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Les réponses aux problèmes urgents auxquels nous sommes confrontés aujourd’hui ne passent pas par des solutions uniques et globales. Les questions sont bien trop complexes pour cela. Il est plus probable que les solutions prendront la forme de multiples approches différentes, développées par des personnes qui voient et appréhendent les problèmes sous des angles différents et qui sont prêtes à travailler ensemble dans une perspective plus générale. À cet égard, Philippe Block, architecte et ingénieur en structure, professeur au département d’architecture de l’EPF Zurich et directeur du Pôle de recherche national (PRN) Fabrication numérique, explique pourquoi le secteur du bâtiment pourrait – et devrait – jouer un rôle de pionnier dans la transition collaborative.
Quel est le plus grand problème environnemental de la planète ?
Commençons par un mini-quiz : quelle industrie est, à elle seule, responsable de 40 % des émissions de carbone, de 40 % de la consommation des ressources, de 40 % de la consommation énergétique et de 40 % de la production de déchets dans le monde ?
Les transports ? L’agriculture ? Les biens de consommation ? Combien d’entre vous ont cité le bâtiment et la construction ? Parce qu’en effet, c’est la bonne réponse. Ce secteur a un énorme impact sur notre planète – autant, sinon plus, que les transports ou d’autres industries qui nous viendraient plus spontanément à l’esprit. À mon avis, en traitant les problèmes inhérents à la façon dont nous construisons nos bâtiments et nos infrastructures, nous pourrions avancer de façon décisive dans la réalisation de nos objectifs de durabilité. Si nous parvenons à résoudre de façon satisfaisante les problèmes propres au secteur de la construction, les approches collaboratives que nous développons pourraient également servir de modèle de transition dans de nombreux autres domaines.
Comment la construction pourrait-elle servir de modèle de transition dans d’autres secteurs ?
Je pense que le problème vient du fait que nos méthodes de construction sont terriblement dépassées. Au risque d’exagérer, on a vu se développer, au fil des décennies, voire même des siècles, un modèle basé sur l’architecte « vedette », qui conçoit un bâtiment principalement dans le but d'être esthétiquement impressionnant. C’est ensuite aux ingénieurs de mettre en œuvre cette création esthétique en toute sécurité, et aux entrepreneurs d’essayer de construire l’impossible à un coût raisonnable.
Le problème, c’est qu’aucun des acteurs intervenant aux différentes étapes du processus ne peut avoir une vision globale. Les architectes, par exemple, ne peuvent pas connaître tous les tenants et les aboutissants de la réalisation d’un bâtiment, comme les propriétés techniques des matériaux ou leur impact environnemental. Il en résulte un sérieux décalage par rapport à ce qui est faisable. Cette situation n’existe nulle part ailleurs : c’est un peu comme si les designers automobiles ignoraient qu’une roue doit être ronde. Ce n’est pas la faute d’un acteur particulier dans la chaîne, c’est juste que tous ont tendance à se renvoyer la balle. Mais c’est évidemment catastrophique lorsque l’objectif est de créer des bâtiments et des infrastructures durables qui répondent de manière optimale aux exigences environnementales, sociales et économiques.
KnitCandela est une enveloppe de béton ondulée construite à partir d'un coffrage tricoté ultraléger, conçu par ordinateur, qui a été transporté de Suisse au Mexique dans une valise.
Photo credits: Leo Bieling
Mais alors, comment le secteur du bâtiment peut-il adopter des approches plus durables ?
La question de la durabilité est incroyablement complexe. Si les gens ou les organisations essaient de vendre une vision simpliste de la durabilité en cherchant simplement à se positionner, cela ne nous mènera nulle part. Une solution unique et globale ne suffira pas à résoudre les défis complexes auxquels nous sommes confrontés en matière de durabilité et d’environnement. Il faudra de nombreuses solutions développées par les experts compétents qui travaillent ensemble et qui respectent et valorisent l’apport des autres, en sachant qu’il est impossible qu’une seule personne puisse appréhender tous les points de vue.
Dans le cas du bâtiment, tout doit commencer au niveau des architectes et des ingénieurs, c’est-à-dire avec l’équipe de concepteurs. Ce sont eux qui ont la responsabilité de gérer les aspects environnementaux de la construction, de même que toutes les opportunités. Si les architectes et les ingénieurs peuvent travailler ensemble efficacement et s’il y a un véritable transfert de connaissances et de compétences, nous pourrons commencer à trouver des méthodes de construction qui utilisent moins de matériaux tout en polluant moins. Les architectes qui sont disposés à écouter les ingénieurs peuvent s’appuyer sur leur expertise pour créer des projets basés sur une géométrie structurelle intelligente, plutôt que de toujours tabler sur des matériaux comme le béton armé pour consolider des structures intrinsèquement déficientes.
Comment votre projet s’intègre-t-il dans cette démarche ?
