Construction décarbonée : 5 projets de R&D à suivre

Carton rouge. En 2022, le secteur de la construction reste responsable de près de 40 % des émissions de gaz à effet de serre, à l’échelle mondiale. Alors, pour contenir au maximum les effets du changement climatique, l’offensive doit porter, notamment, sur les consommations énergétiques des bâtiments et leur empreinte carbone…

Si le secteur a beaucoup progressé ces dernières années, la marge de progression est encore grande pour atteindre la neutralité carbone en 2050, fixée par l’accord de Paris. Partout dans le monde, les grands acteurs de la construction se mobilisent et entament des réflexions de fond pour offrir des solutions constructives bas carbone, améliorer la performance de leurs matériaux et décarboner leurs procédés de fabrication.

 

Triple enjeu

Car les enjeux sont triples, à la fois environnementaux, économiques et réglementaires. « Avec sa réglementation environnementale RE2020, la France montre le chemin pour décarboner les pratiques et les usages dans le secteur du bâtiment, présente Pascal Eveillard, Directeur Construction durable chez Saint-Gobain. Dans son sillage, la Finlande, le Danemark et la Suède ont d’ores et déjà prévu d’intégrer des exigences sur le carbone dans leurs réglementations, et l’Union européenne étudie la mise en place d’indicateurs carbone dans le Règlement des Produits de Construction et dans la directive sur l’efficacité énergétique des bâtiments en cours de révision. » L’évolution réglementaire est là, renforcée par des labellisations volontaires de type HQE (haute qualité environnementale) ou LEED (Leadership in Energy and Environmental Design). Pour les acteurs de la construction, ce sont autant d’opportunités de développer de nouvelles solutions, plus durables et vertueuses.

 

Face aux enjeux climatiques et environnementaux, voici 5 pistes pour tendre vers une construction bas carbone.

1/ La laine de verre éco-conçue à liant biosourcé 
En elles-mêmes la laine de verre ou la laine de roche pour l’isolation n’ont rien de nouveau. Utilisés dans la construction, ces isolants de premier rang ont largement fait leurs preuves. Pour autant, ils n’ont pas dit leur dernier mot, et les équipes de Recherche et Développement mènent une réflexion visant à augmenter leur performance énergétique tout en réduisant leur empreinte environnementale. Résultat probant chez ISOVER, qui a repensé sa laine de verre. Eco-conçue et brevetée, elle a été développée en tenant compte de l’analyse du cycle de vie (ACV) du produit. Son nouveau liant biosourcé est issu des matières premières des industries céréalière et sucrière. Outre ses qualités phonique et thermique, elle offre un confort à l’installation, avec un moindre taux de poussière.

En quoi est-ce Net Zéro Carbone ?
En tenant compte du cycle de vie (de l’extraction des matières premières au recyclage), cette laine minérale à liant biosourcé réduit les consommations d’énergie et d’émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, sa fabrication est-elle basée sur au moins 40 % de calcin, autrement dit, des verres recyclés, issus de produits industriels ou ménagers : pare-brise, bouteilles, etc. L’utilisation de ce calcin présente un double avantage. Il préserve les ressources naturelles et réduit considérablement la consommation d’énergie pendant le procédé de fusion du verre. Autre bon point, le calcin est non carbonaté, contrairement aux matières premières vierges.

Perspectives
Outre l’utilisation du calcin dans le procédé de fabrication, ISOVER a initié, en France, une filière de recyclage de laine de verre en boucle fermée. Principalement issues des déchets de chantier de construction ou déconstruction, ces laines minérales génèrent près de 90 000 tonnes de rebuts*, destinés initialement à l’enfouissement. Avec cette nouvelle filière de recyclage, cette laine de verre repensée contribue ainsi à la réduction de la pollution et à la préservation des matières premières.

 

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2/ Le béton se décarbone

6 milliards** : c’est le nombre de mètres cubes de béton coulés chaque année à l’échelle mondiale. Pas étonnant car le béton, avec ses propriétés largement établies est un matériau local, issu d’un circuit court. Un matériau qui est, de plus, entièrement recyclable… en circuit court ! Au cœur de sa formulation : des granulats, de l’eau, des adjuvants et du ciment ! Problème : la fabrication du ciment (mélange de calcaire et d’argile) est très émettrice de carbone. Cuit à haute température (1500 °C), dans des fours alimentés principalement par des énergies fossiles, ce mélange relâche du CO₂ pendant la cuisson conduisant au clinker. Bilan : une tonne de ciment traditionnel émet 850 kg de CO₂. Forts de ce constat, les industriels proposent de plus en plus d’offres de ciment et béton décarbonés. Et à la manœuvre, pour y parvenir, on trouve notamment Weber, filiale de Saint-Gobain, qui travaille sur de nouvelles formulations bas carbone qui facilitent le remplacement du ciment et du sable par ce que les équipes ont appelé des wasterials (des mots anglais « waste », le déchet, et « material », le matériau). Soit des déchets de matériaux, formés à partir du mélange de co-produits minéraux ou rebuts issus d’autres industries. De son côté, Chryso, un acteur mondial de la chimie de la construction, filiale de Saint-Gobain, conçoit des adjuvants innovants qui permettent de réduire l’empreinte carbone du ciment… et du béton !

