a sélection des matériaux des bâtiments écologiques

Transcription

1 l a sélection des matériaux des bâtiments écologiques par Wayne Trusty RÉSUMÉ Les systèmes d'évaluation de l'ensemble des bâtiments comme BREEAM Green Leaf, LEED MC et Green Globes insistent, avec raison, sur la sélection de matériaux ou de produits verts comme aspect important de l'écologie. Si les architectes se préoccupent de cette question, ils sont aussi de plus en plus conscients du temps et des ressources que requiert la recherche d'information fiable. Cet article mettra en évidence les sources et les outils d'information qui aideront à effectuer la recherche en question. On y discutera aussi de l'importance Recyclage, réutilisation, élimination Extraction de la ressource Cycle de vie des produits du bâtiment Démolition Fabrication Occupation et entretien Construction sur l'emplacement relative et des mérites environnementaux des matériaux de la structure et de l'enveloppe de bâtiment. Toutefois, nous tenterons surtout de prendre du recul et de définir globalement «l'écologie» ainsi que la durabilité dans le contexte de la conception de bâtiment et de la sélection des matériaux. Ontario Association of Architects

2 OBJECTIFS La lecture du présent article permettra d'acquérir des connaissances fondamentales sur les sujets suivants : 1. Les différents types d'outils d'aide à la décision, leurs buts et leurs utilisations; 2. L'aspect systémique de l'évaluation des produits du bâtiment, et le problème connexe qui consiste à s'assurer d'une équivalence fonctionnelle parfaite lors de la comparaison de produits; 3. Le rôle des évaluations du cycle de vie (ECV) et leur intégration prochaine dans les outils d'évaluation de l'ensemble du bâtiment; 4. Les critères environnementaux majeurs pour la sélection des matériaux de construction écologiques; 5. Les choix de matériaux les plus importants du point de vue environnemental; 6. Les compromis et la performance environnementale relative des matériaux ainsi que des systèmes en fonction d'un éventail de mesures de la performance; 7. La façon dont les ECV peuvent contribuer au processus de conception par des références précises aux études de cas résidentielles à l'aide de l'environmental Impact Estimator d'athena MC. INTRODUCTION La conception, la construction et l'occupation de bâtiments écologiques est beaucoup plus complexe qu'on ne le croit, surtout lorsqu'il s'agit de sélectionner les matériaux. Nous aimerions tous disposer de moyens simples ou de recettes empiriques qui faciliteraient le processus de sélection, sauf que la réalité est bien différente. Or, nous devons constamment faire des compromis qui nous obligent à échanger des effets désirables contre d'autres qui le sont moins. L'Athena MC Sustainable Materials Institute, un organisme sans but lucratif dédié à la promotion de l'écologie, concentre principalement ses activités sur l'évaluation du cycle de vie (ECV) d'une gamme de matériaux de construction et l'emploi des données de son logiciel appelé Environmental Impact Estimator. Ce logiciel permet aux architectes, aux ingénieurs et aux chercheurs d'évaluer les conséquences environnementales des concepts des bâtiments, dès le début des projets. Il est conçu pour les professionnels qui n'ont ni le temps ni les ressources pour entrer dans les détails sans simplifier exagérément. Nous pouvons, dans le cas présent, employer les résultats de l'outil pour jeter un peu de lumière sur la question de la sélection des matériaux. Mais avant, il serait utile d'expliquer brièvement l'ecv et de présenter un système de classification simple qui contribue à positionner l'environmental Impact Estimator ainsi que d'autres outils quant à leur importance relative, à leur but et à leur utilité au cours des diverses phases d'un projet. 1

3 ATHENA 2.0 Beta V3.1 Interne Concept de maison 1 (553,35 gigajoules) Planchers et toits (181,74 gigajoules) Fermes de toit légères en bois (181,74 gigajoules) Toit du garage (34,64 gigajoules) Toit principal (135,16 gigajoules) Toit secondaire (11,94 gigajoules) Fondations (92,31 gigajoules) Semelle de béton (29,70 gigajoules) Semelle de 10 x 24 po (29,70 gigajoules) Dalle de béton sur terre-plein (62,61 gigajoules) Principale dalle sur terre-plein (62,61 gigajoules) Murs (279,29 gigajoules) Mur de blocs de béton (273,38 gigajoules) Figure 1 : Exemple d'analyse au moyen du logiciel Environmental Impact Estimator d'athena MC Évaluation du cycle de vie Choisir une mesure sommaire Consommation d'énergie Rejets de déchets solides Indice de pollution de l'air Indice de pollution de l'eau Réchauffement du globe potentiel Utilisation pondérée de ressources L'ECV est tout simplement une méthode d'évaluation de la performance environnementale d'un produit pendant son cycle de vie entier, ce qu'on appelle souvent une analyse intégrale. Habituellement, la performance environnementale est mesurée d'après une vaste gamme d'effets potentiels, dont ce qui suit : épuisement des combustibles fossiles; utilisation d'autres ressources non renouvelables; potentiel de réchauffement de la planète; appauvrissement de l'ozone stratosphérique; création d'ozone troposphérique (smog); nutrification/eutrophisation des plans d'eau; acidification et dépôt acide (sec et humide); contamination toxique de l'air, de l'eau et du sol. Toutes ces mesures sont des indicateurs du fardeau environnemental que la fabrication, l'utilisation et l'élimination d'un produit peuvent causer. Les indicateurs n'abordent pas directement les effets ultimes sur la santé des humains ou des écosystèmes, une tâche qui se révèle particulièrement difficile et incertaine. Toutefois, ils fournissent de bonnes mesures de la performance environnementale en s'appuyant sur le principe que toute réduction de ces effets constitue un pas dans la bonne direction. 2