Mon équipe et moi travaillons sur une solution qui n’est sans doute qu’une pièce du puzzle, mais une pièce cruciale. Ce que nous avons fait, c’est revisiter des bâtiments historiques, tels que les grandes cathédrales gothiques ou le Panthéon de Rome, pour voir comment les structures en voûte de leur système de construction peuvent être transposées aux matériaux modernes comme le béton (non armé). Il s’avère que cela fonctionne très bien. Rappelez-vous qu’à l’époque, ils construisaient des structures incroyablement complexes et efficaces avec des matériaux simples comme la pierre et la brique.
Que peuvent nous enseigner ces structures historiques pour la construction de bâtiments modernes plus durables ?
Le secret réside dans la géométrie : ces structures avaient exactement la bonne géométrie pour suivre le flux des forces jusqu’aux supports. Il n’y avait pas besoin d’armatures en acier qui, évidemment, n’existaient pas à cette époque.
La voûte en éventail de la chapelle du King's College à Cambridge est à couper le souffle et aussi solide que le jour où elle a été construite, il y a près de 600 ans.
Photo credits: Kurt Schmidt
L’une de nos idées consiste à appliquer des géométries incurvées aux dalles de sol, c’est-à-dire aux éléments sur lesquels on marche. À ce propos, j’ai une autre statistique sur les 40 % : dans les immeubles à plusieurs étages (au moins 10 étages), qui sont au cœur de l’urbanisme dans le monde entier, 40 % du poids sont imputables aux planchers. Notre technique consiste à utiliser des mini-voûtes pour remplacer ces dalles massives de béton armé. De cette façon, nous avons besoin d’un tiers du volume de matériaux et d’une fraction seulement de l’armature en acier. Non seulement le système de plancher voûté est super léger et très peu polluant, mais il est aussi facilement recyclable s’il n’est pas réutilisé (ce qui peut toujours arriver). Il constitue une alternative élégante et facilement réalisable pour l’élément le plus banal d’un bâtiment. Les planchers en voûte peuvent même être imprimés en 3D, ce qui n’était pas possible il y a trois ans.
Philippe Block et son équipe ont une confiance absolue dans les matériaux simples et les géométries intelligentes : ici, une dalle de sol voûtée.
Photo credits: BRG
Ces nouvelles solutions plus durables sont-elles réalisables ?
Si les gens sont sceptiques quant à savoir si le type de structures dont je parle fonctionne dans la pratique, je leur rappelle que les bâtiments basés sur des voûtes et des dômes courbes avec des matériaux non renforcés, comme le Panthéon de Rome, les grandes cathédrales gothiques européennes et même les sols carrelés incurvés de Grand Central Station à New York, existent depuis des centaines, voire des milliers d’années.
Bien sûr, il est également utile de disposer de structures modernes qui mettent en valeur ces géométries dans les nouveaux bâtiments. En 2016, par exemple, nous avons créé la voûte Armadillo dans le cadre de l’exposition internationale d’architecture de la Biennale de Venise, en utilisant la géométrie funiculaire pour créer une structure entièrement composée d’éléments en calcaire – assemblés sans mortier, ni armature, ni colle – d’une portée de 16 mètres. Un autre exemple passionnant de structure en coque extrême, cette fois-ci en béton, nous est donné par l’unité HiLo du laboratoire de construction NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies), qui se trouve sur le campus de l’Empa (laboratoire fédéral suisse de recherche sur les sciences et technologies des matériaux) à Dübendorf, près de Zurich. Il sera bientôt ouvert au public, et je suis convaincu qu’il ouvrira la voie à ce type d’approche révolutionnaire de la construction.
Qu’en est-il de la modularité ?
La généralisation d’une nouvelle technologie comme celle-ci implique davantage que séduire l’imagination des gens. Il y a également de nombreux obstacles à franchir, comme la réglementation en matière de construction, la certification, les tests d’incendie, les tests de charge, etc. Naturellement, nous devons veiller à ce que les nouvelles techniques et solutions soient sûres et conformes, mais à mon avis, l’industrie est trop frileuse et ne va pas aussi vite qu’elle le pourrait pour suivre les innovations apportées par la recherche. Il serait bon de voir davantage de clients – y compris des particuliers – se lancer dans l’aventure. Bien sûr, il y a toujours un risque à adopter une innovation, mais d’après notre expérience, même lorsqu’on repousse les limites, le risque est toujours d’ordre financier.
Il est encourageant de voir l’intérêt croissant des gouvernements pour l’intégration des principes historiques dans la construction. Nous avons des partenariats en Afrique du Sud et en Inde, où chacun peut constater les avantages. Parmi les projets phares auxquels nous avons participé, citons la Sustainable Urban Dwelling Unit (unité d’habitation urbaine durable, SUDU) en Éthiopie et le Mapungubwe National Park Interpretation Centre en Afrique du Sud. Ces projets ont démontré comment les techniques de voûte en tuiles peu polluantes utilisant des briques en terre de fabrication locale peuvent générer un entrepreneuriat local et créer des revenus et des emplois pour les communautés locales.
Technologie ou magie ? La voûte Armadillo de l'exposition internationale d'architecture de la Biennale de Venise s'étend sur 16 mètres sans mortier, ni armature, ni colle.
