La voie vers la neutralité carbone nécessite tout un village―mondial
- Qu’entend-on par « zéro émission nette » de carbone ?
- La neutralité carbone : la place du bâtiment et son histoire dans les secteurs de la conception et du BTP
- En quoi consiste la gestion de l’ensemble des émissions de carbone ?
- Concevoir des bâtiments pour une économie circulaire
- Exemples de projets « net zéro carbone »
- Quel avenir pour la neutralité carbone ?
Des pompiers qui utilisent les télésièges du lac Tahoe pour lutter contre des brasiers, un ouragan qui inverse le cours du fleuve Mississippi, le thermomètre qui grimpe à près de 50 °C au Canada, une baisse de la gravité détectée dans la calotte glaciaire de l’Antarctique : s’agit-il d’un nouveau film catastrophe dystopique ? Malheureusement, non. Ces scènes sont bien réelles, et elles se déroulent sous nos yeux, à la faveur du changement climatique.
Depuis la révolution industrielle, l’Homme a rejeté plus de 2 000 gigatonnes de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. C’est cette couche de polluants qui retiennent la chaleur, de plus en plus épaisse, qui est à l’origine du réchauffement planétaire.
En effet, les répercussions de l’utilisation des combustibles fossiles sont alarmantes : chaque année, la pollution tue huit millions de personnes, et rien qu’en France, ils causent 100 000 morts et 101 milliards d’euros (4% du PIB) de préjudices économiques.
L’ampleur du réchauffement planétaire est directement corrélée à la quantité de dioxyde de carbone rejetée dans l’atmosphère par le biais des activités humaines. L’équation est d’une simplicité confondante : pour stabiliser le changement climatique, les émissions de carbone mondiales doivent être réduites à zéro. Et plus cela tardera, plus le climat changera.
Qu entend-on par « zéro émission nette » de carbone
En bref, le « net zéro », ou la neutralité carbone, correspond à l’équilibre entre la quantité de gaz à effet de serre émise et la quantité de gaz extraite de l’atmosphère. Cette neutralité s’obtient en réduisant, compensant et éliminant le carbone.
Pourquoi la neutralité carbone est-elle essentielle ?
Si la neutralité carbone est au centre des débats parce que le changement climatique est généralisé et s’intensifie (PDF, p. 8), les experts s’accordent à dire que la meilleure façon de lutter contre ce phénomène est d’endiguer le réchauffement planétaire.
En 2015, l’Accord de Paris a défini un cadre international visant à limiter la hausse des températures mondiales à moins de 1,5 °C par rapport aux niveaux préindustriels, ce qui permettrait d’atténuer sensiblement les répercussions du changement climatique. Selon la majorité des experts, cet objectif ne peut être atteint qu’en supprimant les émissions de carbone mondiales d’ici 2050. Près de 200 pays se sont engagés à prendre des mesures en ce sens et certains, dont la France, la Nouvelle-Zélande et la Suède, ont légiféré à ce sujet.
Atteindre l’objectif de la neutralité carbone d’ici 2050 implique donc la réduction drastique des émissions dès aujourd’hui, et les mesures prises durant cette décennie seront déterminantes. « Nous allons être en difficulté car nous enregistrons déjà une hausse d’un degré par rapport aux températures préindustrielles », souligne l’architecte et éducateur Ed Mazria, fondateur d’Architecture 2030, qui vise à faire en sorte que l’environnement bâti ne soit plus le principal émetteur de gaz à effet de serre, mais une solution centrale à l’urgence climatique. Pour Ed Mazria, comme pour de nombreux tenants progressistes du mouvement, l’horizon 2050 est trop lointain : « Pour limiter la hausse à 1,5 °C, il faut une baisse marquée des émissions entre aujourd’hui et 2030, puis leur disparition progressive d’ici 2040. » Selon lui, pour avoir une bonne probabilité (67 %) d’atteindre l’objectif de 2040, les émissions de carbone mondiales doivent être divisées par deux en 2030, puis réduites à zéro dix ans plus tard.
Comment la neutralité carbone s’applique-t-elle aux secteurs de la conception et du BTP ?