4 Dans une ECV, les effets associés à la fabrication, au transport, à l'utilisation et à l'élimination des produits sont dits «intrinsèques». Il s'agit, non pas d'effets physiques réels mais plutôt d'une attribution ou d'une répartition au sens comptable du terme. Dans le secteur du bâtiment, la tendance consiste à référer principalement à «l'énergie de production», mais il existe une vaste gamme d'effets intrinsèques, comme le laisse entendre la liste d'indicateurs. Toutes les activités extractives et les rejets dans la nature constituent des effets intrinsèques, et l'énergie elle-même englobe une vaste gamme d'effets intrinsèques associés à sa production ainsi qu'à son transport (que l'on appelle les effets antérieurs à la combustion). Dans le cas des bâtiments, l'énergie requise pour les occuper au cours de leur durée utile éclipse largement l'énergie attribuée aux matériaux employés pour leur construction et leur entretien. Cependant, les autres effets intrinsèques comme les rejets toxiques dans l'eau, l'extraction des ressources et la fabrication dépassent nettement tout rejet associé à l'occupation des bâtiments. Par ailleurs, il importe de noter que l'ecv d'un produit doit englober la production et l'utilisation des autres matières requises pour le nettoyage et l'entretien du produit pendant sa phase d'utilisation. Par exemple, nous devons tenir compte des peintures requises afin d'entretenir certains bardages en bois ainsi que des nettoyants nécessaires pour les divers types de revêtement de sol. Dans un même ordre d'idées, nous devons ternir compte de la réparation et du remplacement des produits pendant le cycle de vie du bâtiment. Enfin, mentionnons que l'ecv diffère de l'estimation du coût global (ECG). Les méthodes se complètent mutuellement sauf que la deuxième focalise sur les coûts de construction et d'entretien d'une structure pendant son cycle de vie tandis que l'ecv focalise seulement sur la performance environnementale. Cette performance est mesurée en unités convenant à chaque type ou catégorie d'effet. Par exemple, les émissions de gaz à effet de serre sont décrites d'après leur potentiel de rétention de la chaleur par comparaison aux effets du CO 2, et le potentiel de réchauffement de la planète est ensuite mesuré en tonnes rectifiées de CO 2. Un système de classification des outils Ce système simple de classification des outils élaboré par l'athena Institute comporte trois principaux niveaux d'outils. Les outils du niveau 1 focalisent sur un produit ou un élément individuel (p. ex. les revêtements de sol ou les fenêtres) et servent à des comparaisons selon des critères environnementaux ou économiques. Il s'agit probablement des outils les plus courants. Le logiciel BEES et le GreenSpec Directory s'adressent surtout aux architectes : BEES est un logiciel d'ecv élaboré par le U.S. National Institute of Standards and Technology; GreenSpec Directory est un guide des produits du bâtiment écologiques produit par Building Green (éditeurs de l'environmental Building News). 3

5 BEES permet de comparer les produits entre eux en fonction de données de l'ecv et de l'ecg. Le logiciel fournit une série complète d'indicateurs environnementaux comparables à la liste mentionnée précédemment, en plus de comparer le caractère écologique avec les coûts à l'aide d'un système de pondération combinant des mesures environnementales variées sous forme de notation que l'on peut ensuite rapprocher avec les coûts. Le GreenSpec Directory est diffusé sous forme de livre à couverture souple et d'abonnement en direct sur le Web. Il contient des descriptions détaillées sur plus de produits répartis en 250 catégories que l'on a organisées selon le système CSI MasterFormat MC. Les informations détaillées du répertoire aideront les lecteurs à comprendre les mérites environnementaux des produits d'après une série de critères élaborés par les éditeurs. Enfin, le GreenSpec Directory fournit le devis de chaque catégorie de produit, dont ses avantages, ses inconvénients, les facteurs environnementaux de même que les aspects à rechercher en général dans une catégorie donnée de produits écologiques. On pourrait prétendre que les systèmes de certification comme l'environmental Choice Program de TerraChoice ainsi que divers systèmes de certification des forêts constituent aussi des outils de niveau 1. Or, la prudence est de mise car de nombreux programmes de certification focalisent sur des attributs ou des mesures de performance individuels (consommation d'énergie ou contenu recyclé, par exemple), et l'étiquette «verte» qu'ils portent peut prêter à confusion. Il s'agit parfois d'excellents produits par rapport au critère d'évaluation retenu, sauf qu'ils n'obtiendront pas nécessairement une bonne notation s'ils sont soumis à une ECV complète ou à un système tenant compte de plus d'attributs. Les autres outils de niveau 1 employés en Amérique du Nord (p. ex. SimaPro, TEAM et GaBi) étant plutôt destinés aux spécialistes des ECV, nous les avons jugés moins pertinents pour le présent exercice. Les outils de niveau 2 focalisent sur l'ensemble du bâtiment ou des éléments complets et aident à prendre des décisions sur des aspects précis comme les coûts pendant le cycle de vie, l'énergie de consommation ou les effets environnementaux pendant le cycle de vie. Il s'agit d'outils objectifs et axés sur les données qui s'appliquent de l'étape de l'étude préliminaire à celle de la conception détaillée. Le logiciel d'athena entre dans cette catégorie, au même titre que les outils de simulation énergétique et de calcul des coûts durant le cycle de vie. L'Environmental Impact Estimator d'athena est un outil unique en son genre en Amérique du Nord. Il s'applique particulièrement dans ce cas-ci puisqu'il s'agit du seul outil de niveau 2 qui aide à choisir les matériaux dans le contexte d'une évaluation du cycle de vie du bâtiment au complet. Plutôt que de traiter de produits individuels, il focalise sur l'ensemble du bâtiment ou des éléments complets (murs, planchers et toits, par exemple). Ainsi, il permet de saisir les ramifications systémiques des produits sélectionnés pour la structure et l'enveloppe de bâtiment. L'Environmental Impact Estimator et le logiciel BEES se complètent, sauf que le premier convient davantage à l'étape de l'étude préliminaire, et l'autre, à l'étape du devis ou de l'acquisition de l'élaboration de projet. 4

