Les normes environnementales à venir vont pénaliser les solutions béton actuelles, trop carbonées. Le hub des prescripteurs bas carbone dévoile quelques solutions.

Légende : La résidence de 12 logements collectifs, le Onze, livrée en 2020, utilise 80 tonnes de béton recyclés grâce à des granulats produits par Granudem. ©Pierre et Territoire Eure et Loir/Procivis Eure-et-Loir

 

Le hub des prescripteurs bas carbone (porté par l’Institut français pour la performance du Bâtiment ou IFPEB) a présenté dans le cadre de son « brief béton », les résultats d’un appel à innovations afin de répondre aux défis de la prochaine RE 2020.

 

Rappelons que le hub des prescripteurs (1) est un collectif d’entreprises, donneurs d’ordre et de constructeurs. Sa mission : partager leurs expériences de la construction bas carbone à l’aide de « briefs », outils d’aides à la prescription, monographies sur les possibilités des matériaux par filière.

 

Pour y parvenir, le hub s’appuie sur la base d’analyse de l’observatoire E+C- et un outil d’analyse des matériaux utilisés dans le Bâtiment, reposant sur les données de la base Iniès.

 

Le béton : jusqu’à 35 % du poids carbone des constructions

 

C’est dans le cadre d’un « brief béton » (qui sera suivi d’un « brief biosourcé »), que les prescripteurs bas carbone ont dévoilé quelques pistes concernant la filière, à savoir ses objectifs, sa trajectoire bas carbone horizon 2030 et 2050 et sa contribution à la construction bas carbone.

 

Or, si la frugalité et la sobriété énergétiques sont indispensables pour réduire l’empreinte carbone des bâtiments, le béton représente à lui une gageure : il affiche une intensité carbone élevée qui représente jusqu’à 35 % du poids carbone.

 

Selon le hub, il s’élève en moyenne à 250 kgCO2e/m2 (250 kg équivalent CO2/m2) pour le logement collectif et à 350 kg CO2e/m2 pour le tertiaire (béton armé).

 

Trois leviers pour diminuer la quantité de béton utilisée

 

« Malgré ses atouts, comme la tenue mécanique ou encore sa durée de vie, la quasi-totalité des émissions de carbone sont libérées dès sa fabrication » indiquent les auteurs du brief béton. Et le seul remède actuel pour atteindre les objectifs de neutralité carbone, consiste à diminuer les quantités de béton utilisées dans la construction.

 

C’est d’ailleurs un vrai travail d’équipe que doit mener la filière pour diminuer, et les quantités de béton (en m3), et l’intensité carbone des bétons (kgCO2e/m3), souligne le hub des prescripteurs.

 

Ce dernier a identifié trois leviers pour atteindre les objectifs en matière de neutralité carbone, et notamment diminuer la quantité de béton, le meilleur béton bas carbone étant celui que l’on ne coule pas.

 

Des pistes d’action pour réduire les volumes de béton

 

La première piste consiste à conserver l’existant au maximum en privilégiant la rénovation des bâtiments plutôt que la démolition. On peut en effet économiser 300 kg/CO2 par m2 quand on réutilise un bâtiment existant. Grâce à sa durée de vie élevée, il est également possible d’anticiper différents usages et éviter l’obsolescence du bâtiment qui obligera à la déconstruction.

 

Pour réduire les volumes, il faut également agir au niveau de la conception, notamment en mixant les matériaux pour tirer profit des atouts de chacun. Au niveau architectural, il est recommandé d’opter pour un design léger et d’augmenter la compacité du bâtiment afin de réduire le déroulé des façades. Enfin, il faut optimiser la géométrie et tramer les bâtiments pour limiter les reprises de charges (poteaux/poutre, épaisseurs de dalles)

 

Il est également recommandé d’augmenter la classe de résistance des bétons afin de réduire le volume, opter pour des structures légères (poteaux/poutres ou bois) afin de réduire les fondations, varier les matériaux (constructions mixtes) ou recourir aux bétons précontraints (jusqu’à 30 % de gain en volume).

 

Enfin, en termes d’éxécution, il faudra optimiser les pratiques, incluant la matière (optimisation des dimensionnements, des toupies, gérer les réservations, réduire à la source les déchets) et les méthodes de construction.

 

Les solutions innovantes et leurs limites

 

Dernier levier pour réduire l’intensité carbone du béton : s’appuyer sur des solutions innovantes qui devront tenir compte des classes de ciment et des types de béton mis en oeuvre. Les ciments alternatifs sont les plus économes en carbone mais il existe des contraintes opérationnelles à intégrer dès le début. A noter également des problèmes de validation et d’Avis techniques d’expérimentation à obtenir.

