Des innovations dans la technologie du béton

Des ciments innovants avec des ajouts cimentaires alternatifs sont déjà disponibles sur le marché suisse. Ils contribuent à boucler le cycle des matériaux de construction et à réduire encore nettement les émissions de CO₂ par rapport aux ciments classiques optimisés sur le plan des émissions de CO₂. Il s’agit de ciments certifiés selon la norme SIA 215/1 ainsi que la norme EN 197, composés en grande partie de matières premières secondaires, telles que les granulats mixtes traités ou l’argile calcinée. Le granulat mixte est la fraction fine générée lors du traitement industriel des déchets de démolition mixtes régionaux qui, jusqu’à présent, était souvent mise en décharge ou utilisée dans des applications de béton simples. Son utilisation comme composant du ciment préserve les espaces de décharge et améliore le bilan CO₂ des nouveaux ciments. Le béton qui contient ces ciments préservant les ressources apporte ainsi une contribution essentielle à l’économie circulaire, tout en présentant des propriétés de béton frais et durci comparables à celles des bétons contenant des ciments classiques.

Ciments classés «1re priorité» par le label ecobau: ecoProduits fournit des repères clairs à toute personne qui planifie des projets durables. Il s’agit d’un répertoire dans lequel ecobau répertorie les ciments particulièrement appropriés pour Minergie-ECO et répondant à la classification «1re priorité des ecoCFC/ecoDevis». Cette sélection aide les concepteurs à réaliser des bâtiments écologiques, sains et conçus de façon responsable – de manière simple, compréhensible et directement applicable au quotidien. Aperçu des produits ecobau (dans le masque de recherche, saisissez l’énoncé suivant dans le champ «Mot-clé»: ciments pour béton).

Le développement constant du domaine du béton recyclé est rendu possible par une technologie novatrice en matière de stockage du CO₂, qui représente une option prometteuse pour construire de manière plus respectueuse de l’environnement. Ces derniers temps, diverses entreprises innovantes ont attiré l’attention sur elles et leurs idées en ayant mis au point une technologie qui traite les granulats recyclés – des granulats de béton – avec du dioxyde de carbone (CO₂). Ce procédé permet d’une part de fixer le CO₂ (10 kg de CO₂ par mètre cube de béton) et d’autre part d’améliorer les propriétés du granulat, ce qui accroît encore davantage la durabilité de ce béton.

Même en étant nettement plus économes en ressources, ces bétons sont des bétons, certifiés selon la norme SN EN 206 et le Cahier technique SIA 2030, qui présentent à tous égards des propriétés statiques équivalentes à celles d’un béton composé de sable et de gravier. L’équivalence s’étend aussi à l’ouvrabilité de sorte que ce béton innovant peut être utilisé, pour les classes usuelles de résistance à la compression jusqu’à et y compris C30/37, pour tous les éléments de construction.

Du béton recyclé a été utilisé pour le SQUARE de l’Université de Saint-Gall (HSG), un lieu de rencontre ouvert à tout le monde.

Avec l’introduction de la procédure de conception basée sur la performance, le béton peut pour la première fois être conçu sur la base d’exigences de performance bien définies. Cela offre une marge de manœuvre pour des formulations économes en ressources, l’utilisation de matériaux recyclés et des matières premières au bilan carbone optimisé, sans faire de concessions en matière de qualité ou de sécurité.

Un ancien moulin à Grüsch est devenu un projet de construction de logements novateur qui allie responsabilité écologique, précision technique et collaboration concrète – et constitue le premier projet de démantèlement certifié DGNB en Suisse. Un total de 52 logements locatifs, des cycles de matériaux optimisés et un style loft urbain montrent comment la construction durable est possible aujourd’hui.

Des systèmes de construction, tels que les dalles nervurées ou voûtés, montrent que la consommation de matériaux et l’empreinte carbone peuvent être nettement réduites lorsque la forme et la structure sont optimisées de manière ciblée. Les outils de conception numériques, les coffrages imprimés en 3D et les éléments préfabriqués permettent de réaliser des éléments de construction légers, porteurs et multifonctionnels avec une protection phonique ou climatique intégrée.

Eléments de voûte (HiLo)

Le Block Research Group de l’EPF de Zurich est à la recherche de nouvelles structures porteuses qui permettent à la fois une utilisation efficace des matériaux et une réalisation de formes esthétiquement attrayantes. Plusieurs années de recherche sur l’association de principes de construction historiques à des technologies numériques ont donné naissance à un concept de coffrage réutilisable pour des structures à double courbure, constitué d’un réseau de câbles et d’une membrane tendue par‑dessus.