6 L'Environmental Impact Estimator permet aussi de comparer les effets intrinsèques de la production et de l'utilisation des matériaux, notamment l'entretien et le remplacement de ces derniers au cours de la durée de vie présumée du bâtiment, avec des estimations de l'énergie de consommation élaborées séparément au moyen d'un logiciel de simulation énergétique, et de fusionner les données obtenues avec les estimations en question. Cette démarche permet de tenir compte des émissions de l'énergie de consommation ainsi que des effets antérieurs à la combustion (c'est-à-dire l'énergie et les émissions associées à la production de même qu'au transport de l'énergie). Les outils de niveau 3 sont des cadres ou des systèmes d'évaluation de l'ensemble du bâtiment qui englobent une vaste gamme de préoccupations ou de questions environnementales, économiques et sociales jugées pertinentes à l'écologie. Ces outils font appel à une combinaison d'apports objectifs et subjectifs, et s'appuient sur les outils du niveau 2 pour une bonne partie des données objectives les résultats des simulations énergétiques, par exemple. Tous ces outils utilisent des systèmes de notation ou de pondération subjectifs afin de distiller l'information et de fournir des mesures globales, et tous peuvent contribuer à étayer ou à guider le processus de conception. À l'heure actuelle, LEED et BREEAM Green Leaf sont les outils de niveau 3 les plus connus au Canada. Green Globes, un produit dérivé de BREEAM Green Leaf, est en train de succéder rapidement à son produit d'origine. Les outils de niveau 3 présentement offerts s'appliquent aux projets, aux bâtiments existants et aux rénovations de même qu'aux remises à neuf majeures. Si certains outils requièrent l'intervention d'un vérificateur externe, la plupart permettent d'obtenir la certification de la performance d'un bâtiment. Ils s'appliquent à une vaste gamme de bâtiments comme les logements individuels et collectifs, les immeubles commerciaux et institutionnels ainsi que les bâtiments affectés à l'industrie légère. LES MATÉRIAUX DU POINT DE VUE ÉCOLOGIQUE Les questions que nous nous posons au sujet des matériaux se soldent rarement par des réponses aussi précises que nous l'aimerions. Nous voudrions tous que des solutions empiriques ou des étiquettes nous indiquent les produits véritablement écologiques tout en tenant compte de la totalité des facteurs du cycle de vie. Malheureusement, nous ne pouvons obtenir ces réponses sans une évaluation formelle du cycle de vie ou une méthode approfondie. En l'absence d'information de ce genre, nous devons aborder avec prudence toute réponse d'apparence simpliste. Par exemple, il faut tenir compte de la production et de l'élimination des résines employées pour la fabrication de matériaux de construction en matières plastiques pour que ces derniers constituent un «meilleur choix» que le bois traité avec des produits chimiques ou le bois provenant des forêts anciennes, comme peuvent le prétendre les fabricants ou des articles rédigés avec les meilleures intentions. La présente section souligne certains des facteurs clés qu'il faut garder à l'esprit pour la comparaison ou la sélection des produits. On y jette les bases de l'établissement des priorités lorsque le problème de la sélection de produits qui réduisent l'incidence d'un bâtiment se pose. 5

7 Maintien de l'équivalence fonctionnelle En matière de produits, nous devons surtout nous assurer de comparer des pommes avec des pommes. Pour les comparaisons axées sur l'ecv, nous utilisons le terme «équivalence fonctionnelle» lorsqu'il s'agit de vérifier si deux produits ou plus fournissent le même rendement. Dans le domaine du bâtiment, il est beaucoup plus difficile qu'on ne le croit d'établir l'équivalence fonctionnelle des produits en les comparant. Or, le problème tient au fait que le choix d'un produit peut se répercuter sur la sélection des autres produits. Par exemple : le choix de structures en bois, en acier ou en béton influencera ou même dictera le choix d'isolants; une structure située au-dessus du niveau du sol et constituée de matériaux massifs requiert plus de béton pour la construction des semelles qu'une structure légère; un revêtement de sol rigide requiert un support différent d'un revêtement de sol flexible. Ce ne sont là que quelques exemples de situations où la comparaison des produits doit tenir compte des autres conséquences attribuables à l'emploi de matériaux de rechange. Autrement dit, les comparaisons doivent être effectuées au niveau des systèmes de construction plutôt que des produits individuels. Même si deux produits semblent équivalents pour ce qui est de critères précis comme la capacité portante, ils peuvent différer complètement en termes d'équivalence fonctionnelle véritable. Dans le même ordre d'idées, nous devons tenir compte de toutes les composantes requises pendant la construction afin d'utiliser un produit. Le mortier et les barres d'armature accompagnent immanquablement les blocs de béton, tout comme les fixations, les bandes et le composé à joints sont une partie intégrante des plaques de plâtre. Les produits ne posent pas tous un problème d'équivalence fonctionnelle au même degré. En général, la comparaison des produits risque davantage d'induire en erreur lorsqu'il est question de matériaux destinés à la structure et à l'enveloppe car le contexte systémique constitue la clé dans ce cas-ci. Les comparaisons deviennent plus réalistes au niveau des revêtements de finition intérieurs, de l'équipement et du mobilier. Par exemple, il est possible de comparer les revêtements de sol résilients ou flexibles à la condition de tenir compte des matériaux de pose, des nettoyants, de la durée utile prévue et des conséquences à la fin du cycle de vie du produit. Même les fenêtres, qui font pourtant partie de l'enveloppe de bâtiment, sont généralement livrées sur le chantier sous forme d'éléments préfabriqués qu'il est possible de comparer les uns aux autres sur le plan de la performance thermique ou d'autres critères, sans se soucier outre mesure des effets systémiques globaux. Bref, nous pouvons penser en termes d'ensembles d'éléments homogènes allant de produits axés sur les systèmes, pour la structure, à des produits individuels, pour ce qui est de l'équipement. La question consiste à faire preuve de prudence et de jugement quant à la légitimité d'une comparaison donnée. 6

