Quelles solutions innovantes pour des bâtiments bois multiétages? Démarrage à 17h30

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1 Quelles solutions innovantes pour des bâtiments bois multiétages? Démarrage à 17h30

2 INTERVENANTS : Pierre BLANCHET, Professeur Titulaire Chaire CIRCERB, Université Laval (Québec) Claire DELOEUIL, Responsable Développement SACBA et Présidente de l'association CLT- France Marie PAULY, Chef de projets, Nobatek Débat animé par Philippe GALIMARD, Maître de Conférences, Université de Bordeaux. 2

3 Contexte Croissance démographique 50 % de la population mondiale vit dans les villes Densification urbaine 35% des émissions CO 2 50% des ressources extraites 42% des consommations d énergie finale Réchauffement climatique Réduction des consommations d énergie Epuisement des matières premières Usage de matériaux renouvelables 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 3

4 Usage du bois dans le multi-étages : atouts Matériau à faible impact environnemental Matériau renouvelable Matériau à faible masse volumique Matériau structural Matériau à fort potentiel de préfabrication 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 4

5 Usage du bois dans le multi-étages : défis à relever Réglementaires et normatifs De nouvelles exigences : résistance au feu, séisme, réglementation thermique Exigences + strictes pour le confort vibratoire des planchers bois Des exigences réglementaires qui impliquent des produits de qualité et dimensions homogènes Techniques, industriels et économiques Développer des solutions techniques en thermique et acoustique Prendre en compte le comportement hygroscopique du bois Faire face à une offre peu industrialisée et éclatée Culturels Confiance dans le matériau bois Références validées et reproductibles Equipes multidisciplinaires et approches multiphysiques 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 5

6 Stadthaus à Londres «3 ouvriers et un contremaître pour monter le bâtiment en 9 semaines» «Timber Tower» 9 niveaux - 29,75 m klhuk.com ~2700 m² 29 logements privés et sociaux Livré en 2008 Waugh Thistleton Architects Fabricant KLH 1 er niveau en béton puis éléments porteurs en CLT Cages esc/asc en CLT 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 6

7 Forté Living à Melbourne 10 niveaux 32,2 m Architect: Andrew Nieland / Lend Lease Australia Engineer: Lend Lease Australia Builder: Lend Lease Australia 23 logements Livré en novembre charpentiers, < 4semaines Emma Cross/ KLH Panneaux CLT et 1 er niveau en béton Bois apparent en intérieur 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 7

8 Treet à Bergen en Norvège 14 niveaux 49,4 m sweco.no m 2 62 logements Passivhaus Livraison automne 2015 Bureau d études : Sweco Maître d ouvrage : BOB Architecte : ARTEC Superstructure en poteau-poutre lamellé collé dans laquelle prennent place des modules préfabriqués en CLT et OB de 4 niveaux. Béton au niveau du socle du bâtiment et des planchers tous les 4 niveaux. Cages escalier et cages ascenseurs en CLT 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 8

9 lainer.at HoHo à Vienne 24 niveaux 84 m m² Usages mixtes (hotel, logements, bureaux, restaurants ) Automne > fin 2017 Architecture : Rüdiger Lainer + Partner Structure mixte : 75% bois / 25% béton 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 9

10 Réinventer Paris : Projet d immeuble Baobab Projet du cabinet d architecture MGA présenté en réponse au concours Réinventer Paris. Il repose sur le concept FFTT de Michael Green 35 niveaux mg-architecture.ca 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 10

11 Projet Vasterbroplan à Stockholm cfmoller.com Projet imaginé par l agence d architecture suédoise BERG-MOLLER et lauréat du concours lancé par HSB à Stockholm en étages Structure mixte bois, béton et acier 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 11

12 «Plan B» de Metsäwood Metsäwood et Michael Green réimaginent des bâtiments historiques Ici l Empire State Building en structure bois. 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 12

13 Plus concrètement en France Septembre 2013, lancement de la Nouvelle France Industrielle : 34 plans industriels, dont «Industries du Bois». Échéances : 2017 : 10 immeubles bois de 10 à 15 étages 2030 : développement des immeubles bois > 15 étages Juillet 2014, création de l association CLT France Novembre 2014, lancement d ADIVbois Association pour le Développement des Immeubles à Vivre en bois réunissant l ensemble des acteurs volontaires. 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 13