Toute structure bâtie est associée à des émissions de carbone, aussi bien pendant le processus de construction que la phase d’exploitation. Un bâtiment à énergie zéro compense ses émissions de gaz à effet de serre provenant des sources d’énergie traditionnelles en réduisant sa consommation énergétique grâce à des énergies renouvelables telles que l’éolien et le solaire, ou en achetant des crédits carbone pour parvenir à la neutralité.
Néanmoins, les objectifs des bâtiments à énergie zéro sont pour le moins ambitieux, comme l’explique Victoria Burrows, responsable du programme Advancing Net Zero au World Green Building Council : « D’ici 2030, l’environnement bâti devrait réduire de moitié ses émissions, sachant que la totalité des nouveaux bâtiments doivent atteindre la neutralité carbone en phase d’exploitation et que la rénovation énergétique des anciens bâtiments est en bonne voie. L’énergie grise doit diminuer d’au moins 40 %, même si certains grands projets parviennent à des baisses de 50 %. D’ici 2050 au plus tard, tous les biens neufs et existants devront avoir un bilan énergétique neutre tout au long de leur cycle de vie, aussi bien au niveau de l’exploitation que de l’énergie grise. »
Par ailleurs, on ne saurait trop insister sur l’impact du BTP sur les émissions mondiales. « Le parc immobilier devrait doubler d’ici 2060, rappelle Clay Nesler, responsable mondial du département Bâtiments et énergie au Centre WRI Ross pour des villes durables du World Resources Institute. Si vous faites le calcul, cela revient à construire l’équivalent de la ville de New York chaque mois. Ces bâtiments devront être chauffés, climatisés et éclairés, fournir un environnement sain et confortable, et être résistants aux effets du changement climatique. »
« Si les villes et les pays espèrent parvenir à la neutralité carbone, ils ne peuvent pas faire l’impasse sur l’environnement bâti puisqu’il représente 39 % des émissions totales de carbone et un pourcentage plus élevé encore d’émissions de carbone dans les villes, précise Clay Nesler. Mais les bâtiments constituent aussi le meilleur moyen de réduire les émissions dès à présent grâce à des technologies existantes qui sont rentables tout au long de leur cycle de vie. »
La neutralité carbone : la place du bâtiment et son histoire dans les secteurs de la conception et du BTP
En très peu de temps, le concept scientifique de neutralité carbone s’est traduit par des pratiques ambitieuses, puis par des politiques.
Avant la révolution industrielle, les bâtiments étaient plus proches du « net zéro » qu’aujourd’hui : la combustion de la biomasse générait la chaleur et la lumière, la ventilation fournissait de l’air frais et les systèmes mécaniques n’étaient pas généralisés.
Au début du XXe siècle, concepteurs, ingénieurs et constructeurs ont commencé à tenir compte de l’impact environnemental des structures. Dans les années 1970, le conflit au Moyen-Orient a fait flamber le prix du pétrole et a favorisé une mentalité conservatrice sur les questions énergétiques. Les gouvernements et les industriels se sont alors mis à s’inquiéter de leur dépendance économique vis-à-vis des combustibles fossiles.
En 1998, le Green Building Council américain a lancé le Leadership in Energy and Environmental Design (LEED), un système de notation pour l’utilisation de matériaux, d’eau et d’énergie pour les bâtiments neufs.
Puis en 2002, Ed Mazria a fondé Architecture 2030, une organisation à but non lucratif qui a pour ambition de changer le cours du changement climatique. Quatre ans plus tard, Architecture 2030 publiait le « 2030 Challenge », qui appelait à la neutralité carbone des bâtiments neufs d’ici 2030. L’Institut américain des architectes a répondu à l’appel en lançant son engagement « 2030 Commitment », qui suit les avancées réalisées par rapport au « 2030 Challenge ».
En 2006, le Living Building Challenge a monté la barre d’un cran pour les normes de construction et leur efficacité en matière de développement durable.
Par la suite, en 2015, près de 200 pays ont signé l’Accord de Paris sur le climat pour réduire progressivement la pollution. Enfin, la Commission européenne a créé le Pacte vert pour l’Europe en 2019, soit un ensemble d’initiatives destinées à parvenir à la neutralité climatique d’ici 2050.
En quoi consiste la gestion de l’ensemble des émissions de carbone ?