8 Le problème des stéréotypes et des approximations La plupart des outils d'évaluation de l'ensemble des bâtiments du niveau 3 contribuent sans équivoque à l'adoption de pratiques de conception intégrées ainsi que d'une approche globale. Habituellement, ces systèmes saisissent le rapport complexe entre l'emplacement d'un bâtiment, sa construction et son occupation, de même que ses effets sur la santé et l'environnement. Il s'agit d'un rapport dont la complexité s'apparente des écosystèmes naturels où toute activité ou tout changement a des répercussions sur d'autres parties. Cependant, les systèmes ne sont pas aussi solides lorsqu'il est question de directives ou de crédits pour la sélection des matériaux. En fait, la définition des «matériaux écologiques» et l'incitation à les utiliser feraient partie des plus grands défis auxquels les promoteurs de systèmes de notation des bâtiments écologiques soient confrontés. En bout de ligne, nous croyons que la solution passe par une meilleure intégration des techniques d'ecv ainsi que des outils d'aide à la décision axés sur celle-ci dans les systèmes de notation et de certification de l'ensemble des bâtiments, un objectif vers lequel tendent tous les promoteurs de systèmes. Le problème est plus facile à comprendre dans le contexte des crédits ou de la notation assignés par les systèmes d'évaluation des matériaux de construction sélectionnés. Son origine tient au fait que les crédits accordés aux matériaux ont évolué à partir d'une compréhension des questions environnementales fondée sur le consensus, c'est-à-dire des conceptions qui, dans certains cas, se sont transformées en stéréotypes environnementaux parfois incapables de résister à une analyse objective. Aussi, nous risquons de confondre les buts et les moyens, dans un contexte où les moyens deviennent des objectifs comme tels au détriment possible de la performance environnementale. Par exemple, l'attribution de crédits pour le contenu recyclé des produits présume que l'emploi de matériaux de ce genre se soldera automatiquement par une réduction du fardeau environnemental. Or, il n'en va pas toujours ainsi, et le recyclage pourrait se révéler nuisible dans certains cas. On ne doute aucunement de la capacité du recyclage de réduire la demande d'espace dans les décharges, mais il est possible que le processus de recyclage d'un produit donné requière plus d'énergie et nuise davantage à la qualité de l'air et de l'eau que la production à partir de ressources vierges. En mettant l accent sur le recyclage, on fait abstraction de cette possibilité et accorde implicitement plus de poids aux questions de déchets solides et d'épuisement des ressources qu'au réchauffement du globe ou à d'autres mesures. 7

9 La question n'est pas d'attribuer plus d'importance à un seul enjeu ou indicateur, mais plutôt de permettre à des croyances répandues ou à des hypothèses de prendre le pas sur les données et les faits dans le processus décisionnel. En réalité, le recyclage est probablement le meilleur exemple qui soit de confusion des buts et des moyens. Le recyclage n'a toujours constitué qu'un moyen d'atteindre l'objectif de réduction des flux extraits de la nature et rejetés dans celle-ci. Mais avec le temps, il s'est transformé en objectif comme tel. En outre, la focalisation sur le contenu recyclé encourage l'utilisation de matériaux à forte teneur recyclée comme l'acier au détriment de matériaux moins nuisibles comme le bois, voire le béton. Simultanément, la promotion de matériaux à forte teneur recyclée comme l'acier ne contribue probablement pas à la bonne intendance de l'environnement étant donné que le recyclage fait déjà fondamentalement partie de la structure et du fonctionnement de cette industrie, et qu'il est surtout motivé par des impératifs économiques. De toute façon, il faudrait fixer des objectifs très élevés pour accroître davantage le recyclage. Il existe d'autres exemples de stéréotypes et d'approximations qui se substituent aux véritables mesures environnementales. Les campagnes d'achat local méritent d'être mentionnées. Elles laissent entendre qu'elles réduiront l'incidence sur l'environnement à cause d'une diminution des besoins de transport. Or, il faudrait qu'un fabricant local possède une usine faisant une consommation d'énergie, d'eau et de ressources efficiente et qu'il ait un dossier au moins acceptable au niveau des rejets toxiques et autres dans l'air, l'eau et le sol. Il faudrait aussi savoir si un fournisseur local emploie des intrants transportés sur de longues distances ou provenant d'entreprises qui nuisent à l'environnement. Enfin, nous devons reconnaître que les modes de transport ont des répercussions environnementales différentes par tonne-kilomètre de service. L'achat local devrait se définir ainsi : faibles distances pour les fournisseurs qui dépendent entièrement du camionnage, distances moyennes dans le cas du transport par rail et distances élevées pour le transport maritime. Établissement des priorités pour la sélection des matériaux Les études préliminaires établissent de façon définitive un pourcentage important des effets environnementaux initiaux d'un bâtiment qui sont reliés aux matériaux certains prétendent que la proportion peut atteindre de 80 % à 90 % dans le cas des immeubles de bureaux. En fait, les décisions préliminaires portent habituellement sur les éléments fondamentaux de la structure et de l'enveloppe, soit ceux qui possèdent la masse la plus élevée d'un bâtiment, et qui ont des répercussions importantes au niveau de la fabrication et du transport. Les diverses options offertes au niveau de la structure, du bardage et de la toiture ont aussi des répercussions sur les fondations et l'emploi des autres matériaux mentionnés précédemment. La logique dicte donc d'assigner une priorité élevée aux conséquences environnementales des matériaux choisis au début du processus de conception, plutôt que d'attendre aux étapes du devis ou de l'acquisition, comme c'est trop souvent le cas. Parallèlement, les matériaux fondamentaux de la structure et de l'enveloppe ne sont pas les seuls à mériter une attention particulière. 8

10 Pour faciliter le processus d'établissement des priorités et d'évaluation des options, il serait utile de distinguer les deux principaux types d'effets intrinsèques. Pour l'application de l'ecv aux bâtiments, nous utilisons le terme effets intrinsèques initiaux pour les effets associés à la fabrication, au transport et à la pose de tous les matériaux employés pour la construction du bâtiment. Les répercussions subséquentes des matériaux se rapportant aux activités d'entretien et de remplacement pendant la durée de vie utile d'un bâtiment s'appellent les effets intrinsèques récurrents. Nous pourrions ajouter une troisième catégorie, soit les effets intrinsèques finals ou reliés à la fin de la vie utile pour couvrir les effets de la démolition et de l'élimination d'un bâtiment. Bien que ces effets soient importants et qu'ils fassent partie, dans une certaine mesure, du logiciel de l'athena Institute ainsi que d'autres outils, ils demeurent grandement empiriques étant donné que la plupart des bâtiments construits de nos jours ne seront pas démolis avant plusieurs décennies, le cas échéant. En mettant d abord l accent sur les effets intrinsèques initiaux, l'importance des matériaux de masse élevée est mis en évidence, comme l'a fait ressortir la recherche réalisée au Royaume Uni. Par exemple, Nigel Howard conclut, en se fondant sur des recherches datant du milieu des années 1990, que les matériaux suivants représentent la presque totalité de l'énergie de production ainsi que des autres effets environnementaux se rapportant à la construction de bâtiments dans ce pays 1 : Agrégat Béton Brique Bois Acier Plâtre Plaques de plâtre Dans une étude menée en 1994 pour le projet Athena, l'environmental Research Group de la University of British Columbia School of Architecture a estimé que les systèmes de la structure et de l'enveloppe de même que les travaux réalisés sur place comptaient pour environ 60 % de l'énergie de production initiale reliée aux matériaux (à l'exception des travaux réalisés sur place) d'un immeuble de bureaux à ossature d'acier de trois étages et de m 2 de superficie, doté d'un stationnement intérieur 2. L'enveloppe (les murs, le vitrage et le toit) constituait l'élément dominant car elle représentait près de 30 % de l'énergie de production initiale, exception faite de la construction réalisée sur place. Toutefois, la part de l'énergie de production initiale attribuée aux installations électriques et mécaniques, à la plomberie et au transport était presque aussi élevée que celle de la structure (24 %). 9

