Durabilité

Pourquoi y a-t-il une demande pour le développement durable?

Selon le « US Green Building Council (USGBC)» le « Conseil du bâtiment durable du Canada (CBDCa) », les bâtiments en Amérique du Nord consomment près de 10 % de l’énergie mondiale, plus de 30 % de l’énergie totale et plus de 60 % de l’électricité du continent. En effet, les bâtiments de l’Amérique du Nord consomment trois fois plus d’énergie que les bâtiments comparables, dans des climats analogues en Europe. Qui plus est, les projets de construction en Amérique du Nord génèrent jusqu’à 2.5 lbs de résidus solides par pied carré de plancher achevé.

Avec les coûts de l’énergie qui augmentent ainsi que les inquiétudes croissantes à l’égard des impacts environnementaux, les gouvernements canadien et américain adoptent des programmes de constructions vertes.

Qu’est-ce qu’un bâtiment vert?

Le gouvernement définit comme verts les bâtiments qui :

• font preuve d’une utilisation efficace de l’énergie, de l’eau et des matériaux
• limitent leur impact sur l’environnement extérieur
• fournissent un environnement intérieur plus sain

Des études démontrent que les bâtiments verts offrent une qualité d’air améliorée et plus de lumière naturelle en plus des économies d’énergie. Le CBDCa évalue que les bâtiments verts coûtent de 8 à 9 % de moins à opérer et qu’ils ont une valeur marchande supérieure de 7,5%.

Quelle est la différence entre « vert » et « durable »?

Selon le CBDCa, les pratiques de construction des bâtiments « verts » peuvent réduire substantiellement, sinon éliminer les impacts environnementaux négatifs et améliorer les pratiques non durables de conception, de construction et de fonctionnement. Basées sur la définition de développement durable de la Commission Brundtland, les pratiques de constructions vertes représentent une approche efficace au développement durable.

Qu’est-ce qu’une empreinte de pas carbonique?

Une empreinte de pas carbonique est la quantification d'émissions provenant de l'énergie de l'activité humaine exprimée en unités de dioxyde de carbone (CO2). Elle inclut toute la chaleur, la lumière, la puissance, la réfrigération et les émissions de transport associées à la récolte, la fabrication, l'utilisation et la disposition d’une matière particulière, d’un produit ou d’un service.

Les empreintes de pas carboniques sont plus étroitement liées à la consommation de combustibles fossiles. Le CBDCa évalue qu’au cours des 25 prochaines années, les émissions de CO2 dans la construction augmenteront plus rapidement que dans tout autre secteur de l'économie et que l’augmentation prévue des émissions se rapportant aux constructions commerciales sera de 1,8 % annuellement d’ici 2030. Les nouvelles constructions commerciales ajouteront environ 12 millions de tonnes métriques de CO2 par an.

Pourquoi le dioxyde de carbone dans l'atmosphère est-il une préoccupation?

Des quantités infimes de dioxyde de carbone sont produites naturellement et retiennent la chaleur dans l'atmosphère, contribuant ainsi à la vie sur la terre. Cependant, le CO2, ainsi que le méthane, l'oxyde d'azote et les fluorocarbures, sont des gaz à effet de serre (GES) qui augmentent puisqu’ils sont un sous-produit de l'activité humaine. Leur concentration augmentant, ils emprisonnent de plus en plus la chaleur qui serait autrement libérée dans l’espace refroidissant la terre de façon naturelle.

Ce phénomène a été désigné sous le vocable « d’effet de serre » parce que les concentrations croissantes de GES emprisonnent le rayonnement infrarouge de la même manière que le font les carreaux de verre dans une serre.

De cet effet de serre découle « le réchauffement climatique » qui est l'augmentation graduelle de la température moyenne de la Terre. Au cours des 100 dernières années, l'effet de serre a contribué à une augmentation de 5oC de la température moyenne de la Terre et est directement responsable des changements climatiques autour du globe. Les changements climatiques sont une préoccupation à cause des impacts négatifs possibles sur la santé humaine ainsi que sur le développement économique résultant des inondations et des sécheresses plus sévères, de la présence croissante d'insectes, de l’augmentation des niveaux des mers et de la redistribution des précipitations sur la Terre. On s'attend à un rythme croissant de changements climatiques, à moins que nous n'abordions la question de caractère durable.

