1,35 mètre.

Pourquoi précisément 1,35 mètre ?

Eh bien, si vous regardez l’aménagement de mon bureau, vous verrez très bien pourquoi. Avec mon bureau, ma chaise et l’étagère derrière on arrive à un total de 2,70 mètres, soit 1,35 mètre divisé par deux. Et cette trame n’est pas propre à ce bâtiment, on la retrouve maintenant partout. Des entreprises de construction bien connues l’utilisent. Et elle s’adapte aussi très bien aux bâtiments de parking, ce qui est un autre avantage.

Pourquoi est-ce si important pour les parkings ?

Toute entreprise construisant aujourd’hui un édifice en centre-ville doit également fournir le nombre de places de parking correspondant. Donc, si vous construisez d’abord le parking souterrain, il est logique de continuer à élever le bâtiment selon cette trame. Ensuite, elle s’adapte aux véhicules et aux bureaux. Les piliers sont érigés selon cette trame, et ensuite, entre eux, horizontalement, les poutres qui reposent sur ces piliers. C’est ce que nous cherchons à obtenir dans notre projet Reduce. À cette fin, les poutres sont légèrement raccourcies et sont ensuite associées à un élément de tolérance afin de pouvoir associer les mêmes éléments de poutre et de plafond à des profils de pilier plus ou moins grands.

Les éléments de tolérance sont vissés sur les poutres en acier, de sorte que les distances entre les poutres peuvent être légèrement modifiées

Et grâce à ces éléments de tolérance, les poutres peuvent être utilisées plusieurs fois ?

En principe, oui. Mais l’ingénieur ne sait pas si le composant a subi une surcharge lors de son utilisation précédente et s’il répond encore à tous les critères de qualité requis. Il faut donc construire les pièces aujourd’hui de manière à ce qu’elles répondent encore aux critères de qualité pour une future utilisation. La solution idéale serait de créer un jumeau numérique de chaque poutre qui pourra fournir des renseignements précis sur les propriétés de l’élément et sur l’endroit et le moment où il a été utilisé auparavant. Une déformation ou un défaut pourrait alors être détecté(e) immédiatement.

Par ailleurs, est-il moins coûteux de réutiliser une poutre en acier que d’en fabriquer une nouvelle ?

Pour l’instant, il est encore difficile de répondre à cette question, car nous avons affaire à une branche de l’industrie qui doit encore se développer et les pièces démontées doivent également être entreposées. Toutefois, dans l’optique de parvenir à une économie décarbonée d’ici 2050, le facteur CO2 s’ajoute au facteur coût comme considération supplémentaire. Et une fois que tout sera en place, avec toute la logistique et l’infrastructure, la situation sera très différente de toute façon. En équipant toutes les pièces d’un code-barres ou d’une puce, il serait possible de les numériser. On saurait alors quand tel ou tel composant a été utilisé et à quelle fin, à quelle charge il a été soumis, où il se trouve entreposé ou encore à quel moment précis il est disponible pour une nouvelle application.

Y a-t-il des domaines d’application où cette solution serait particulièrement adaptée ?

Prenons l’exemple d’un parking couvert dans une grande ville. Celui-ci est généralement rentabilisé dans les premières années, car le stationnement est très cher et il y a très peu de technologie coûteuse dans le bâtiment. Cela signifie qu’on fait des bénéfices après un laps de temps très court. Ainsi, si on dispose d’un terrain non construit quelque part en ville où une nouvelle tour est prévue, mais à cause de la procédure de planification et de délivrance de permis celle-ci ne peut être construite avant au moins cinq ou six ans, on peut y bâtir provisoirement un parking couvert. Quand la construction de la tour pourra commencer, le parking sera alors démonté, rangé dans un entrepôt ou érigé sur un autre terrain. Cela se fait déjà. Il y a donc une réelle demande pour ce genre de bâtiments temporaires.

Au bout du compte, nous cherchons à jouer sur deux tableaux à la fois pour promouvoir la construction durable en acier. Nous voulons proposer des bâtiments multifonctionnels adaptés à différentes utilisations. Et, si une deuxième utilisation n’est pas possible pour une raison quelconque, nous voulons au moins que tous les composants soient entièrement circulaires et recyclables. 

Auteur : Uwe Hentschel

Photos : Uwe Hentschel, Christoph Odenbreit