Déchets de construction, matières à conception - UCL

Déchets de construction, matières à conception GOBBO Emilie
Architecte, Assistante de recherche, Doctorante
Promoteurs : André De Herde, Denis Zastavni
C.A: Louis Laret, Benoit Thielemans, Sophie Trachte
I. Introduction au contexte La recherche veut répondre à une problématique d’actualité et définie comme ligne d’action par l’Union Européenne à savoir, l’économie et la préservation de nos ressources ainsi que la réduction de la production de déchets [4]. Au regard du contexte énergétique, la rénovation du bâti existant généralement ancien et énergivore est capitale. En Région de Bruxelles-­‐Capitale (RBC), elle est d’ailleurs encouragée par de nombreux incitants financiers et par la réglementation sur la Performance Energétique des Bâtiments en vigueur depuis 2008. Malgré le gain énergétique réalisé durant l’occupation du bâtiment grâce à la rénovation, le processus de rénovation est également générateur de déchets et consommateur d’une quantité non négligeable de matières premières. A l’heure actuelle, la démarche des concepteurs est principalement basée sur un objectif de performance énergétique puisque le contexte le demande. Il s’agit donc d’élargir la réflexion et l’approche conceptuelle au champ ‘matériel’, sous-­‐tendus des économies de ressources et de déchets qu’elle représente réduisant ainsi la pression exercée sur nos écosystèmes. En effet, une réflexion en amont du processus de conception représente un outil précieux pour faciliter la valorisation de la matière en fin de vie en tant que ressource potentielle (présente et future) pour la Région de Bruxelles-­‐Capitale. Ce sont donc également nos modes d’interventions actuelles en ce compris les choix conceptuels, la mise en œuvre et la démolition qui sont ici indirectement questionnés. II. Questions et hypothèses Au regard des constats énoncés, la recherche s’est inspirée de théories et approches telles que le Cradle2Cradle [2], l’écologie industrielle [5][8] le 4 Dimensional Design [9][10], et pose plusieurs questions et hypothèses: La première question est d’ordre général : ! Le déchet peut-­‐il constituer une ressource et être valorisé comme tel [1][6]? Les considérations suivantes concernent plus spécifiquement le secteur de la construction et les concepteurs que nous sommes : ! Quel matériaux et produits mettons-­‐nous en œuvre qui pourraient constituer à terme (c’est-­‐
à-­‐dire en fin de vie ou lors de transformation ultérieure) des déchets ou des ressources potentielles ? Dans la course à la performance énergétique, par ailleurs tout à fait justifiée et nécessaire, n’oublions-­‐nous pas l’impact de nos choix conceptuels sur la consommation de ressources et la production de déchets ? ! Pour répondre partiellement aux questions énoncées, l’hypothèse propose d’appréhender le bâti existant comme un stock de ressources potentielles en attente de réutilisation. Cette hypothèse rejoint les concepts de métabolisme urbain et d’urban mining. La valorisation de nos ressources locales, la création de circuits courts, la diminution de notre impact 1 environnemental par une meilleure gestion de nos ressources correspondent aux objectifs énoncés par l’Europe. Si une bonne connaissance des stocks et des flux matériels est indispensable à la mise en place d’un tel objectif, ces données sont actuellement lacunaires voire inexistantes. Outre la connaissance du gisement matériel, l’intégration de la fin de vie dans la conception des produits et des bâtiments est capitale pour atteindre l’objectif visé d’une gestion otpimale de nos ressources. !
Enfin, pouvons-­‐nous évaluer le potentiel de valorisation ou la valorisabilité des éléments que nous mettons en œuvre et ce, dans le but d’encourager au maximum la valorisation de la matière en fin de vie (communément appelée ‘déchet’) comme ressource ? III. Méthodologie Dans un premier temps, l’objectif de valorisation et gestion optimales nécessite de combler le manque de données disponibles concernant l’impact de nos rénovations énergétiques sur les stocks et les flux de matières. Pour ce faire, nous avons opté pour une approche bottom-­‐up qui part de l’analyse d’études de cas pour installer une méthode reproductible à d’autres projets. Cette première partie se déroule selon les étapes suivantes : !