14 En Aquitaine Projet BAOBAB : BAtiment en Hauteur Bois Associé aux Biosourcés FCBA intervient aux côtés de la DREAL Aquitaine dans la structuration de la filière bois construction pour répondre au développement du marché des bâtiments R+3 à R+8. Favoriser la montée en puissance des acteurs impliqués dans une opération, pour développer et fiabiliser une offre compétitive sur le marché des bâtiments de grande hauteur Apporter des réponses multidisciplinaires et des développements du point de vue : technologique, environnemental, économique, capacité de production et de réponse industrielle, qualité de réalisation et compétences des acteurs Identifier les perspectives en matière de quantité de logements à construire 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 14

15 Au cœur de Bordeaux L EPA Bordeaux-Euratlantique lance un appel à projets pour la construction d un immeuble de logements de 50m en bois avec important recours aux biosourcés m² SDP ZAC BORDEAUX ST-JEAN BELCIER 21/09/15 - Quelles solutions innovantes pour des bâtiments multiétages en bois? 15

16 INTERVENANTS : Pierre BLANCHET, Titulaire CIRCERB, Université Laval (Québec) Claire DELOEUIL, Responsable Développement SACBA et Présidente de l'association CLT- France Marie PAULY, Chef de projets, Nobatek Débat animé par Philippe GALIMARD, Maître de Conférences, Université de Bordeaux. 16

17 QUELLES SOLUTIONS INNOVANTES POUR LES BÂTIMENTS MULTIÉTAGES EN BOIS? PIERRE BLANCHET Titulaire Chaire industrielle de recherche du CRSNG sur la construction écoresponsable en bois (CIRCERB) 21 septembre, 2015

18 SURVOL Qu est que CIRCERB? Quelques projets inspirants d hier à aujourd hui Les constats des 12 dernières années Les motivations et les verrous Ma perception des efforts de recherche

19 CHAIRE INDUSTRIELLE DE RECHERCHE DU CRSNG SUR LA CONSTRUCTION ÉCORESPONSABLE EN BOIS 2 chaines de valeur: Produits du bois + Construction Concevoir Construire coarchitecture Opérer

20 PORTÉE ACADÉMIQUE 3 axes + 7 thèmes de recherche Concevoir Construire Opérer Conception intégrée ACV + Ecodesign Matériaux Systèmes constructifs Logistique Durabilité Efficacité

21 FONCTIONNEMENT 3 axes + 7 thèmes de recherche Concevoir Construire Opérer Les partenaires investissent temps, matériaux et $ Effet de levier recherché Gouvernance de la pertinence: partenaires Gestion financière: CRSNG Chaque projet est de type : CIFRE

22 LIVRABLES CIRCERB se positionne comme un pole d excellence, combinant éducation (HQP) et recherche sur la construction écoresponsable en bois Diplôme Nombre Les chiffres clés B.Sc. 30 M.Sc. 19 Ph.D. 30 P.D. 7 x 12 mois R.P. 10 x 12 mois 5 ANS 5 MILLION $ 55 ÉTUDIANTS GRADUÉS 3 AXES DE RECHERCHE 3 FACULTÉS

23 IL ÉTAIT UNE FOIS LE BOIS, AU JAP0N Pagode Hōryū-Ji Localisation : Ikaruga, Japon Année de construction : 607 Détails : 5 étage 32,45 mètres de haut 20 x 20 emprise au sol Ce qu on en retient? Concevoir pour durer Gérer l humidité Prévoir la maintenance Concevoir adéquatement Zone sismique, charges latérales

24 MÊME AU CANADA École d architecture, Université Laval Localisation : Vieux Québec Année de construction : 1668 Détails : Charpente de bois massif Ce qu on en retient? A résisté à 3 incendies majeurs

25 ET IL Y EN A D AUTRES Alors pourquoi a-t-on cessé de construire en bois?

26 LA DEUXIÈME GUERRE MONDIALE Développement rapide de l industrie de l acier Efforts post guerre pour maintenir cette industrie - New York s impose

