Dans les bois : l’essor des immeubles de grande hauteur durables

Les immeubles de grande hauteur posent un défi unique en matière de développement durable, car ils ont des impacts environnementaux à la fois positifs et négatifs. Parmi les impacts positifs, on peut citer la réduction de l’étalement urbain, la promotion de transports alternatifs et l’utilisation efficace de l’énergie à l’échelle d’un quartier. Mais ces avantages se font au prix d’une émission de dioxyde de carbone plus importante pour produire les matériaux nécessaires et construire le bâtiment.

Un gratte-ciel régénératif par Haptic et Ramboll (Photo : Forbes Massie Studio)

L'empreinte carbone intrinsèque d'un immeuble de grande hauteur est nettement supérieure à celle d'un immeuble de faible hauteur, car la structure est généralement responsable de la majeure partie de l'empreinte carbone intrinsèque d'un bâtiment, et les immeubles de grande hauteur nécessitent davantage de structure pour supporter leur hauteur.

Les immeubles de grande hauteur sont généralement construits en acier ou en béton, mais que se passerait-il s’il existait une alternative qui pourrait renforcer l’impact positif des immeubles de grande hauteur ?

Le cabinet d'architecture et d'ingénierie Skidmore, Owings & Merrill et des chercheurs de l'Université d'État de l'Oregon ont récemment lancé un projet de recherche examinant les caractéristiques de performance d'un système de plancher structurel hybride en bois et en béton qui pourrait offrir à l'industrie une alternative de construction traditionnelle à plaques plates.

Immeuble de grande hauteur, faibles coûts

L’objectif du projet de recherche était d’étudier des systèmes structurels conceptuels pour des immeubles de grande hauteur qui soient aussi durables que possible tout en restant compétitifs en termes de coûts avec les techniques de construction contemporaines.

Les auteurs de l’étude ont noté que les systèmes structurels autrefois considérés comme peu pratiques avec le bois sont désormais réalisables, en raison de leurs propriétés techniques améliorées.

Ils ont également observé une plus grande acceptation, au sein de la communauté des ingénieurs, des structures hybrides, le bois étant combiné à des matériaux tels que l’acier et/ou le béton.

En fait, l’une des conclusions du rapport était que les bâtiments construits avec de tels matériaux pourraient potentiellement produire des forces d’inertie plus faibles lors des tremblements de terre, tout en étant plus flexibles et moins susceptibles de subir des dommages importants.

De plus, le traitement moderne du bois dans les bâtiments lui permet d'atteindre les classements au feu nécessaires à la construction pratique.

Les géants européens du bois

Les immeubles de grande hauteur construits en bois sont de plus en plus fréquents dans les villes, car les entreprises développent de nouveaux produits, techniques et matériaux pour accroître la durabilité des infrastructures de grande hauteur. La Norvège a été le fer de lance de cette tendance, en finalisant la tour Mjøstårnet à Brumunddal en 2019.

Ce bâtiment emblématique – officiellement la plus haute structure en bois du monde avec 85,4 m – démontre que de tels bâtiments peuvent être construits en utilisant des ressources locales, des fournisseurs et des matériaux durables.

Moelven Limtre a joué un rôle essentiel dans la construction de la tour. L'entreprise produit du bois lamellé-collé et a été chargée de la fabrication et de l'installation des colonnes, poutres et diagonales en bois lamellé-collé pour le système porteur principal.

Les cages d'ascenseur et les balcons ont été construits en bois lamellé-croisé (CLT), leur conférant une résistance, une stabilité dimensionnelle et une rigidité supplémentaires, tandis que des dalles en bois ont été utilisées pour les planchers jusqu'au niveau 11.

Construction jointe

La tour en bois HoHo Wien à Vienne, en Autriche, mesure 84 m de hauteur

La tour en bois HoHo Wien à Vienne, en Autriche, est tout aussi impressionnante et mesure seulement 140 cm de moins que Mjøstårnet. Environ 75 % de la structure totale est en bois.

En ce qui concerne les critères de durabilité du bâtiment, les promoteurs affirment qu'il n'a fallu aux forêts autrichiennes qu'une heure et 17 minutes pour faire repousser le volume d'épicéa utilisé dans sa construction.

L'un des fournisseurs de bois pour la tour, Hasslacher, a apporté 800 poteaux en bois lamellé-collé et 14 400 m2 de CLT pour les éléments de murs extérieurs. Au total, 50 camions seulement ont été nécessaires pour la livraison.

Le béton utilisé dans la construction de HoHo Wien est un composite bois-béton appelé XC. Ces derniers ont été fixés aux noyaux du bâtiment ou à la charpente et reliés à des supports muraux extérieurs en bois massif.

L'entreprise de béton Kirchdorfer a travaillé avec un spécialiste de l'emballage, Mayr-Melnhof, pour développer la solution XC et a livré plus de 1 000 éléments composites sur le chantier.