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Définir un objet d’étude ‘représentatif’1 de la Région de Bruxelles-­‐Capitale : nous avons opté pour le bâtiment résidentiel mitoyen construit avant 1945 et rénové selon les critères du concours Bâtiments Exemplaires2 (BATEX) ; 23 projets répondant à la définition ont été identifiés Proposer une décomposition du bâtiment permettant Illustration 1 : Proposition de décomposition une systématisation de l’approche : l’étude porte essentiellement sur l’enveloppe puisque représentant l’élément premier d’action pour l’amélioration des performances énergétiques du bâti. Cette enveloppe est une somme de composantes (façades, toiture, dalles) elles-­‐mêmes constituées de couches ou layers différents : layers extérieur, structurel et intérieur. Ces layers sont par ailleurs composés de 1 à plusieurs matériaux différents Source : Emilie Gobbo Analyser les tendances d’intervention des rénovations énergétiques en termes de démolitions opérées et d’isolation de l’enveloppe ; 10 projets sur les 23 ont été analysés Établir le bilan matière de l’opération de rénovation à savoir, identifier et quantifier les flux de matières entrants (IN) et sortants (OUT) ainsi que l’impact de la transformation sur le stock matériel du bâtiment (analyse du stock avant et après transformation) ; 1 projet sur les 23 a fait l’objet de cette analyse Introduire une réflexion prospective à l’échelle régionale sur base de ratios déterminés par la quantification et sur base de taux de rénovation annuels proposés. Cette approche est une ébauche et reste relativement théorique, elle met en lumière les potentialités d’un possible outil de planification (grâce aux ratios) pour tendre vers une meilleure gestion des flux de matières 1
Nous sommes conscients que les projets s’intégrant dans le programme du concours bâtiments exemplaires (BATEX) constituent une faible proportion des rénovations de la Capitale. Néanmoins, considérant les objectifs ambitieux de la 2
Incitant financier accordé par la Région de Bruxelles-­‐Capitale sur base d’une démarche volontaire et ayant pour but de stimuler la rénovation énergétique durable en région bruxelloise. 2 Dans un second temps, il s’agit de pouvoir évaluer le stock identifié par rapport à son potentiel de valorisation, appelé aussi valorisabilité. En effet, l’identification et la quantification des stocks et flux ne nous informent pas sur la valorisation effective des matières. La valorisabilité est définie selon différents degrés suivant la hiérarchie d’action prônée par l’U.E : réduire, réemployer, recycler. Une série de parois types (avant et après amélioration) présentes dans les 10 projets analysés a été identifiée. L’évaluation, réalisée sur base de paramètres définis, portera sur ces parois types et décrira le degré de valorisabilité de ces dernières. En évaluant les parois types avant et après amélioration, nous souhaitons mettre en exergue l’impact de l’intervention sur le potentiel de valorisation de la paroi améliorée. Nous aborderons également les freins et opportunités pouvant être rencontrés lorsqu’un objectif de valorisation maximale est visé. Cette partie du travail est en cours de réalisation, c’est pourquoi elle ne sera pas plus largement développée dans cet article. Un schéma de principe représentant l’approche proposée est présenté ci-­‐dessous. Nous y retrouvons à la fois l’analyse des stocks et flux engendrés par le processus de rénovation et l’évaluation du potentiel de valorisation des parois (représentée par le bouclage des flux). Illustration 2 : Schéma de principe de l’approche proposée Source : Emilie Gobbo IV. Résultats Tendances d’intervention Les tendances d’intervention signifient les récurrences observées dans les démolitions opérées sur les composantes de l’enveloppe mais également les récurrences dans la façon dont cette enveloppe est améliorée au niveau thermique : quel type d’isolant et dans quel layer il est mis en œuvre3. Comme indiqué dans la méthodologie, 23 projets4 BATEX répondent à la définition de l’objet d’étude 3