11 Une étude menée encore plus récemment par le Building Research Establishment Ltd. (BRE) a indiqué que les murs extérieurs, le toit, le bardage et le rez-de-chaussée comptaient pour plus de 60 % des effets environnementaux reliés à l'environnement d'une maison type du Royaume-Uni, d'après une durée de vie présumée de 60 ans (en tenant compte des effets initiaux et récurrents) 3. Le BRE a aussi calculé les effets environnementaux intrinsèques types par élément constitutif pour un certain nombre de modèles de bâtiment génériques, du point de vue des effets initiaux et récurrents 4. Pour un immeuble de bureaux type, on a remarqué que les revêtements de sol représentaient environ 40 % des effets intrinsèques totaux du bâtiment pendant sa durée utile, ce qui en fait l'élément le plus important. Pour en arriver à cette conclusion, on a choisi de la moquette faite de laine et de nylon et un revers/une thibaude de mousse, comme on en retrouve couramment dans les bâtiments commerciaux. Les effets sont élevés en raison du remplacement fréquent des moquettes dans les bâtiments commerciaux (elles peuvent être remplacées jusqu'à 12 fois pendant la durée utile d'un bâtiment, soit 60 ans). Cependant, le BRE estime que l'utilisation d'une moquette dotée d'un revers/d'une thibaude de caoutchouc recyclé peut réduire des deux tiers parfois les effets globaux des revêtements de sol. La structure (superstructure et structures des étages supérieurs) arrive au deuxième rang pour ce qui est des effets les plus importants, avec une proportion qui atteint de 15 % à 20 % des effets totaux. Cette proportion serait beaucoup plus élevée si les effets des revêtements de sol étaient réduits ou exclus du calcul. On a aussi trouvé que les effets des planchers d'accès partiellement hors sol étaient importants (12 %). D'autres matériaux ayant des effets intrinsèques récurrents importants entrent aussi en ligne de compte. Par exemple, nous devons prêter une attention particulière aux effets récurrents des produits à peindre ou à teindre comme certains types de bardages de bois et de plaques de plâtre, aux produits ayant des cycles de remplacement relativement courts comme les fenêtres à châssis de vinyle et les toitures, de même qu'aux matériaux comme les revêtements de sol résilients qu'il faut nettoyer avec certains produits. 10

12 LES MÉRITES ENVIRONNEMENTAUX RELATIFS DES MATÉRIAUX Les bâtiments se composent d'une combinaison complexe de matériaux. L'objectif consiste à en arriver à la meilleure combinaison de matériaux tout en respectant des critères de durabilité, d'esthétique, de coûts et de conception. Le choix de matériaux entraîne habituellement des compromis reflétant l'ensemble des effets attribuables à la fabrication, à l'utilisation et à l'élimination. Pour comprendre certains de ces compromis, examinons brièvement les principaux matériaux structuraux le bois, l'acier et le béton car ils peuvent représenter une proportion importante des effets intrinsèques initiaux. La plupart des études, y compris la nôtre, soutiennent l'idée que les produits du bâtiment en bois ont relativement peu d'impacts. En fait, ils peuvent avoir des effets positifs sur le réchauffement du globe dans la mesure où le dioxyde de carbone emprisonné dans les arbres reste à l'intérieur des matériaux de construction pendant une longue période. Les questions environnementales tendent à insister sur la provenance du bois et les pratiques de coupe, ce qui fait que des produits d'évaluation comme le logiciel LEED créditent l'utilisation de bois certifié. L'acier possède un contenu recyclé post-industriel et après consommation élevé, une résistance aux insectes et aux animaux nuisibles ainsi qu'une recyclabilité élevée. Toutefois, sa fabrication requiert beaucoup d'énergie et peut provoquer une pollution de l'eau élevée, quoique l'industrie ait fait de grands progrès depuis 10 à 15 ans afin de réduire ses rejets dans le milieu aquatique. L'importance ultime de la consommation d'énergie élevée dépend, en partie, des formes d'énergie employées directement ou affectées à la production d'électricité, surtout dans le cas des petites aciéries qui utilisent la technologie des fours électriques à arc. Le béton prend une place particulièrement importante dans cette discussion étant donné qu'il s'agit du matériau de construction le plus utilisé. Parallèlement, c'est un matériau qui semble assujetti à un niveau inhabituel de mythes et de méprises chez les membres de la communauté du bâtiment écologique. Par conséquent, il mérite qu'on s'y attarde un peu plus en détail. Habituellement, le béton est fabriqué à l'aide de ressources brutes disponibles localement et en quantité abondante, ainsi que d'agrégats représentant la proportion la plus importante de la masse totale. L'extraction et le traitement des matériaux bruts ont relativement peu d'effets car les préoccupations environnementales focalisent sur les niveaux élevés de dioxyde de carbone rejetés pendant la fabrication du ciment. Incontestablement, ces rejets de CO 2 sont élevés. Toutefois, il faut reconnaître que le ciment n'est qu'une des composantes du béton, et qu'il ne compte que pour 7 à 15 % de sa masse, selon la résistance voulue. Si le béton est le matériau de construction, le ciment ne représente qu'un des ingrédients du mélange, et c'est là une distinction importante qu'on omet trop souvent de faire. Assurément, le béton ne produit pas autant de rejets de CO 2 qu'on le croit, et il n'est donc pas aussi nuisible qu'il en la réputation. 11