 

Ainsi, la température extérieure basse limite l’utilisation des bétons allégés en carbone, sans compter le séchage plus long (14 à 20 h voire 40 h pour certains), ce qui nécessite des adaptations. La complexité sur chantier peut également faire augmenter les coûts

 

 

Les recherches relatives au ciment se multiplient afin de trouver un ciment aussi performant que le ciment Portland mais avec une moindre empreinte écologique.

 

Quelle définition pour un béton bas carbone ?

 

Il n'existe pas de définition normée d’un béton dit « bas carbone ». L’intensité carbone moyenne du béton est d’environ 210 kgCO2e/m3 (CEMII, C25/30). La taxonomie européenne propose un seuil pour le ciment vert (498 kgCO2e/tonne) qui équivaut à environ 174 kgCO2e/m3 de béton (équivalent CEMII, C25/30).

 

Le hub s’est attaché à proposer une définition de ce que pourrait être un béton dit « bas carbone ». Il s’est appuyé sur la trajectoire SNBC pour comprendre quelle pourrait être l’évolution des intensités carbone du béton horizon 2030, puis 2050.

 

Un béton conforme à une stratégie SNBC avec un millésime 2030 pourrait afficher une intensité carbone à hauteur de 135 kgCO2e/m3 (béton C25/30, scénario à iso volume). En fait, le hub a diminué de 35 % la charge carbone d’un béton actuel pour obtenir ce résultat. En 2050 en revanche, des technologies de rupture devront être mises en place pour obtenir la neutralité carbone.

 

Vers des ciments alternatifs prometteurs

 

Certains ciments alternatifs prometteurs répondent à cette définition comme les ciments à base de métakaolins ou encore ceux ayant recours à la géopolymérisation. Ces derniers, encore récents, ne possèdent pas de données environnementales. Ils limitent la consommation d’énergie lors de leur fabrication et les émissions de carbone. Autres avantages : leur bonne résistance et capacité de fixer des métaux lourds.

 

Concernant les métakaolins (issus de la calcination de l’argile et nécessitant moins d’énergie), une nouvelle norme devrait voir le jour en 2021 pour élever le seuil de substitution de ciment (limitée entre 10 et 15 % selon le type de béton).

 

La société du Grand Paris (qui construit les ouvrages du Grand paris Express) a d’ailleurs lancé certains travaux intégrant les études menées avec le métakaolin, soulignent les auteurs du " brief béton"

 

Attention aux bétons dits bas carbone et leurs contraintes d’utilisation

 

La plupart des bétons affichant une mention « bas carbone » recourent aux laitiers de haut fourneaux issus des aciéries. L’intensité carbone des laitiers fait polémique à juste titre car il existe un problème de double comptabilité, indique le hub. Et aucune méthode de comptage du carbone (il en existe 4) n’est à ce jour satisfaisante.

 

En outre, le recours aux laitiers se heurte à deux problématiques majeures : tout d’abord la disponibilité de la ressource. En effet, plus de 80 % du laitier haut fourneau est utilisé pour fabriquer du ciment. Or, la production d’acier demeure stable, ce qui limite l’accès au laitier.

 

Conclusion : les ciments à base de laitiers ne pourraient représenter qu’environ 20 % de la production totale de ciment en Europe. Enfin, se pose également la question de la pérennité de la ressource, puisque le laitier ne provient que de quelques sites industriels.

 

             