En quoi est-ce Net Zéro Carbone ?
Tout aussi efficace et performant que le ciment traditionnel, le ciment décarboné de Weber peut être obtenu grâce à l’utilisation de cendres volantes, issues de la combustion de biomasse (quand on brûle des matières organiques comme le bois ou des déchets végétaux agricoles). Grâce à ce liant écologique, on obtient un matériau durable, qui affiche jusqu’à 70 % de réduction de l’empreinte carbone.

Quant à la technologie d’adjuvantation EnviroMix® de Chryso, elle autorise notamment l’intégration plus importante « d ’ajouts cimentaires » au mix qui donnera naissance au béton, comme le laitier (un sous-produit de la métallurgie et de la combustion), des cendres volantes, de la pouzzolane (une roche d’origine volcanique) ou même des argiles calcinées. Et plus d’ajouts cimentaires, cela veut dire une empreinte carbone du béton réduite ! CHRYSO®EnviroMix réduit le poids du CO₂ dans le béton jusqu'à 50 %.

Le transport des matériaux est également un facteur d’émission de CO₂. Chryso, avec les adjuvants CHRYSO®Quad, permet à ses clients industriels d’utiliser pour la fabrication de leur béton, tous types de sables et granulats disponibles localement, même les plus complexes. Cette solution favorise également l’utilisation granulats recyclés issus de la déconstruction. Une approche qui favorise l’économie circulaire, limite les émissions de CO₂ liées au transport, pour un vrai bénéfice environnemental en termes d’économies de ressources naturelles.

Perspectives
Et pour demain, les industriels imaginent déjà de nouvelles formulations pour des bétons durables… Publiée en 2021, la norme européenne sur les ciments bas carbone devrait ouvrir le champ de l’innovation. Les néo-ciments, auxquels on peut désormais intégrer du calcaire, mais aussi de plus nombreux « ajouts cimentaires, devraient permettre de réduire significativement leurs émissions de CO₂. A découvrir, prochainement, un mortier élaboré à partir de déchets plastique, ou encore des bétons à base de micro-particules de carottes ou de betteraves*** qui renforcent ses propriétés mécaniques. Du mortier, sauce nature, en quelque sorte !

 

 

3/ Façades et construction légère

Dans le secteur de la construction, la quête de légèreté est désormais devenue le « poids lourd » de toute mission de décarbonation. Qu’il s’agisse de plaques de plâtre, de vitrage ou d’isolant, les départements de Recherche et Développement travaillent à réduire la densité des matériaux, afin d’utiliser la juste quantité de matière pour atteindre les performances attendues. Moins de ressources gaspillées, c’est moins d’énergie consommée et une empreinte carbone maîtrisée : la construction légère a clairement tout bon !
Outre cette économie de moyens, la construction légère se veut flexible et modulaire. En témoignent les façades F4 d’ISOVER et Placo®. Ces façades nouvelle génération sont démontables pour faciliter les agrandissements et la déconstruction, avec une rapidité d’installation et une empreinte carbone réduite, comparée aux systèmes traditionnels.

En quoi est-ce Net Zéro Carbone ?

Prédécoupée en usine et assemblée sur chantier en filière sèche, la façade F4 est peu gourmande en énergie. Sa consommation d’eau et ses émissions de CO₂ sont divisées par deux, comparé à un voile béton isolant classique. Bilan : on passe de 120 kg de CO₂/m2 à 60 kg de CO₂/m2 ! Facilement « déconstructible », elle améliore l’ensemble du cycle de vie, ses éléments pouvant être valorisés dans différentes filières.

Perspectives
Au-delà de la légèreté, les acteurs de la construction imaginent de nouvelles façades pour entrer de plain-pied dans le bâtiment passif. Aux Pays-Bas, la façade Building Integrated Photovoltaics (BIPV) s’inscrit pleinement dans la tendance « Bâtiment à Zéro Énergie ». Dotée d’un bardage extérieur en panneaux photovoltaïque, elle produit sa propre électricité, tout en remplissant ses fonctions de performance énergétique, résistance mécanique et protection météorologique et acoustique. Autre innovation, les façades actives, truffées de capteurs, qui permettent la fermeture automatique des fenêtres et des stores, en fonction de la météo.