13 Selon l'efficience du four à ciment, plus de la moitié (et souvent davantage) des rejets de CO 2 provenant de la fabrication du ciment sont dus au procédé, c'est-à-dire qu'ils résultent de la calcination qui sert à éliminer le carbone du calcaire et non de la consommation de combustible. En fait, les processus chimiques qui produisent les rejets de CO 2 peuvent servir à éliminer les émissions dues à la combustion d'autres combustibles comme l'anhydride sulfureux et le dioxyde d'azote. Au cours des dernières décennies, l'industrie cimentière a fait de grands pas au chapitre de l'économie de combustible et de la réduction des émissions. Par contre, elle peut bien peu de choses face aux contraintes imposées par la nature. Le calcaire est une ressource naturelle abondante que l'on peut convertir en matériau de construction très utile; pour y parvenir, on doit cependant provoquer des réactions chimiques inévitables. La communauté du bâtiment écologique se tourne vers la cendre volante pour remplacer le ciment Portland dans le mélange de béton comme solution visant à rendre ce matériau plus respectueux de l'environnement. Encore une fois, il existe des idées fausses sur la nature et l'utilisation de la cendre volante. Ce produit provient des centrales au charbon et ses caractéristiques varient grandement. Par exemple, la qualité de la cendre volante dépend du type de charbon brûlé, de l'efficience du four au charbon et des technologies de contrôle des émissions en place. Comme la fabrication du béton est essentiellement un processus chimique, la composition exacte de la cendre volante joue un rôle primordial dans le mélange qui peut se répercuter directement sur le volume de ciment Portland substitué. Par conséquent, les niveaux de substitution qui atteignent de 25 à 35 % requièrent des tests très minutieux des lots de béton. Nous avons travaillé sur des bâtiments où le niveau de substitution atteignait 50 %, mais les tests sont primordiaux pour éviter des problèmes sérieux. On peut passer à des niveaux de substitution de 60 % ou plus en remplaçant le ciment Portland par du laitier de haut fourneau, un déchet de la production d'acier qui devient un liant hydraulique en le traitant correctement à l'aciérie. Certains représentants de l'industrie du ciment et du béton pensent que l'utilisation de la cendre volante est une solution à court terme qui vise à résoudre le problème d'élimination de ce produit et non à rendre le béton écologique. On affirme que la disponibilité de la cendre volante n'est attribuable qu'à la production d'électricité par des centrales au charbon : plus la demande de cendre volante augmente et plus grande est la pression sur l'offre. L'industrie ne veut pas donner l'image qu'elle encourage la production d'électricité par des méthodes nuisibles à l'environnement afin d'obtenir de la cendre volante. En outre, on ne retrouve pas dans tous les marchés la cendre volante possédant les caractéristiques appropriées, ce qui nécessite parfois son transport sur de longues distances. Les personnes qui avancent ces arguments prétendent que le béton est déjà un produit avantageux pour les raisons mentionnées précédemment, ce qui se justifie jusqu'à un certain point. Elles affirment aussi que l'industrie devrait poursuivre sa quête continue d'amélioration de l'éconergie et des processus de production en général. Quelles que soient les réponses, il s'agit là d'une autre illustration de la complexité du débat sur les «matériaux écologiques». On pourrait en écrire autant sur l'utilisation du bambou, des produits agricoles ou des autres solutions «écologiques» réputées. 12

14 Pour conclure cette section, il importe de souligner le principe mentionné plus tôt : les bâtiments sont composés d'une myriade de matériaux et l'objectif consiste à employer chacun de la manière la plus avantageuse qui soit et à l'optimiser pendant toute la durée de vie utile du bâtiment. Or, l'atteinte de cet objectif requiert une focalisation sur les conséquences environnementales le plus tôt possible pendant l'étape de la conception. EFFETS INTRINSÈQUES AU CYCLE DE VIE PAR COMPARAISON AUX EFFETS DE L'UTILISATION Jusqu'ici, l'accent a été mis sur les effets intrinsèques initiaux et récurrents des matériaux, soit le principal sujet du présent article. Cependant, nous devons nous pencher brièvement sur la façon dont les effets intrinsèques se comparent aux effets attribuables à l'utilisation, en plus de s'apparenter à eux. Pour commencer, il importe de mettre en évidence le fait qu'il existe une vaste gamme d'effets intrinsèques. Tel que mentionné précédemment, la tendance consiste à focaliser sur l'énergie de production, puis à la comparer à l'énergie de consommation. Il en ressort une conclusion inévitable, c'est-à-dire que l'énergie de consommation est tellement élevée pendant la durée utile d'un bâtiment qu'elle devrait éclipser pratiquement toutes les préoccupations entourant l'énergie de production. En fait, certaines personnes affirment que nous ne devrions même pas nous occuper de l'aspect intrinsèque. Toutefois, les effets intrinsèques dépassent largement l'aspect énergétique pour englober une vaste gamme de rejets dans l'air, l'eau et le sol. Des déchets solides sont générés pendant les étapes de l'extraction de la ressource, de la fabrication et de la construction sur place du cycle de vie; des émissions importantes sont rejetées dans l'air pendant toutes les étapes de transport intermédiaires; et les rejets toxiques dans l'eau et l'air découlent pratiquement tous de la fabrication de produit par opposition à l'occupation du bâtiment. De plus, l'énergie elle-même requiert de l'énergie et elle génère des émissions pendant sa production et son transport. Autrement dit, nous devons tenir compte de l'énergie de production et des autres effets associés à l'énergie. L'énergie et les émissions connexes requises pour la produire et la transporter s'appellent les effets antérieurs à la combustion. Dans la mesure du possible, nous devrions peser le pour et le contre de tous ces effets tout au long du cycle de vie. Et nous devrions garder à l'esprit que les choix de matériaux influent directement sur les effets de l'occupation, notamment la consommation d'énergie (p. ex. les propriétés thermiques de l'enveloppe de bâtiment). L'adoption d'une méthode axée sur la totalité du cycle de vie nous permettra peut-être de constater que les pénalités acceptées à une étape du cycle de vie ou relativement à des mesures précises comme les effets intrinsèques initiaux sont susceptibles de produire des avantages importants. L'étude de cas suivante qui compare les effets intrinsèques et les effets reliés à l'occupation d'une maison des années 1970 avec ceux d'une Maison R2000 illustre clairement ce rapport mutuel. 13