Pour le terme layer (ou couche), se référer au deuxième point de la méthodologie sur la proposition de décomposition du bâtiment. 4
Ces 23 projets concernent les éditions de 2007, 2008, 2009 et 2011. L’édition de 2013 n’a pas été considérée car elle est postérieure au début de l’analyse opérée. 3 (bâtiments résidentiels mitoyens d’avant 1945 rénovés BATEX). Dix de ces derniers ont été analysés suivant les tendances d’intervention. 1. Démolition de l’enveloppe Illustration 3 : Principes d’intervention : Démolitions apportées à l’enveloppe Source : Emilie Gobbo L’étude a porté sur les différentes composantes de l’enveloppe du bâtiment, elles-­‐mêmes décomposées en couches (ou layers) pour l’analyse. En effet, ces derniers ne sont pas toujours traités de façon égale lors des transformations : les finitions/couches intérieures voire extérieures seront plus facilement enlevées que les layers structurels. Les résultats obtenus démontrent : ! Pour les toitures à versant, une forte propension à la démolition complète. Dans le cas du layer structurel de cette composante, il existe néanmoins une tendance à conserver la structure (pannes/chevrons) ou la modifier en partie pour des questions d’ouvertures en toiture principalement. Dans le cas des toitures plates, les couches extérieures et structurelles sont plus souvent conservées que dans le cas des toitures à versant alors que les finitions intérieures sont démolies dans tous les cas. ! Peu d’interventions de démolition en façade avant sauf au niveau du layer intérieur. Ce phénomène se justifie amplement par les réglementations urbanistiques en vigueur. Comparativement, la façade arrière fait l’objet de démolitions partielles systématiques : ouvertures, agrandissement de baies ou démolitions d’annexes. ! Enfin, les dalles sur cave font l’objet de démolitions plus importantes que celles sur terre-­‐plein, pour la création de trémies ou pour un remplacement complet. Notons ici que les interventions sont identiques d’un layer à un autre, c’est-­‐à-­‐dire que lorsqu’une dalle est démolie, elle l’est sur l’ensemble de son épaisseur comprenant ainsi les trois layers. 2. Isolation de l’enveloppe L’approche est identique à celle présentée précédemment : analyse par composantes et layers. Les conclusions montrent : 4 !
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Qu’en toiture, quel que soit le type (à versant ou plate), l’isolation est toujours prévue dans l’épaisseur structurelle5. Il s’agit principalement de cellulose et de fibre de bois. Une isolation complémentaire par l’extérieur (résol, et fibres de bois) est également souvent prévue, notamment dans le cas des toitures plates. Qu’en façade avant, la tendance est à l’isolation par l’intérieur justifiée par les réglementations urbanistiques en vigueur concernant l‘alignement à rue. La diversité rencontrée dans les types d’isolants mis en œuvre est importante. Dans le cas de façades avant en retrait, l’isolation par l’extérieur est privilégiée (EPS, XPS, fibre de bois) ainsi que dans toutes les façades arrières ne présentant pas de structure bois (nouvelles parois). Dans ce dernier cas, l’isolation dans l’épaisseur structurelle est favorisée (cellulose, fibre de bois). Que les dalles sur terre-­‐plein existantes sont améliorées au niveau supérieur, cela parait évident pour une question d’inaccessibilité des couches inférieures. Les nouvelles dalles construites proposent systématiquement une isolation rigide sous le layer structurel (PUR, résol). Les dalles sur cave présentent une plus grande diversité d’intervention avec une majorité d’isolation en layer inférieur, sous la couche portante. Notons que dans tous les cas d’isolation dans l’épaisseur structurelle, il s’agit de cellulose ou fibre de bois. Nous insistons également sur le fait que la palette de matériaux isolants choisie est fortement influencée par les critères énoncés dans le cadre du concours BATEX. Illustration 4 : Principes d’intervention : Isolation de l’enveloppe