Photo credits: Iwan Baan
Comment tirer le meilleur parti de ces nouvelles structures « à l’ancienne » ?
La clé est de rendre ces « anciennes » technologies revisitées pertinentes et acceptables. Comme c’est souvent le cas de nos jours, la technologie numérique joue un rôle central dans le processus. Comme je l’ai déjà dit, nos structures voûtées peuvent être imprimées en 3D. Nous pouvons également utiliser le calcul informatisé pour trouver des structures contemporaines qui correspondent à des structures historiques. Ce point est très important, car une grande partie de l’activité du bâtiment dans les prochaines années sera consacrée à la rénovation. Ce serait une grande avancée si nous pouvions réduire considérablement l’utilisation des nouveaux matériaux nécessaires à la rénovation des anciennes structures.
Nous devons appliquer la technologie dont nous disposons pour mettre en place une philosophie de réduction, de réutilisation et de recyclage. Réduire signifie essayer de changer le moins possible et, ensuite, construire sur la base de géométries intelligentes qui limitent l’utilisation des matériaux. Réutiliser signifie, par exemple, donner de nouveaux usages plus significatifs à des composants usagés et à d’anciens bâtiments. Ce n’est qu’ensuite que nous recyclons. Il faut savoir que presque tous les déchets de construction produits dans le monde finissent à la décharge – la Suisse faisant figure d’exception notable. Cette situation n’est pas tenable.
J’ai été heureux d’apprendre que PwC et le WWF travaillaient ensemble sur le concept d’économie circulaire. La circularité – c’est-à-dire un système économique conçu pour supprimer le gaspillage et promouvoir l’utilisation continue des ressources – est une approche cruciale pour enrayer l’irresponsabilité et trouver des moyens efficaces de traiter les problèmes d’environnement et de durabilité auxquels nous sommes confrontés.
Comment articuler de bonnes intentions avec des solutions concrètes ?
Comme je l’ai déjà dit, la mise en œuvre de ces grandes idées nécessitera des mécanismes propices à une collaboration et une coordination beaucoup plus intenses. Pour illustrer à quel niveau on se heurte encore à des obstacles, citons le conflit qui oppose actuellement les lobbies du bois et du béton, les premiers affirmant que le bois est par définition supérieur au béton en termes de durabilité. Ce qui, à l’heure actuelle, est vrai : notre utilisation du béton est incroyablement destructrice. Mais c'est parce que nous finissons par utiliser le béton pour tout parce qu'il est si bon marché ; nous ne payons pas les vrais coûts, notamment en termes de dégâts environnementaux. En réalité, si nous commencions à utiliser ce matériau comme il le faudrait et uniquement là où il est nécessaire – comme nous le faisons avec nos dalles de plancher incurvées, par exemple – le béton pourrait, en fait, faire concurrence au bois en matière d’impact environnemental, si l’on s’en tient à l’échelle requise pour continuer à construire partout dans le monde au cours des prochaines décennies.
Quelle est votre vision de la durabilité ?
Je suis d’accord avec David Attenborough pour dire que nous avons dépassé le point acceptable où il suffit de laisser la planète telle quelle. Nous devons revenir à un monde meilleur : une planète en équilibre. Pour compenser activement les dégâts des dernières décennies, nous devons en faire davantage.
Comme j’ai essayé de le montrer avec l’exemple du secteur du bâtiment, qui me passionne, cela nécessite un nouveau type d’équipe et de nouveaux types de coopération. Nous devons apprendre à penser et à travailler au-delà des frontières, à tenir compte et à apprendre de l’expertise de chacun. C’est en suivant cette démarche que nous pourrons trouver des idées étonnantes et qui fonctionnent, comme par exemple des structures de plancher voûtées qui pèsent beaucoup moins lourd, génèrent moins de pollution et peuvent être réalisées avec des imprimantes 3D en utilisant des ressources locales. Pour moi, c’est une révolution au meilleur sens du terme.
L'humain reste au cœur de la transformation, quel que soit l'objectif.
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Philippe Block et le Block Research Group
Le professeur Philippe Block est un adepte de la mise en relation d’univers différents. Architecte et ingénieur en structure plusieurs fois primé, il a étudié à la VUB, en Belgique, et au MIT, aux États-Unis. Dans ses fonctions actuelles, il construit (littéralement) des passerelles entre la recherche universitaire et la finalité pratique de la construction de bâtiments.
À l’Institute of Technology in Architecture de l’EPF de Zurich, il co-dirige le Block Research Group (BRG) avec le Dr Tom Van Mele. Il est également directeur du Pôle de recherche national suisse (PRN) en fabrication numérique et membre du conseil d’administration de LafargeHolcim.
Les travaux de Philippe Block portent sur la recherche numérique de formes, ainsi que sur l’optimisation et la construction de structures à surface courbe – en particulier les voûtes en maçonnerie non renforcée et les coques en béton. Il applique les résultats de ses recherches dans la pratique dans le cadre de contrats incluant l’évaluation structurelle des monuments historiques et la conception et l’ingénierie de nouvelles structures en coque.
Portrait photo credits: Elisabeth Real
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