15 Étude de cas sur l'aménagement du logement écologique L'Athena Institute a entrepris une analyse comparative pour le compte de Ressources naturelles Canada (RNCan) sur la performance environnementale de divers concepts de maisons individuelles construits au Canada des années 1970 jusqu'à maintenant. Les résultats de cette étude illustrent clairement que la maison type des années 1970 et la Maison R2000, plus moderne, ont des répercussions environnementales importantes. Toutefois, les Maisons R2000 affichent une performance bien supérieure au chapitre de l'énergie de consommation, tout au long de leur cycle de vie. Même si cette amélioration nécessite des matériaux additionnels (de l'isolant, par exemple) et qu'il en découle des effets intrinsèques supérieurs, ces derniers sont modestes comparativement aux gains réalisés par les Maisons R2000 sur le plan du cycle de vie. Les travaux se sont inscrits dans le cadre des recherches à long terme de RNCan en vue d'accroître l'écologie du logement canadien, en la multipliant d'abord par 4, puis, éventuellement, par 10. La première étape a consisté à étalonner des logements canadiens types afin d'établir une référence à partir de laquelle on pourrait mesurer les améliorations. Les travaux de l'athena Institute ont focalisé sur les effets intrinsèques pour l'environnement du cycle de vie associés aux matériaux d'ossature et d'enveloppe d'une maison individuelle hors série produite dans le marché d'ottawa. L'évaluation environnementale de l'institut s'est concentrée sur les effets de la fabrication, du transport et de l'installation de la structure initiale, des cloisons et des composantes de l'enveloppe de même que les effets de l'entretien et du remplacement au cours d'une durée utile fixée à 30 ans pour les maisons de l'étude de cas. Le personnel de RNCan a évalué séparément l'énergie de consommation. Pour l'analyse des effets intrinsèques, nous avons exclu de l'évaluation la préparation du chantier et l'aménagement paysager, les revêtements de finition intérieurs posés après les plaques de plâtre, le mobilier et la démolition de la maison. Par conséquent, les résultats fournissent une estimation conservatrice des effets environnementaux totaux du cycle de vie attribuables à la construction ainsi qu'à l'entretien d'une maison pendant sa durée utile par comparaison avec une évaluation tenant compte de tous les facteurs. Ces résultats donnent toutefois un ordre de grandeur valable en matière de repère pour l'évaluation de divers scénarios de réduction des effets environnementaux intrinsèques des prochains concepts de logement. Les résultats de l'analyse ont été résumés en termes de données totales sur les bâtiments et de mètre carré de superficie de plancher brut au moyen de six mesures environnementales clés : l'énergie de production utilisée; les quantités pondérées de matériaux bruts utilisés; les émissions de gaz à effet de serre (attribuables à la combustion de combustible et aux processus); la quantité de pollution de l'air et de l'eau; et les rejets de déchets solides. 14

16 Le tableau suivant décrit les principales différences matérielles entre les deux concepts de logement. Élément Concept des années 1970 Concept de type Maison R2000 Superficie de 207,4 m 2 207,4 m 2 plancher brut Durée prévue 30 ans 30 ans (prêt hyp.) Structure primaire Ossature de bois légère avec Ossature de bois légère avec sous-sol sous-sol Enveloppe Poteaux en 2 X 4 (GRN), isolant Poteaux en 2 X 6 (bois séché au de fibre de verre de 89 mm séchoir), isolant de fibre de verre d'épaisseur (R-12) de 140 mm d'épaisseur (R-20) Bardage extérieur / Brique, fenêtre ouvrante, Brique, fenêtre ouvrante en PVC, fenêtrage double vitrage type double vitrage à pellicule à faible émissivité et à lame d'argon Couverture / isolation Fermes en bois légères, Fermes en bois légères, insulation bardeaux d'asphalte, matelas bardeaux d'asphalte, matelas isolants en fibre de verre isolants en fibre de verre de de 150 mm d'épaisseur (R-20) 375 mm d'épaisseur (R-50) Figure 2 : Résumé des données matérielles et conceptuelles Pour les deux concepts, RNCan a stipulé une durée utile de 30 ans, ce qui correspond au prêt hypothécaire type. Bien qu'elle soit arbitraire, la durée utile de 30 ans fournit une référence de base aux fins de l'étude. Les hypothèses suivantes ont été adoptées au terme de discussions avec RNCan afin de tenir compte des effets intrinsèques récurrents : Concept des années 1970 : la toiture est renouvelée tous les 20 ans, une seconde couche de bardeaux étant appliquée à la première au terme de la vingtième année (le toit ajouté à la vingtième année aurait toujours une durée utile de 10 ans; pour restreindre l'analyse à une période de 30 ans, on a tenu compte de la moitié seulement des matériaux de la nouvelle couverture et de leurs effets environnementaux); l'isolation du plafond est augmentée pour la faire passer d'une épaisseur de 6 po (R 20) à 8,5 po (R-28) la vingtième année (norme de 1990); 15

17 16 les fenêtres de bois originales sont remplacées à la fin de la vingtième année par des fenêtres de PVC à double vitrage dotées d'une pellicule à faible émissivité ainsi que d'une lame d'argon; au terme de la trentième année, on présume que 12 % du vitrage isolant des nouvelles fenêtres aura été remplacé après avoir connu une défaillance (de toute évidence, ces défaillances n'auront pas lieu en même temps; elles seront plutôt réparties sur la période de 10 ans toutefois, l'équipe a choisi, aux fins de modélisation, de situer les défaillances à la trentième année). Concept de type Maison R2000 : la rénovation du toit a lieu selon le calendrier susmentionné; la vingtième année, on présume que 25 % du vitrage isolant des nouvelles fenêtres aura été remplacé après avoir connu une défaillance; au cours des 10 années suivantes (jusqu'à la trentième année), 50 % des fenêtres auront été remplacées; la brique d'argile devrait durer aussi longtemps que le bâtiment (il faudra probablement procéder à un rejointoiement dont l'équipe n'a pas tenu compte puisqu'il aura sans doute peu d'importance). Émissions dans l'air par groupe d'éléments Émissions de dioxyde de carbone et émissions totales 30 Fondations Murs Poutres et colonnes 200 Pièces et couvertures Matériaux additionnels 25 Émissions (en kilogrammes) Émissions (en tonnes) N0x S0x C0 Particules N 2 0 CH 4 COV Émissions dans l'air Composés phénoliques Gaz corrosifs Autre HF HCI Métaux HCNM 0 Dioxyde de carbone C0 (biomasse) 2 Émissions dans l'air Total Figure 3: Concept de maison 2 - Émissions dans l'air par groupe d'éléments