Source : Emilie Gobbo Bilan matière Un bilan matière, c’est-­‐à-­‐dire l’identification et la quantification des stocks et flux matériels, a été réalisé sur un projet situé sur la commune d’Auderghem. Construit initialement en 1921, le bâtiment mitoyen d’une superficie de 122m² est situé en retrait de l’alignement à rue et est affectée en logement individuel. La 5
Cette opération est possible car il s’agit de structures bois dans tous les projets étudiés. 5 6
rénovation vise une consommation annuelle de 26 kWh/m² (très basse énergie) . Les plan, coupe et façade sont présentés ci-­‐dessous. Illustration 5 : Façade avant, coupe et plan du rez-­‐de-­‐chaussée du projet Application. Source : Gérard Bedoret Comme évoqué dans le chapitre sur la méthodologie, l’analyse est réalisée en trois étapes distinctes : comptabilisation du stock avant rénovation, comptabilisation des flux de matières entrants et sortants générés par les travaux de rénovation et, comptabilisation du nouveau stock obtenu. Cette opération permet d’identifier l’impact de la rénovation sur le stock matériel contenu dans le bâtiment. Ont été considérés dans cette analyse, l’enveloppe bâtie et les éléments délimitant les espaces intérieurs (planchers, murs, cloisons intérieurs). Les équipements et techniques n’ont pas été retenus de par la difficulté que représente une quantification précise de ces derniers dans un bâtiment ancien existant. Huit fractions de matières ont été définies et étudiées selon leur poids et leur volume. L’utilisation de deux unités de comptabilisation différentes, 3
à savoir la tonne et le m , permet d’élargir le champ de vision de la problématique matière. 1.
En poids Les résultats obtenus démontrent une prédominance d’inertes dans le stock de matière existant, confirmant de la sorte les données disponibles et communiquées par la région. Cette prépondérance se confirme dans le stock obtenu après rénovation où peu de grosses variations sont visibles dans la répartition des flux. Durant l’opération de rénovation, nous observons une forte proportion de matières neuves mise en œuvre comparativement aux déchets produits. Notons qu’il s’agit là d’une particularité du projet. En effet, la conservation maximale des éléments existants et donc la limitation des déchets produits lors de la rénovation était une volonté du maitre d’ouvrage et de l’architecte principalement formulée dans un but économique (réduction des coûts et économie de matières). Les matières neuves apportées (IN) sont variées et de nature souvent plus complexe que les matériaux d’origine: prédominance de bois et dérivés (finalité structurelle, de support/contreventement principalement), d’inertes, de liants minéraux (finitions et plaques de plâtre), et d’isolants. Par contre, les matières enlevées (OUT) concernent surtout les inertes avec un peu plus de 70%, et les liants minéraux et bois dans une moindre mesure. Il est important de faire remarquer que l’unité de poids est l’unité de référence utilisée dans le secteur du traitement des déchets, sauf dans le cas de l’évacuation des déchets sur chantier où les containers sont enlevés et payés au volume. Les inertes, prédominants et possédant 6
Le projet est lauréat de l’appel à projet Bâtiment Exemplaire organisé par Bruxelles Environnement en 2011. Toutes les données ont été récoltées auprès de Bruxelles Environnement et de l’architecte du projet (Atelier d’Architecture Gérard Bedoret) 6 une masse volumique plus importante que d’autres matériaux comme le bois, le plâtre ou les isolants, représentent donc une importante part dans la somme totale de matières contenues dans le bâtiment. Il est 7
intéressant de remarquer la différence de résultats obtenus en considérant l’unité de volume . Illustration 6 : bilan matière du projet en poids Source : Emilie Gobbo 2.