Il y a également les éléments de dalle voûtés. Grâce à une structure nervurée voûtée, cette construction légère économise plus de 70% de matériaux par rapport aux dalles en béton traditionnelles. Les éléments de dalle peuvent être préfabriqués de manière modulaire et installés facilement sur place. Les vides permettent l’intégration efficace de la ventilation, d’une climatisation et d’un chauffage basse température.

Préfabrication et Building Information Modeling (BIM)

La préfabrication présente plusieurs avantages. La production d’éléments dans des conditions contrôlées permet d’obtenir des dimensions plus élancées et facilite une conception respectueuse du matériau. Ainsi, des éléments décomposés en nervures permettent, en utilisant nettement moins de matériau et donc en réduisant le poids, d’atteindre une résistance portante comparable à celle d’un profil plein. La construction industrielle gagnera clairement en importance à l’avenir, avec des atouts tels qu’une préfabrication au millimètre près en usine et un montage rapide sur le chantier.

Une exécution plus rapide des travaux sur le chantier est essentielle, puisqu’elle permet de réduire les délais de chantier, les coûts et les émissions sonores. Grâce à la méthode de travail innovante de la modélisation des données du bâtiment, ou Building Information Modeling (BIM), la préfabrication deviendra toujours plus essentielle, car les conditions-cadres peuvent être clarifiées bien plus tôt dans la planification numérique et des solutions appropriées mises en œuvre.

Le biochar est obtenu par une réaction de pyrolyse de la biomasse qui, autrement, ne pourrait être valorisée que pour produire de la chaleur. Grâce à la pyrolyse, le carbone issu de l’atmosphère est séquestré à long terme. En ajoutant du biochar enrichi au béton, il est possible de stocker plusieurs centaines de kilogrammes de CO₂ par mètre cube, et ce, pendant des siècles.

Grâce à un dosage adéquat, le béton contenant du biochar atteint une résistance et une durabilité équivalentes à celles du béton conventionnel. L’ouvrabilité reste inchangée, car le biochar peut être intégré aux processus de construction usuels sans adaptation nécessaire. De plus, ce béton peut être entièrement démantelé et réintroduit sans difficulté dans le cycle existant des matériaux de construction.

Les premiers projets montrent que le béton au biochar peut être utilisé pour de multiples applications – des dalles aux structures plus exigeantes, en passant par le béton de parement. L’intégration se fait sans concessions en matière de qualité ou de sécurité. Vous trouverez davantage d’informations sur les applications du biochar sur le site Web.

Mining the Atmosphere

Le projet de recherche Mining the Atmosphere de l’Empa développe des technologies pour retirer activement le CO₂ excédentaire de l’atmosphère et l’utiliser comme matière première. L’objectif est de transformer le CO₂ en des matériaux qui ont de la valeur et qui pourraient remplacer les matériaux de construction conventionnels et les produits pétrochimiques. Le carbone produit doit être stocké dans le matériau de construction qu’est le béton. Cela contribue non seulement à atteindre les objectifs climatiques, mais permet aussi d’établir un paradigme industriel circulaire et climatiquement positif.

L’approche s’étend au-delà du simple stockage du CO₂ en visant la mise en place d’un nouveau système économique mondial, qui rend le CO₂ utilisable comme ressource pour l’industrie de la construction et d’autres produits de masse – techniquement réalisable, économiquement viable et écologiquement nécessaire. Vous trouverez plus d’informations sur le projet sur le site Web de l’EMPA.

Des armatures en fibres de carbone ou de verre permettent de réaliser des éléments de construction élancés, résistant à la corrosion. Cela permet de réduire les besoins en matériaux, le poids et l’énergie nécessaire au transport. Parallèlement, la durée de vie des ouvrages s’allonge et contribue ainsi de manière essentielle à l’efficacité des ressources.

Par rapport à la construction en béton actuelle, il est possible d’économiser jusqu’à 75% des ressources. A la fin du cycle de vie de l’ouvrage, les éléments de construction peuvent être réutilisés pour de nouvelles constructions. Si l’on considère l’ensemble du cycle, l’empreinte carbone peut également être réduite jusqu’à 75% par rapport aux méthodes de construction actuelles.

Pour la construction du laboratoire d’innovation Grüze à Winterthour, des éléments en béton réutilisables dotés d’une armature en fibres de carbone ont été utilisés. C’est une première dans le secteur du bâtiment. En savoir plus sur le projet.

L’association de la robotique à la planification numérique transforme en profondeur la fabrication du béton. Des procédés comme l’impression 3D du béton ou des systèmes d’armature robotisés permettent de réaliser des formes complexes avec un usage minimal de matériaux. Cela augmente la précision, réduit les déchets et ouvre de nouvelles possibilités architecturales.