Dans le secteur de l’architecture, de l’ingénierie et de la construction (AEC), la gestion de l’ensemble des émissions de carbone est le processus qui consiste à mesurer et gérer la totalité du carbone émis par un bâtiment, tant durant sa phase de construction que sa phase d’exploitation. « Ce qui est délicat, c’est que l’expression “net zéro” ne se rapporte souvent qu’à l’énergie consommée durant l’exploitation, déplore Tony Saracino, responsable du développement durable chez Autodesk. En réalité, cette expression devrait servir à décrire les bâtiments qui mesurent, gèrent et réduisent à zéro ou moins la quantité totale des émissions de carbone, soit la somme du carbone intrinsèque et du carbone opérationnel. »
Le carbone intrinsèque
Chaque structure bâtie a un impact caché sur le climat en raison du carbone intrinsèque, également appelé énergie grise, c’est-à-dire les émissions de carbone générées lors de l’extraction et du raffinement des ressources, de la fabrication et de la logistique associée. L’énergie grise de tous les matériaux utilisés pour la construction des bâtiments et des infrastructures est difficile à retracer, mais représente 11 % des émissions de gaz à effet de serre à l’échelle mondiale. Contrairement aux émissions de carbone imputables à l’exploitation d’un bâtiment, que l’on peut progressivement réduire en entreprenant des rénovations énergétiques et en favorisant les énergies renouvelables, le carbone intrinsèque est piégé sur place aussitôt que commence la construction d’un bâtiment.
Par ailleurs, le BTP est le premier consommateur de matières premières au monde. Et d’après Architecture 2030, l’énergie grise représentera plus de la moitié des émissions totales des nouveaux bâtiments d’ici 2030.
Avec une superficie de 230 milliards de mètres carrés de nouveaux bâtiments prévus d’ici 2060, il est crucial que le BTP maîtrise le carbone intrinsèque et atteigne le « net zéro » dès aujourd’hui. Des outils comme le calculateur de carbone intrinsèque EC3, en open source, aide les acteurs concernés à choisir de manière éclairée les matériaux qui ont la plus faible empreinte carbone.
Le carbone opérationnel
Le carbone opérationnel correspond à la quantité de carbone émise par une structure durant son exploitation, y compris sa gestion et son entretien. Il représente jusqu’à 28 % des émissions mondiales. Au cours des trois prochaines décennies, ce chiffre augmentera parallèlement à l’expansion de l’environnement bâti.
Pour contrer cette tendance, la conception de bâtiments à haute efficacité énergétique permet d’ériger des structures efficaces, sûres et confortables, tout en faisant mieux que les réglementations relatives à la viabilité et à la réduction des gaz à effet de serre. Elle passe par la combinaison de techniques et d’outils destinés à optimiser la consommation énergétique, l’utilisation des matériaux ainsi que la sécurité et le confort des occupants, en tirant parti, dans la mesure du possible, des sources d’énergie renouvelables.
Les processus tels que le BIM (modélisation des données du bâtiment) permettent par exemple aux concepteurs de simuler la consommation énergétique. Mais si cela facilite le processus de conception, ce dernier gagne aussi en complexité.
« Pour concevoir ces bâtiments zéro carbone, il faut non seulement prévoir une structure solide, mais aussi analyser l’éclairage parce que nous utilisons plus de lumière naturelle, explique Clay Nesler. Nous devons évaluer l’impact d’éléments comme les toitures végétalisées ou les toits blancs, définir la meilleure orientation des bâtiments et réaliser une simulation énergétique très détaillée afin d’adapter l’énergie renouvelable aux besoins réels du bâtiment en chauffage, climatisation et éclairage. Et il faudra aussi exploiter les bâtiments de différentes manières. »
La compensation carbone
La compensation carbone aide les entreprises à respecter les objectifs de développement durable en contrebalançant leurs émissions par des investissements dans des projets qui évitent ou limitent la consommation de carbone. Elle se traduit parfois en crédits carbone, soit un crédit équivalant au retrait d’une tonne métrique de dioxyde de carbone de l’atmosphère ou à la non-production de ce gaz.
En outre, les constructeurs peuvent investir dans des projets de compensation initié par des tiers ou lancer leur propre programme, comme la plantation d’arbres, les parcs éoliens, les centrales géothermiques ou les panneaux solaires.