27 ET LE DÉVELOPPEMENT DU BÉTON RENFORCI Début des années 1900, l apparition des premières structure importante en béton Résille, 1930, Italian Air Force hangar 1930, Paris Orly, hangar d aviation

28 LA RENAISSANCE DU BOIS! Club House, Nine Bridges Golf, Corée

29 2009 Limnologen Localisation : Växjö, Suède Architectes : ArkitektBolaget Année de construction : 2009 Détails : 8 étages CLT et charpente lourde Érection : 10 jours par étage Ce qu on en retient? Érection rapide Au-delà du CLT Préfabrication Volonté gouvernementale

30 2010 Bridport house Localisation : Londres, UK Année de construction : 2010 Détails : 8 Étages CLT Érection : 12 semaines Ce qu on en retient? Le choix de la construction en bois: Bâtiment sobre en carbone Structure légère (30 moins de béton en fondation, Structure 62% plus légère) Préfabrication (conduites de ventilation et services)

31 2014 Résidence Jules Ferry Localisation : Saint Dié des Vosges, France Architectes : ASP Architecture Année de construction : 2014 Détails : 8 étages 26 m de haut CLT poutres et poteaux Ce qu on en retient? Construction à faible impact environnementale (1100 t CO2) Casier de paille(isolant) Conception bioclimatique

32 AU QUÉBEC, PLUSIEURS PROJETS Habitations Cité verte Habitations Nordic District 03 Commerces 9 BMR (grossiste en matériaux de construction) 1 IGA (épicerie grande surface) Installations sportives 4 stades Telus Chauveau St-Michel Bois-de-Boulogne 3 arénas Meridith UQAC Depuis 10 ans, par Usines Usine Cascade Hangar Bombardier Barette Structures Bureau et édifices publique GSK Kruger UQAT Édifice Complan Atrium Dynamite Chalet du Mont Kasasuta Clubhouse Golf St-Prime Et des ponts Et beaucoup d autres

33 EN PLAN AU CANADA Programme : Bâtiments de grande hauteur en bois de 3 projets de démonstration: Origine : 13 étages (40,9 m) dans la ville de Québec 100% CLT Projet Ottawa 12 étages 100% CLT de type LVL UBC 20 étages Structure hybride Attention!

34 MOTIVATIONS Selon une quinzaine de projets, les motivations sont: Problèmes géotechniques liés au ingénieurs En faire des démonstration lié aux architectes, Promoteurs et gouvernements Réduire les coûts liés aux promoteurs Rapidité d érection lié aux promoteurs (coûts) Impact environnementale lié aux architectes A. Gosselin et al. 2015

35 VERROUS Selon une quinzaine de projets, les verrous sont: Disponibilité des matériaux lié à l industrie bois Durabilité des matériaux lié aux architectes Coûts initiaux et de maintenance lié aux promoteurs Savoir faire lié aux constructeurs Codes du bâtiment lié aux ingénieurs A. Gosselin et al. 2015

36 MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE Bâtiment responsable de 1 : 50 % RN extraites 35 % Émission de GES 33 % Consommation énergétique 25 % Déchets enfouis 10 % particules en suspension dans l air Les émissions GES 12% entre 2005 et Chaque amélioration en efficacité énergétique impose une pression sur l énergie intrinsèque des matériaux

37 IMPACT ENVIRONNEMENTALE DES SYSTÈMES Ozone layer depletion Terrestrial acid/nutri Aquatic eutrophication Non-renewable energy Respiratory organics Aquatic acidification Global warming Envelope 26.31% 49.69% 26.79% 29.12% 21.46% 22.47% 24.11% Exterior wall 9.63% 17.31% 13.15% 14.40% 15.67% 11.39% 9.86% Fenestration 5.94% 0.00% 6.62% 6.78% 0.00% 5.01% 4.42% Roof 10.62% 30.27% 6.79% 7.76% 3.33% 5.92% 9.71% Others 0.12% 2.11% 0.23% 0.19% 2.46% 0.14% 0.11%

38 MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE Figure 4.2. Estimated economic mitigation potential by sector and region using technologies and practices expected to be available in Chapter 6 Residential and Commercial Builsdngs, WG3 Mitigation of Climate Change, IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007