La Tour blanche de Mulegns allie culture et construction innovante: en béton et entièrement imprimée en 3D, elle culmine à 30 m et présente une construction modulaire. Un chef-d’œuvre grâce à la fabrication numérique – et un phare pour la construction durable.

Le béton, un matériau de construction très largement utilisé, se révèle être un accumulateur d’énergie efficace. Sa capacité à stocker la chaleur et à la restituer en douceur aux pièces est mise à profit dans l’activation thermique des éléments de construction. Les conduites d’eau intégrées aux éléments en béton servent à répartir uniformément et durablement la chaleur ou la fraîcheur dans les pièces. Cette méthode innovante ouvre une nouvelle dimension de l’efficacité énergétique, en transformant des éléments de construction, tels que les murs et les dalles, en véritables réserves d’énergie. Les éléments de construction peuvent être chargés de préférence aux moments où de l’énergie renouvelable (par exemple via une installation solaire ou des capteurs géothermiques) est disponible. Cela permet d’utiliser davantage d’électricité renouvelable et de soulager les réseaux électriques.

Le campus FHNW à Muttenz montre que le béton ne sert pas seulement à créer une structure porteuse mais qu’il peut aussi transformer un bâtiment en un accumulateur d’énergie grâce à des éléments de construction thermoactifs. C’est ainsi que l’on obtient un climat ambiant durable tout en consommant un minimum d’énergie.

Les éléments de construction en béton étant lourds, ils entraînent souvent des charges structurelles élevées et nécessitent des fondations massives. Dans la construction hybride, les parties de la structure porteuse qui s’y prêtent sont remplacées par des éléments plus légers, par exemple par du bois pour le dernier étage. Cela permet de réduire le poids total de la structure porteuse pour ensuite optimiser les éléments porteurs en béton et les fondations. Lorsque la construction hybride est mise en œuvre de manière systématique, elle nous conduit à analyser chaque fonction pour choisir le matériau le plus approprié. Le béton étant un matériau de construction polyvalent et flexible, il remplit des fonctions très importantes.

Dans le cas de la Tilia Tower à Lausanne, le béton a été associé au bois pour réaliser des structures porteuses efficaces avec une faible empreinte carbone. L’activation thermique des éléments de construction, les éléments préfabriqués et le ciment à empreinte carbone réduite permettent d’optimiser l’utilisation de l’énergie et des matériaux.

Le «Smart Crushing» ou concassage intelligent permet de bien mieux séparer les constituants du béton de démolition. Un concasseur spécialement conçu à cet effet détache de manière ciblée le ciment durci du matériau. Dans la mesure où le ciment durci nécessite nettement moins de pression que le sable, le gravier ou le ciment pas encore durci, il est broyé en une fine poudre, tandis que les granulats restent en grande partie intacts. Cette régulation précise de la pression permet une séparation nette de tous les composants. Le ciment récupéré peut être réactivé en usine et réutilisé comme liant. Le sable et le gravier sont également récupérés pour la fabrication de béton. Le concassage intelligent contribue ainsi à boucler les cycles des matériaux dans la construction en béton et à utiliser les ressources de manière plus efficace.

L’économie européenne vise la neutralité climatique d’ici 2050 et l’industrie du ciment joue un rôle déterminant dans cette transformation. Au cours des dernières décennies, l’industrie européenne du ciment a réduit ses émissions de CO₂ par tonne de ciment d’environ 800 kg à environ 650 kg de CO₂. La Suisse, quant à elle, a déjà atteint un peu plus de 560 kg de CO₂ par tonne de ciment. Une réduction supplémentaire et globale des émissions de CO₂ à zéro suppose des mesures nouvelles, innovantes et révolutionnaires.

L’une des approches consiste à intervenir directement à la source et à construire de nouvelles installations techniques sur les sites des cimenteries. Celles-ci capteraient les émissions de CO₂ directement à leur source et les stockeraient durablement dans des sites de stockage souterrains (captage et stockage du CO₂, CCS), ou les utiliseraient pour la production de carburants synthétiques (captage et valorisation du CO₂, CCU).

Westküste 100, un laboratoire en conditions réelles: Le projet «Westküste 100» en Allemagne du Nord est un projet parmi d’autres et vise à trouver une solution innovante au problème des émissions de CO₂ provenant de la production de ciment, en captant le dioxyde de carbone issu de sources régionales (telles que la fabrication du ciment) et en l’utilisant pour produire des carburants de synthèse (e-fuels), afin de contribuer à la décarbonation de l’industrie et à la protection du climat.