En volume Illustration 7 : bilan matière du projet en volume Source : Emilie Gobbo Considérer l’unité de volume permet d’aborder le bilan matière de l’opération de rénovation sous un autre angle. En effet, par rapport au bilan partant de l’unité de poids précédemment présenté, les proportions de matières varient fortement durant la transformation et après cette dernière. Bien que justifiée par l’amélioration des performances énergétiques, une fraction apparait comme dominante dans les matériaux neufs mis en œuvre, celle des isolants. Ces derniers représentent au final près du tiers du volume total de matériaux contenus dans le bâtiment alors que la part d’inertes s’élève à un peu plus de la moitié. Ce bilan nous amène à affirmer que les isolants, ici considérés comme une famille de matériaux à part entière malgré leur diversité de nature de ressources, constitueront donc une fraction clés à l’avenir lors de toute intervention ultérieure. En ce qui concerne le stock existant, les inertes restent prédominants avec 79% du volume total. Ils sont également majoritaires dans la production de déchets (dits flux OUT) lors de l’opération de rénovation. 7
Il est important de noter ici que les volumes calculés ne tiennent pas compte du foisonnement inhérent à toute démolition/déconstruction. Il s’agit ici d’une comptabilisation de volume des matières telles qu’elles sont mise en oeuvre dans le bâtiment, comme si ces matériaux étaient livrés sur palette ou accolés sans vides intersticiels . 7 3.
Ratios : outil de planification et de gestion ? En élargissant le nombre d’analyses, la quantification des stocks et des flux de matières devrait aboutir à l’identification de ratios (volume ou poids au mètre carré) en fonction du type de bâti et du type de rénovation. Ces ratios pourraient être utilisés dans le but de déterminer les types et les quantités de matières pouvant être générés sur le territoire par la politique régionale de rénovation mise en place. En effet, la connaissance de ces flux est primordiale pour tendre vers une gestion et une valorisation optimales de ces ressources locales potentielles. Les analyses réalisées par la présente recherche ne sont cependant pas suffisantes pour justifier l’utilisation des ratios comme outil de planification et de prospection. Il s’agit donc de mettre en exergue l’avantage que pourrait constituer à l’avenir ce type d’outil avec une base de données plus large et donc plus fiable. Ci-­‐dessous, nous proposons une vision synthétique et simplifiée de l’utilisation qui pourrait être faite d’un tel outil. Si nous considérons la représentativité du projet analysé sur le territoire selon sa morphologie et 8
l’agencement intérieur, il rejoint le type de la maison pour petite bourgeoisie d’après 1918 . Ce type de construction représente environ 1.579.507 m² en RBC [12]. Si nous considérons un taux de renouvellement optimal du parc de 2% annuel rejoignant les objectifs européens, cela correspond à environ 31.590 m² rénovés. Dans l’optique où ces bâtiments sont rénovés vers des critères de basse énergie tels que formulés dans le 9
concours BATEX en considérant un minimum de démolitions, cela pourrait constituer en une année : Illustration 8 : Flux potentiels engendrés à l’échelle régionale par la rénovation du parc immobilier de même type que le projet étudié (en considérant un taux de renouvellement annuel de 2%) Source : Emilie Gobbo V. Conclusions et Perspectives La thèse ne prétend pas combler entièrement les lacunes existantes concernant les données statistiques sur les réels stocks et flux matériels de la région. Elle propose d’intégrer cette nouvelle problématique dans la réflexion sur la rénovation du parc immobilier bruxellois. La recherche nous a permis de mettre en place une méthodologie applicable à d’autres projets de rénovation et d’identifier des tendances d’intervention ainsi que 8
Mise à part quelques légères modifications spatiales et l’introduction de nouveaux matériaux, l’organisation en plan de cette dernière ne diffère pas beaucoup de celle de la maison bourgeoise d’avant 1914. Toutes les données de types et de surfaces ici présentées proviennent de l’étude B3Retrotool. Cette étude fait partie d’une plateforme régionale d’encouragement de la recherche dans le cadre de la rénovation à Bruxelles. 9