39 MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE Source: Statistics Canada, Canada's Economic Diversity Breakdown of Economic Sectors by Percentage of GDP (2012)

40 MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE Nous pouvons faire encore mieux: Gestion de la chaine logistique Préfabrication Intégration des fonctions District 03 : érection de la structure 23 jours

41 MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE Des progrès: Les bâtiments de 5 et 6 étages sont maintenant inclus dans le CNC

42 MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE Mais encore beaucoup à faire: Documenter des solutions de construction Rendre grand public des solutions propriétaires

43 MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE Formation: Offre de soutient aux professionnels Cours de charpente en bois aux ingénieurs civils Formation de personnel hautement qualifié Tous les aspects de la construction en bois

44 MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE CONCEPTION CONCEPTION - CONCEPTION Voir au-delà de la forme

45 MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE Les matériaux: Amener le matériaux bois à un autre niveau Revêtements intelligents Résistance UV accrus (drug release) Utilisation des MCP Revêtement thermochrome

46 Charge (N) MA PERCEPTION DE LA RECHERCHE Favoriser l offre: 4 fournisseurs de matériaux de structure Quelques bureaux d études spécialisés En recherche: Développer des solutions en soutient au bâtiment bois: Favoriser des solutions viables Techniquement Économiquement D3 Témoin D3 Traité 0 1Déplacement 2 (mm) 3 4

47 TOUS EN SUPPORT AU DÉVELOPPEMENT DE LA CONSTRUCTION EN BOIS Universités CIRCERB Centres techniques Bureaux d étude Industrie-bois Gouvernements

48 THEMES DE DÉVELOPPEMENT BOIS MULTI-ETAGE CADRE : INEF4 (NOBATEK, FCBA, UBX) à BOIS 5+ Développement d une méthode d optimisation multiobjectif et d analyse multicritère d aide à la conception de bâtiment multiétages Soutenance de Thèse S.Decker mardi 22 sept Définition d une solution constructive bois multifonction optimisée en mécanique, thermique, acoustique, transferts hydriques et environnement. Connexion planchers secs bois - béton 1

49 THÈME 1 DÉVELOPPEMENT D UNE MÉTHODE D OPTIMISATION MULTIOBJECTIF ET D ANALYSE MULTICRITÈRE SÉCURITÉ DE L'OUVRAGE Résistance aux charges Sécurité incendie Pérennité CONFORT DES USAGERS La concep)on de bâ)ments bois mul)- étage : un problème mul)disciplinaire complexe Hygrothermique Acoustique Visuel Qualité de l'air et olfactif Vibration des planchers IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX Efficacité énergétique en phase d'usage Impacts environnementaux en phase de production, fabrication et fin de vie FAISABILITÉ INDUSTRIELLE ET ÉCONOMIQUE

50 DÉMARCHE : RUPTURE DE LA CONCEPTION Recherche exhaus)ve f 2 : Besoins de chauffage Front de Pareto f 1 : Inconfort thermique Recherche itéra)ve f 2 : Besoins de chauffage f 1 : Inconfort thermique 3 Op)misa)on mul)objec)f f 2 : Besoins de chauffage f 1 : Inconfort thermique Analyse mul)critère f 2 : Besoins de chauffage Choix f 1 : Inconfort thermique Faciliter la conception en proposant un ensemble de solutions constructives optimales répondant à divers objectifs et respectant des contraintes.

51 BOITE À OUTILS DÉVELOPPÉE Métamodèles à partir d Energy+ et OpenTURNS Ted Outils d optimisation Parallel coordinates plot Analyse de sensibilité Calculateurs d impact environnemental et de prédimensionnement mécanique 4 MÉTAMODÈLES r f(x)

52 APPLICATION DE LA BAO Méthode d optimisation multi objectif et d analyse multicritère Défini)on du projet ü Paramètres de localisa)on ü Paramètres d usage ü Géométrie, volumétrie et orienta)on ü Plans, surface et zones d ac)vités ü Principale répar))on et dimensions des ouvertures ü Type de protec)ons solaires ü Principes architecturaux 5