Dans le cas de ces deux tours, une combinaison d’éléments en bois avancés et une réflexion concertée ont été la clé de leur succès durable.

Mouvement du bois massif

En 2017, le Council on Tall Buildings and Urban Habitat a publié « Tall Timber: A Global Audit ». L'étude a pris en compte les 48 projets connus de construction de bâtiments en bois massif de sept étages ou plus qui avaient été proposés, étaient en construction ou étaient terminés.

Le mouvement en faveur du bois massif a pris de l'ampleur depuis lors, avec plus de 200 bâtiments en bois massif de sept étages ou plus dans le monde. Le bois a connu des progrès remarquables dans ses capacités technologiques.

Récemment, Ramboll et le studio d'architecture Haptic Architects se sont associés pour explorer le développement durable à travers une tour modulaire régénératrice.

Un expert en immeubles de grande hauteur de Ramboll affirme que pour réduire les émissions de carbone, la structure principale est centrée autour d'une structure en bois comprenant trois étages de ponts durs à haute structure, chaque pont dur ou permanent supportant trois ponts intermédiaires souples ou temporaires.

Dans les immeubles de grande hauteur régénératifs de Haptic et Ramboll, les modules obsolètes peuvent être remplacés (Photo : Forbes Massie Studio)

« Le gratte-ciel régénératif utilise des planchers durs recouverts de bois lamellé-croisé (CLT). Les structures porteuses sont fabriquées à partir d'une combinaison de sections de bois lamellé-collé et d'acier recyclé », a déclaré un expert en gratte-ciel de Ramboll.

En adoptant cette approche de construction en hauteur, il a été possible de considérer les modules en termes de volume et non de surface au sol, augmentant ainsi la flexibilité et l’adaptabilité de l’ensemble de la structure.

« Au lieu de démolir l’ensemble du bâtiment », ajoute l’expert en gratte-ciel de Ramboll, « les modules obsolètes peuvent être simplement remplacés par de nouveaux, sans contraintes horizontales ou verticales, pour répondre aux nouvelles exigences spatiales. L’intégration de la flexibilité et de l’adaptabilité dans la philosophie de construction offre la possibilité de réaliser de réels progrès vers des immeubles de grande hauteur durables. »

Les structures étant conçues pour durer longtemps, le choix du matériau de construction pour la construction modulaire de gratte-ciels a été basé sur la réduction de l'empreinte carbone au minimum. Les concepteurs de cette structure durable espèrent créer un nouveau précédent dans le secteur du bâtiment.

« En théorie, l’adoption de ces philosophies de construction pourrait conduire à des bâtiments qui pourraient potentiellement durer éternellement », ajoute Ramboll, expert en gratte-ciel.

Meva, spécialiste des coffrages et des structures préfabriquées, souligne que, bien que le bois soit un choix plus écologique pour certaines applications, il doit être mis en balance avec l'impact environnemental de la déforestation liée à la récolte du matériau et des déchets créés par les coffrages en contreplaqué.

Les coffrages en contreplaqué stockent le carbone nocif dans le matériau lui-même, protégeant ainsi l'environnement. De plus, il peut également être récolté et produit localement, de sorte que le matériau n'a pas besoin de parcourir de longues distances pour arriver sur le site, ce qui permet d'éviter les émissions des véhicules de transport.

Selon Meva, la popularité croissante des produits forestiers en raison de leurs propriétés durables s’accompagne d’une demande accrue, ce qui alimente la déforestation et crée un équilibre écologique. Selon le World Wildlife Foundation (WWF), le commerce des produits forestiers a considérablement augmenté au cours des cinq dernières décennies, l’exploitation forestière illégale représentant dans certains cas 40 à 50 % de l’ensemble des coupes.

Le WWF ajoute que comme les forêts stockent de grandes quantités de carbone, la destruction de ces zones contribue au réchauffement climatique en libérant du carbone dans l’atmosphère – environ 15 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre sont causées par la déforestation.

Technologie intelligente dans la construction en bois

(Photo : Marée)

Les projets devenant de plus en plus ambitieux, la technologie de construction évolue à un rythme qui démontre sa capacité à soutenir des idées nouvelles et audacieuses. L'expert en immeubles de grande hauteur de Ramboll estime que l'intégration avec l'environnement numérique est un outil puissant pour créer des solutions durables en matière d'immeubles de grande hauteur.

« Les immeubles de grande hauteur peuvent être conçus comme des plateformes pour tirer pleinement parti des dernières technologies intelligentes et futures. Des milliers de capteurs intelligents transmettent des données aux systèmes de gestion de bâtiment intégrés pour permettre au bâtiment de s'adapter et de s'optimiser afin d'améliorer l'efficacité énergétique, la sécurité et la sûreté.

« L’utilisation de ces stratégies de manière intégrée crée de la valeur à la fois pour nos clients et pour la société dans son ensemble – et fournit un modèle pour un immeuble de grande hauteur durable. »