Un appel à innovations et des solutions déjà nombreuses   Selon le hub, l’appel à innovation qu'il a lancé, montre que les solutions sont nombreuses (voir ci-dessous le condensé du book innovations). Il a présenté toutefois ses deux coups de cœur.   GA Smart Building (Promoteur constructeur industriel avec 308 M€ de CA) a ainsi conçu un plancher préfabriqué composé de poutre en bois lamellé-collé (9 m de long) et d’une fine dalle de béton permettant de diminuer l’empreinte carbone du plancher jusqu’à 50%. Le béton est réalisé avec une part de laitier de haut fourneaux.   « Le béton a toute sa place car il est coupe-feu et bénéficie d’un confort acoustique et vibratoire », souligne David Elbel, directeur ingénierie environnementale chez GA. Le produit composé à 50 % de béton et 50 % de bois doit faire l’objet d’un développement industriel (Atex) dès l’année prochaine, après des tests coupe-feu et d’ordre mécanique.   GA Smart Building possède en effet 3 usines de produits béton (et 4 usines spécialisées dans le bois, avec l’entité Ossabois rachetée en 2018). Il a prévu de produire 25 000 m2 de planchers en 2022 sur l’un de ses sites près de Colmar, lui-même proche d’un scieur local en bois lamellé collé (épicéa).   Objectif : passer d’un plancher de 9 m à 11 m afin de monter un plateau entier de bureaux (en préfabrication) avec une seule rangée de poteaux. Ce plancher est plus cher qu’une dalle-précontrainte (50 %) mais 40 % moins cher qu’une solution bois.     Le plancher préfabriqué composé à 50 % de béton et 50 % de bois doit faire l’objet d’un développement industriel ©GA Smart Building   Le ciment alternatif de Hoffmann Green Cement   De son côté, le cimentier Hoffmann Green Cement Technologies (620 K€ de CA en 2020) propose un ciment alternatif prometteur sans clinker, relève le hub. Le processus de fabrication se base sur un mélange à froid avec des coproduits issus de l’industrie. Trois usines complémentaires européennes vont compléter le maillage du process, indique le cimentier.   Particularité : il stocke différentes matières différentes (l’argile est en cours de certification), et le premix obtenu est issu de l’ajout d’activateurs « qui tiennent dans un verre pour créer une tonne de ciment ». Résultat : ces ciments affichent une réduction de l’empreinte carbone par 4 par rapport à un ciment normal, indique le cimentier.     Hoffmann Green Cement a agrandi son site historique de Bournezeau (Vendée). Et la PME française compte ouvrir deux usines supplémentaires dans l'hexagone.   Pour pouvoir construire deux usines supplémentaires, Hoffmann Green Cement a fait une levée de fonds de 75 millions d’euros dans le cadre de son plan stratégique à 5 ans. Il s’agit d’usines de taille moyenne de 250 000 tonnes annuels, sans rejet ni déchets, qui favorisent une implantation plus facile.   « Les solutions sont multiples pour permettre d’apporter chacune leur contribution et on ne va pas passer du tout béton au tout bois. On veut faire la preuve qu’une multitude de solutions à base de ciments alternatifs seront intéressantes. Et nous voulons être l’un de ces acteurs… » termine David Guglielmetti, directeur du développement.   Le prix d’un ciment alternatif est plus élevé qu’un ciment ordinaire (100 euros /m3 en traditionnel contre 200 euros environ le m3). « Un voile classique coûtera 20 euros/m2 de plus par rapport à un voile en ciment classique mais il sera toujours moins coûteux qu’une solution en bois » indique le responsable de Hoffmann Green Cement

 

             

Le book innovation de la filière béton   L'appel à innovations lancé par le Le hub des prescripteurs bas carbone a permis de faire le point sur les recherches abouties et en cours de la filière béton.   CarbonCure : Système d’injection de CO2 capté par les émetteurs industriels dans le béton frais   Futurecem (CCB France) : nouvelle Technologie permettant la combinaison entre l'argile calcinée et le calcaire qui permet de remplacer potentiellement plus de 40 % du clinker dans le ciment (35 % pour rester dans le cadre normatif)   2170 (SAS 2170) : Processus de fabrication de ciment bas carbone avec du calcaire micronisé (broyé finement).   Granudem (Poullard) : Production de granulat recyclé certifié CE2+ (atteste que la maitrise de la production à été validée par un organisme notifié européen, nécessaire pour répondre aux marchés publics).   Lignoroc (CCB) : fabrication de panneaux préfabriqués biosourcés en béton de bois avec des caractéristiques techniques fortes et un très grand confort thermique   Lowcarbotys (Cerib) : Accompagnement des acteurs de la construction pour optimiser le choix du béton et des volumes (pas uniquement sur le critère carbone)   Les espoirs et innovations en cours de démonstration   Fossilisateur de Néolythe : Process mobile de transformation des déchets industriels et ordures ménagères résiduelles en granulats anthropocite utilisables pour des sous-couches de route, des béton léger et classique   Structures alvéolaires à variation de densité (Modulatio) ; technologie inédite qui permet de moduler la densité de matière au sein d’un élément structurel (dalle, mur, poteau, radier...) en fonction des zones de contraintes mécaniques, afin d’optimiser la quantité de matériau utilisé.   Le béton bas carbone de 3B béton : Unité de production permettant de fabriquer in situ des liants par mélange afin d’adapter les produits bas carbone aux besoins des clients. Cette solution permettra de produire des bétons à partir de ciment sursulfaté.   Bi-addition/Colas Argeco, Bouygues Construction, IDEC, EDF ; Il s’agit de l’association synergique entre deux additions minérales déjà normalisées, qui, additionnée aux ciments CEM I ou CEM II/A, abaisse l’impact carbone du béton résultant. Les additions minérales sont : le filler calcaire, les métakaolins flash, divers coproduits industriels   (1) Le hub regroupe Bouygues Immobilier, Bouygues Construction, BNP Paribas Real Estate, Groupama immobilier, Linkcity, Poste Immo, Rabot Dutilleul, Covivio, sogeprom, Vinci immobilier, Icade et Altarea, Geciva, Orange et la Société du Grand Paris. S’y ajoute une trentaine de maitrises d’œuvre : cabinets d’architecture et bureaux d’étude pluridisciplinaire.

 

 

Source : batirama.com/Fabienne Leroy