L’élimination du carbone
Même si les stratégies de réduction des émissions marquent une étape essentielle vers la neutralité carbone, elles ne sont toutefois pas suffisantes : atteindre cet objectif nécessite des stratégies qui éliminent activement le carbone de l’atmosphère.
Dans les méthodes d’élimination du carbone, on retrouve des stratégies naturelles telles que la restauration des forêts et la gestion des sols, des stratégies high-tech comme le captage direct dans l’air et la minéralisation accélérée, et des stratégies hybrides, telles que le retrait du carbone des océans.
Dans l’environnement bâti, l’élimination du carbone peut se faire en captant le carbone à la sortie d’une cheminée, en transformant des émissions industrielles en matériaux de construction ou encore en stockant le carbone dans des matériaux comme le béton.
« Les évolutions les plus intéressantes sont celles qui ont le potentiel de réduire drastiquement l’empreinte carbone du béton, voire de produire du béton qui a une empreinte négative et constitue donc un puits de carbone, explique Claire White, maîtresse de conférences en ingénierie civile et environnementale à l’Université de Princeton. Il existe des ciments alternatifs qui permettent de réduire d’au moins 70% les émissions par rapport au ciment Portland. Nous avons besoin de ces matériaux si nous voulons réduire nettement l’empreinte carbone du béton et basculer vers une industrie «net zéro. »
Concevoir des bâtiments pour une économie circulaire
L’économie circulaire, une approche zéro déchet axée sur l’utilisation et la réutilisation continue des ressources, gagne du terrain en architecture. Elle s’étend au-delà du recyclage puisqu’elle impose le surcyclage dans la conception et la construction. La mise en œuvre de ce cycle en circuit fermé implique l’adoption d’une approche verticale globale, allant de l’efficacité des différents matériaux à la finalité du bâtiment lui-même.
Comment concevoir et construire un bâtiment pour la circularité ?
Concevoir pour la circularité signifie tenir compte du cycle de vie complet d’un bâtiment et de ses utilisations ultérieures : c’est l’approche dite « du berceau au berceau ».
« Prenez une simple bibliothèque, explique Tony Saracino. Elle est peut-être trop abîmée pour être réparée, mais au lieu de la jeter, on pourrait réutiliser ses étagères dans un autre objet de même largeur et de même longueur. Voilà comment la conception intelligente peut conduire à la circularité. »
Ce concept s’applique également à l’échelle d’un bâtiment. « Pensez à ces anciennes usines reconverties en logements, poursuit Tony Saracino. C’est un bel exemple de circularité dans un bâtiment. On a pris un ancien site de production pour en faire des habitations, parfois avec une intervention minimale – les mêmes poutres de séquoia courent le long des plafonds et des piliers, et les sols sont d’origine. »
Pour tirer le meilleur profit de la circularité dans la conception de bâtiments, la digitalisation de bout-en-bout est essentielle, comme l’explique Clay Nesler : « Vous passez d’un croquis sur un iPad à une maquette BIM. Vous simulez tout, vous optimisez la conception (pour une consommation énergétique optimale) et vous calculez la quantité de carbone intrinsèque contenue dans les matériaux. »
« Puis vous téléchargez ces données dans un système qui les associe à tous les capteurs et les appareils du bâtiment afin non seulement d’exploiter de façon optimale le bâtiment, mais aussi d’en faire un producteur et non plus un consommateur d’énergie. Il la stocke, la gère et, oui, utilise un peu d’énergie, espérons-le, propre. Et puis, il y aura aussi une petite annotation sur les murs en béton et sur les poutres en acier pour savoir exactement ce qu’ils contiennent quand le bâtiment sera démoli dans 50 ans. »
Et au responsable mondial du département Bâtiments et énergie au Centre WRI Ross pour des villes durables de l’Institut des ressources mondiales d’ajouter : « Les communautés mal desservies seront les plus pénalisées par le changement climatique, mais les plus avantagées par des bâtiments économes et durables. »
Concevoir les bâtiments comme des banques de matériaux
Les processus de construction actuels traitent les matériaux de façon inefficace, et la conception de structures omet une infinité de possibilités d’application. Et si, à l’inverse, on considérait plutôt les bâtiments comme des lieux de stockage temporaire de matériaux et de composants précieux ? Il s’agit alors d’aborder les bâtiments comme des banques de matériaux.