 

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4/ Vitrage

Et si le vitrage intelligent était l’une des meilleures solutions pour construire des bâtiments net zéro carbone et net zéro énergie ? C’est en tout cas une piste prometteuse pour faire la chasse, a minima, aux déperditions d’énergie. Parmi les innovations qui se distingue, on retiendra les double-vitrages peu émissifs, dont le rôle est de stopper le rayonnement infra-rouge, en vue d’améliorer l’isolation thermique. Développé par Saint-Gobain, ECLAZ ONE est un verre à faible émissivité qui agit comme un bouclier. L’hiver, il conserve la chaleur à l’intérieur d’une pièce et apporte un maximum de lumière. Le secret de ce vitrage : une fine couche transparente d’oxyde métallique, qui réagit aux rayonnements infra-rouge thermiques, selon les longueurs d’onde émises.

En quoi est-ce Net zéro Carbone ?
La performance « zéro carbone » ne vient pas du verre en lui-même, mais de son procédé de fabrication. Saint-Gobain a entièrement modernisé ses lignes de production de verre plat (on appelle cela un « float ») afin de réduire la quantité de CO₂ émis lors de la fabrication. Ultra-performantes, ces nouvelles lignes sont équipées de fours qui permettent une diminution de 19 % de la consommation d’énergie... Par ailleurs, l’ajout de calcin (débris de verre) pour fabriquer du verre limite les émissions de CO₂. Pour la petite histoire, fabriquer une tonne de verre à partir de matières premières émet 500 kg de CO₂. La même tonne de verre, élaborée à partir de calcin, n’en produit plus que 200 kg… C’est là l’une des grandes qualités du verre : il peut être recyclé à l’infini, sans perdre ses propriétés chimiques, mécaniques et esthétiques, préservant ainsi des ressources naturelles !

Perspectives
Performants et durables, les verres peu émissifs ouvrent le champ de l’innovation, vers des vitrages intelligents. Les industriels du vitrage ne manquent pas d’imagination et conçoivent désormais des verres « dynamiques », dont la teinte varie automatiquement en fonction de l’ensoleillement (comme le vitrage Sageglass de Saint-Gobain). D’autres innovations prometteuses devraient se généraliser dans les années à venir, comme le triple vitrage allégé, avec une empreinte carbone équivalente à un double vitrage pour une isolation thermique améliorée. Sans oublier les couches magnetron que l’on dépose sur le verre. Leur impact carbone est faible comparé aux performances qu’elles apportent aux vitrages et ce quelle que soit la zone climatique.

 

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5/ Procédés de fabrication

Si les matériaux participent à réduire les émissions de gaz à effet de serre, il est un autre poste à surveiller de près : les procédés industriels, qu’il faut constamment améliorer pour réduire leur consommation énergétique. Alors, pour optimiser ses lignes de production et viser le « zéro carbone » à l’horizon 2050, Saint-Gobain s’est engagé dans l’électrification de ses procédés. Récemment, le Groupe a ainsi investi 25 millions d’euros dans son site de plaques de plâtre en Norvège, pour en faire la première usine au monde neutre en carbone.

En quoi est-ce Net Zéro Carbone ?
Fonctionnant jusqu’à présent au gaz naturel, le site de Fredrikstad va se mettre au vert, puisque 96 % de l’électricité produite en Norvège est d’origine hydraulique. Finalisé début 2023, ce projet d'usine zéro carbone devrait permettre d’économiser plus de 20 000 tonnes d'émissions de CO₂ par an tout en réduisant les consommations d'énergie. Avant 2025, le Groupe envisage d’étendre ce type de transformation industrielle à d’autres sites (sur plusieurs continents), tout en élargissant la capacité du procédé à utiliser la plupart de type d’énergies renouvelables disponibles localement : électricité verte, biomasse, biogaz, hydrogène vert etc.

Perspectives
Autre investissement majeur pour transformer l’essai « Zéro carbone » : l’utilisation de fours SBM (Submerged Burner Melter), pour la fabrication de la laine de roche. Finis les fours classiques au charbon, très énergivores, place à la fusion par brûleurs immergés, peu émissive en oxyde d’azote (NOx). Utilisé aussi pour le recyclage des rebuts, ce four à haut rendement garantit une fusion plus homogène et peut employer de la biomasse comme combustible. 

On le voit, décarboner le secteur de la construction passe par une innovation à 360 degrés. D’amont en aval de la chaîne de valeur, trois leviers principaux permettent le grand saut vers le « zéro carbone » : le développement de nouveaux matériaux ou formulations pour préserver les ressources, la modernisation des procédés de fabrication et enfin l’économie circulaire. Plus durable et vertueuse, cette approche « Net zéro Carbone » permet d’entrer de plain-pied dans la construction du futur. Une construction à l’empreinte environnementale maîtrisée.

 

* L’Usine Nouvelle – « Isover installe un nouveau four pilote pour recycler la laine de verre en Anjou »
** Planétoscope – Production mondiale de béton
*** PlaceTech – Les carottes pourraient être la clé d’un béton plus solide
 

 

Crédits photos : Lorillard, Semon Rapaport/Medialibrary et Franck Dunouau/Medialibrary