Pour rappel, le concours BATEX représente actuellement l’optimum de rénovation visé par la région mais il est réalisée sur base volontaire, aucune obligation légale ou réglementaire n’est donc d’application. 8 des flux potentiellement significatifs pour aujourd’hui et pour demain. L’approche innovante de la présente thèse repose donc sur : ! l’introduction de la problématique ‘matière’ (sous forme de gisement et de flux), ! l’introduction dans la phase de conception de la notion de fin de vie indispensable à un objectif de valorisation optimale ! la proposition d’une méthode d’analyse reproductible à d’autres projets, ! la génération d’une première batterie de données dont le but final est d’apporter une meilleure connaissance des ressources matérielles contenues dans nos bâtiments En ce qui concerne la suite de cette recherche, nous nous concentrerons sur la seconde partie d’analyse : la valorisabilité des éléments mis en oeuvre. Les mois prochains seront donc dédiés à l’évaluation du potentiel de valorisation des parois types de l’enveloppe ainsi qu’à la détermination de la valorisation effective du stock identifié comprenant l’étude des freins et opportunités y étant liés. Au delà de la présente thèse, il serait intéressant d’approfondir la démarche ici initiée par l’élargissement de l’échantillon de projets étudiés (pour fiabiliser les données récoltées), par l’application de l’analyse à d’autres typologies bâties ainsi qu’aux équipements et techniques, par l’implémentation dans des projets pilotes,etc. Cette recherche est un commencement. Pour qu’elle aie un impact positif et significatif à l’avenir sur la gestion de nos ressources et déchets à l’échelle régionale, une démarche prospective ainsi qu’une réflexion sur l’implication de chaque acteur sont nécessaires. Bibliographie principale [1] BARLES S., L’invention des déchets urbains : France 1790-­‐1970, Champ Vallon, collection milieux, Seyssel, France, 2005, 297p [2] BRAUNGART M., MCDONOUGH W., Cradle to Cradle, créer et recycler à l’infini, Alternatives Manifestô, Paris, France, 2011, 230p [3] DUVIGNEAUD P., HAVELANGE P., DENAEYER-­‐DE SMET S., L'écosystème urbain: Application à l'Agglomération bruxelloise, L'écosystème Bruxelles, agglom.Bruxelles, Bruxelles, Belgique, 1975. [4] EUROPEAN ENVIRONMENT AGENCY, The European Environment, State and outlook 2010: Material Resources and Waste, EEA-­‐SOER 2010, Copenhagen, Danemark, 2010, 46p [5] ERKMAN S., Vers une écologie industrielle (2ème édition), Charles Leopold Mayer, Paris, France, 2004, 256p [6] HUYGEN J-­‐M., La poubelle et l’architecte: vers le réemploi des matériaux, Actes Sud, Arles, France, 2008, 184p [8] MASSARD G., Les symbioses industrielles : une nouvelle stratégie pour l’amélioration de l’utilisation des ressources matérielles et énergétiques par les activités économiques, Thèse de doctorat, Université de Lausanne (UNIL), Lausanne, Suisse, 2011, 372p [9] NORDBY A.S., Salvageability of building materials: Reasons, criteria and consequences regarding architectural design that facilitate reuse and recycling, thèse de doctorat, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Trondheim, Norvège, avril 2009, 198p. [10] PADUART A., Re-­‐design for change : a 4 dimensional renovation approach towards a dynamic and sustainable building stock, Thèse de doctorat, Vrije Universiteit Brussel (VUB), VUBPRESS, Bruxelles, Belgique, avril 2012, 380p [11] TRACHTE S., Matériau, matière d’architecture soutenable : Choix responsable des matériaux de construction, pour une conception globale de l’architecture soutenable, Thèse de doctorat, Presses Universitaires de Louvain, Université Catholique de Louvain UCL, Louvain-­‐la-­‐Neuve, Belgique, 2012, 534p [12] TRACHTE S., EVRARD A., GALAN, Arancha ; ATHANASSIADIS, Aristide. Assessing Sustainable Retrofit of the old Dwellings Stock in Brussels Capital Region. PLEA2014 -­‐ SUSTAINABLE HABITAT FOR DEVELOPING SOCIETIES, Ahmedabad, India, 16-­‐
18/12/2014 (informations générales sur l’étude disponibles sur: http://www.brusselsretrofitxl.be/) 9