18 Effets intrinsèques Concept des années 1970 : D'après cette évaluation, nous estimons qu'une maison construite dans les années 1970 et entretenue pendant une période de 30 ans aura les effets intrinsèques suivants par mètre carré : énergie intrinsèque de 2,4 GJ; 0,6 tonne de matériaux bruts (donnée pondérée de manière à tenir compte des effets de l'extraction des ressources); gaz à effet de serre correspondant à 350 kg de CO 2 ; 30 kg de déchets solides. Du point de vue de l'énergie de production, la structure et l'enveloppe comptent chacun pour environ 50 % du fardeau environnemental initial imposé par le bâtiment. Ensemble, ils représentent plus de 90 % du fardeau intrinsèque total du cycle de vie, le solde (10 %) incombant à l'entretien et au remplacement. Au niveau de la structure initiale, l'élément situé sous le niveau du sol est celui qui contribue le plus au fardeau environnemental. L'emploi de béton et d'acier (pour les poutres, les linteaux et les colonnes supportant le plancher de bois) est la principale raison pour laquelle les éléments situés sous le niveau du sol ont le fardeau environnemental le plus élevé. Il en est de même pour le concept de type R2000. La brique d'argile est l'élément qui contribue le plus, et de loin, aux effets globaux sur le plan de l'énergie et du réchauffement de la planète de l'enveloppe située au-dessus du niveau du sol (et ne faisant pas partie de la structure initiale). Au deuxième rang, nous retrouvons les plaques de plâtre et les matériaux isolants. S'il est utile de comparer les effets de la structure, des matériaux de l'enveloppe, de l'entretien et du remplacement, il est facile de faire abstraction de la quantité immense d'énergie de production requise. Pour ramener les résultats à des dimensions humaines, l'institut a procédé à un calcul rapide qui a révélé que l'énergie intrinsèque du cycle de vie d'une maison des années 1970 correspondait à la conduite d'une petite voiture (consommant 8 l/100 km) sur un total de km, soit près de cinq fois le tour de la terre. Concept de type R2000 : Comparativement au concept des années 1970, celui de la Maison R2000 consomme environ 15 % plus d'énergie au cours de sa durée utile. La structure et l'enveloppe sont de plus grands consommateurs d'énergie à cause de la dimension accrue des poteaux des murs extérieurs (en 2 X 6 au lieu de 2 x 4), de l'utilisation de poteaux muraux séchés au séchoir (au lieu du bois vert non séché du concept des années 1970) et de l'isolation accrue des murs et du toit. Toutefois, les effets intrinsèques de l'entretien et du remplacement sont moins élevés étant donné qu'il est inutile d'améliorer l'isolation du toit ou de remplacer complètement les fenêtres au cours de la période de 30 ans. 17

19 Énergie de consommation Comme l'indique le tableau ci-après, les coûts de chauffage annuels de la maison R2000 n'atteignent que 27 % de ceux de la maison des années 1970 (un facteur de réduction de 4), les coûts d'utilisation annuels totaux, 42 %, et l'énergie totale consommée pendant le cycle de vie de 30 ans, 46 %. Environ 50 % de l'énergie de consommation totale économisée par la maison R2000 comparativement à la maison des années 1970 est attribuable à la conception améliorée de l'enveloppe (le reste de l'économie découlant de l'amélioration de l'équipement de CVC). Élément 1970 R2000 Énergie de production du cycle de vie 487 GJ 568 GJ Chauffage et climatisation annuels 249 GJ 67 GJ Eau chaude 29 GJ 27 GJ Éclairage et appareils 32 GJ 32 GJ Ventilation et ventilateurs 5 GJ 6 GJ Énergie de consommation totale annuelle 315 GJ 132 GJ Énergie du cycle de vie totale - 30 ans GJ GJ Énergie du cycle de vie totale par rapport à 100 % 46 % la maison des années 1970 Figure 4: Énergie de production et de consommation annuelle totale : Sommaire comparatif Conclusions : le concept des années 1970 par rapport à celui de la Maison R2000 En résumé, les résultats de cette étude montrent que les hausses relativement faibles des effets intrinsèques des matériaux attribuables à la construction d'une maison selon les normes R2000, à Ottawa, sont plus que compensées par des réductions importantes du fardeau de l'énergie de consommation (chauffage et climatisation) pendant la durée utile du bâtiment. Le tableau suivant fournit davantage de détails sur les hausses des effets intrinsèques qui découlent de la construction selon les normes R2000 soit le prix environnemental des gains impressionnants réalisés au chapitre des coûts d'utilisation. Le lecteur notera qu'on a fixé à 100 % la proportion attribuée au concept des années 1970 pour chacune des mesures résumées, et que les résultats pour le concept R2000 ont été normalisés d'après ce repère. Le concept R2000 consomme 20 % plus d'énergie, rejette 25 % plus de pollution dans l'air et 25 % plus de gaz à effet de serre. Cependant, le concept de type Maison R2000 consomme 60 % moins d'énergie et rejette 61 % moins de gaz à effet de serre au cours d'une période de 30 ans si l'on combine les effets intrinsèques à ceux du chauffage. 18

20 Figure 5: Comparaison des concepts de la Maison R2000 et de la maison des années 1970 au moyen de six mesures environnementales (normalisées en fonction des résultats de 1970) Les principales leçons que l'on tire de cette étude de cas, d'exercices similaires de même que des constatations mentionnées dans les sections précédentes de cet article sont les suivantes : on doit focaliser sur les mesures globales de la performance environnementale comme la principale source de consommation d'énergie, le réchauffement du globe et les rejets toxiques dans l'air ainsi que l'eau; il faut mesurer la performance pendant tout le cycle de vie d'un bâtiment, et s'abstenir de tenir compte isolément des effets intrinsèques ou liés à l'occupation; il faut tenir compte des effets environnementaux potentiels dès que possible pendant le processus de conception, avant que des effets importants ne soient enregistrés de manière irrémédiable; on doit reconnaître les liens mutuels entre les matériaux et veiller à ce que les comparaisons portent sur une fonctionnalité équivalente; un certain scepticisme va de soi par rapport aux prétentions «écologiques», car la plupart des choix de matériaux s'accompagnent de compromis au niveau des effets environnementaux générés aux différents stages du cycle de vie; par dessus tout, soulignons que la méfiance est de rigueur par rapport aux réponses simplistes à des questions inévitablement très complexes. 19