« Un bâtiment est constitué d’un grand nombre de composants, constate Tony Saracino. Il y a du bois au sol, des dalles de béton, des tuyaux en cuivre. Tous ces matériaux sont ensuite conservés au sein de cette banque que constitue un bâtiment. L’idée est donc d’assembler un bâtiment de façon à connaître le contenu de cette banque lorsqu’il arrive en fin de vie. Et pour qu’il soit facile à démanteler, pas juste bon à démolir. »
Par ailleurs, la digitalisation est une étape de plus en plus importante dans la conception des bâtiments comme banques de matériaux. « Jusqu’à présent, on détruisait un mur sans avoir la moindre idée de ce qu’il contenait, résume Clay Nesler. Une maquette BIM devra indiquer toutes les informations relatives aux matériaux utilisés et faciliter leur réutilisation, leur transformation, etc. »
Exemples de projets « net zéro carbone »
Aux quatre coins du globe, des projets inspirants, petits ou grands, ouvrent la voie :
- Build Change construit et consolide des logements dans des pays exposés aux tremblements de terre et aux tempêtes en utilisant des matériaux locaux et adaptés au climat.
- Avec une superficie de plus de 12 000 m2, Unisphere, le siège social de la société United Therapeutics, situé aux abords de la ville de Washington, est l’un des plus grands bâtiments du monde « net zéro ».
- L’équipe du projet Skanska, qui a réalisé le bâtiment Kendeda pour la conception durable innovante, au sein de l’Institut de technologie de Géorgie, respecte les critères d’efficacité du Living Building Challenge grâce à l’utilisation notamment de matériaux récupérés, comme des petites planches de bois provenant de plateaux de tournage démontés.
- BamCore a créé un système pour concevoir et fabriquer des panneaux de bambou hybrides, c’est-à-dire des matériaux renouvelables pour des habitations et des structures commerciales basses.
- Quand BuildX Studio a construit le Centre de santé rural Sachibondu en Zambie, il a acheté ou produit localement plus de 80 % des matériaux de construction, notamment du bois récupéré et des briques thermorégulatrices fabriquées à partir de terre comprimée.
Quel avenir pour la neutralité carbone ?
La neutralité carbone est possible, mais les objectifs fixés pour 2050 nécessiteront un effort collaboratif de la part de tous les acteurs et doivent s’appuyer sur une volonté politique. Mais, selon Clay Nesler, le secteur privé doit lui aussi être proactif. « Les décideurs politiques n’ont pas tous les compétences pour réellement construire des bâtiments et réaliser des économies d’énergie, souligne-t-il. Le secteur privé peut apporter de la crédibilité et du réalisme au débat. »
Alors que les pays s’acheminent vers le « net zéro », il est essentiel de favoriser la résilience des communautés vulnérables qui émettent le moins de carbone et qui souffrent pourtant le plus de ses répercussions sanitaires et économiques. « Les communautés mal desservies seront les plus pénalisées par le changement climatique, mais aussi les plus avantagées par des bâtiments durables et économes, car les interventions destinées à supprimer les émissions de carbone des bâtiments les rendent aussi plus confortables et plus sains », explique Clay Nesler.
« Ce qu’il faut, c’est trouver des moyens de financer le coût initial des bâtiments à plus haute efficacité énergétique, ou le coût d’une rénovation générale, et de le rembourser progressivement, poursuit-il. Un certain nombre de modèles économiques novateurs font appel au secteur privé pour permettre à ces communautés de surmonter cette étape. »
En d’autres termes, c’est l’occasion ou jamais pour le BTP, plus que tout autre secteur, d’apporter sa pierre à l’édifice en étant le principal agent du changement. Pour Ed Mazria, il ne plane aucun doute à ce sujet : « Quand les architectes ont compris qu’ils jouaient un rôle dans le changement climatique, ils se sont embarqués dans l’aventure car, au même titre que les concepteurs, leur métier consiste à rendre le monde plus agréable. C’est leur vocation. »