53 APPLICATION DE LA BAO Méthode d optimisation multi objectif et d analyse multicritère Formula)on du problème d op)misa)on ü Choix des objec)fs per)nents ü Sélec)on des variables significa)ves ü Modélisa)on de la fonc)on- objec)f du CONFORT VIBRATOIRE ü Modélisa)on des fonc)ons- objec)f ENVIRONNEMENTALES ü Modélisa)on des fonc)ons- objec)f de THERMIQUE ü Modélisa)on des contraintes de SÉCURITÉ DE L OUVRAGE MÉTAMODÈLES r f(x) 6

54 PERSPECTIVES & RETOMBÉES Méthode d optimisation multi objectif et d analyse multicritère Transférer la méthode vers la maîtrise d œuvre pour application en phases de conception Elargir et intégrer d autres critères tels que l acoustique ou le confort visuel Développer un logiciel d optimisation avec une interface métier Proposer l optimisation multidisciplinaire pour la résolution de problèmes complexes autres rencontrés par les équipes de conception 7

55 THÈME 2 : DÉFINITION D UNE SOLUTION CONSTRUCTIVE Un voile mince (ex : CLT) reprend les charges verticales et participe au contreventement Ext Int Un système complémentaire constitué de renforts assure la stabilité au flambement du voile et permet d assurer d autres fonctions La présence de renforts intégrant l isolant est mécaniquement prise en compte grâce à sa liaison au voile. 8

56 murs CLT : - conception multi objectif - Optimisation - quantité et - qualité de la matière - Modélisation numérique géométrie et chargement complexe Paroi modulable : - Epaisseurs d isolant variables - Type d isolant - Présence ou non des isolants int et ext - Bardage ou enduit - CLT apparent côté intérieur ou revêtu - Type de renforts 9

57 OPTIMISATION ET ANALYSE MULTICRITÈRE thème 2 : Définition d une solution constructive Objectifs et contraintes : Industriel Objec)fs : Minimiser la quan)té et la qualité de ma)ère mise en œuvre Contraintes : Caractéris)ques des matériaux u)lisés Faisabilité industrielle Projet Objec)fs : Minimisa)on des déperdi)ons thermiques Minimisa)on du coût Minimisa)on de l impact environnemental du bâ)ment Contraintes : Stabilité mécanique Types de revêtements intérieur et extérieur 10

58 COMPORTEMENT MÉCANIQUE / ESSAIS thème 2 : Définition d une solution constructive Comportement mécanique : Modélisation analytique pour une analyse de type réglementaire Modélisation et validation Eurocode 5 : Calcul des structures en bois Assemblage d éléments : Méthode «Gamma» 11

59 OPTIMISATION DE LA MATIÈRE - Flambement du panneau/ Effet système PREMIERS RÉSULTATS - 5% (lamelles C24 / non triées) - 3% effet charge ponctuelle - Effet largeur / géométrie!! Contraintes*(Mpa)* 16! 14! 12! 10! 8! 6! 4! 2! 0! 18! 16! 1! 7!13!19!25!31! Normale! Moment! N *de*noeud*(6*noeuds*par* planche)*! Module*de*Young*L*(Mpa)* 1,80E+04! 1,60E+04! 1,40E+04! 1,20E+04! 1,00E+04! 8,00E+03! 6,00E+03! 4,00E+03! 2,00E+03! 0,00E+00! 2,00E+04! 1,80E+04! 1! 2! 3! 4! 5! N *planche*!!! Contraintes*(Mpa)* 14! 12! 10! 8! Normale! Moment! 6! 4! 2! 0! 1! 7!13!19!25!31! N *de*neoud*(6*noeuds*par* planche)* 12 Module*de*Young*(Mpa)* 1,60E+04! 1,40E+04! 1,20E+04! 1,00E+04! 8,00E+03! 6,00E+03! 4,00E+03! 2,00E+03! 0,00E+00! 1! 2! 3! 4! 5! N *de*planche*

60 COMPORTEMENT MÉCANIQUE / ESSAIS thème 2 : Définition d une solution constructive Dispositif expérimental : Banc d essai pour composants taille réelle Fabrication d un dispositif de montage spécifique Banc d essai I2M 13 Dispositif de montage

61 CONCLUSION Projets de R&D à différents niveaux de TRL Multiplication de ces projets Bdx Québec : effet de levier (thèse goujons collés) 14