Durabilité et Béton Préfabriqué

Le béton préfabriqué est-il un matériau de construction « vert » ?

Le béton préfabriqué contribue aux pratiques de construction verte de façon significative. Sa force inhérente - 35 à 50 MPa - signifie que le béton préfabriqué est extrêmement durable. Sa masse peut modifier les charges de chauffage et de rafraîchissement et ainsi réduire les besoins d’équipement des systèmes mécaniques. Parce qu’il est produit en usine, le béton préfabriqué réduit les déchets de construction, tant à l'usine que sur le chantier et ne soulève pas d’inquiétudes quant à la qualité de l'air intérieur (QAI) durant la construction. La capacité de charge et les longues portées des éléments préfabriqués aident à éliminer les structures superflues et de plus le préfabriqué s’accommode aisément de contenu recyclé.

Qu'est-ce qui fait que le béton est si durable ?

Les principaux ingrédients du béton, le sable, le gravier et le ciment sont des bases minérales. Quand on le mélange avec l'eau, les molécules de ciment se combinent chimiquement avec celles-ci pour créer une matrice cristalline dotée d’une haute résistance en compression. Cette matrice lie le sable et le gravier, créant ce que l'on connaît parfois sous l’expression de "pierre liquide." À la différence d'autres matériaux de construction qui rouillent, pourrissent ou autrement se dégradent quand ils sont mis en présence d'humidité, le béton lui devient en réalité plus fort..

Est-ce que le béton préfabriqué est différent des autres types de béton ?

Le béton préfabriqué est différent parce qu'il est produit en usine par un personnel hautement expérimenté qui applique un contrôle de la qualité rigoureux. Dans l'environnement d’une usine, les préfabricants sont capables de maintenir constante la température et l'humidité ainsi que l’eau en faible quantité conformément aux ratios des matériaux cimentaires, ce qui n’est pas possible avec le béton produit en chantier. Le préfabriqué atteint facilement une résistance de 35 à 50 MPa ou plus, tandis que la résistance du béton coulé en chantier est de beaucoup inférieure en raison du personnel changeant, de l'eau supplémentaire ajoutée au mélange pendant le transport et des conditions de cure du béton au site. Beaucoup plus perméable que le béton préfabriqué, le béton coulé en chantier est aussi plus sensible à l'humidité et aux dommages mécaniques.

Est-ce que le béton préfabriqué est efficace sur le plan énergétique ?

Le rendement énergétique fait partie de la conception des structures préfabriquées. La masse thermique du béton préfabriqué peut absorber et distribuer la chaleur lentement, déplaçant ainsi les charges de climatisation et de chauffage, permettant donc l’utilisation de systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVCA) plus petits et plus efficaces. L'isolation peut être incorporée dans des panneaux muraux extérieurs architecturaux afin d’augmenter l'efficacité thermique et de fournir une insolation continue (IC) dans les murs. Les économies peuvent être significatives – plus de 25 % des frais de chauffage et de climatisation.

Consulter le U.S. Department of Housing & Urban Development (HUD) et le National Institute of Standards & Technology ), voir le rapport de NIST au http://fire.nist.gov/

Quelles sont les possibilités de recyclage pour la fabrication du béton préfabriqué ?

La performance du béton s’améliore en réalité quand plusieurs sous-produits industriels communs y sont ajoutés. Les cendres volantes de grande qualité et les scories qui iraient autrement dans les sites d’enfouissement peuvent être incorporées dans les mélanges de béton à titre de matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) L'utilisation de ces sous-produits peut réduire la quantité de ciment utilisée comme liant. Même les torons de précontrainte et l'acier d’armature, presque toujours faits de matériaux recyclés, peuvent être recyclés et réutilisés à maintes reprises. L'isolation et les connexions dans le préfabriqué contiennent aussi des matériaux recyclés. Finalement, au terme de la vie utile d’une structure préfabriquée, elle peut être concassée et utilisée comme agrégat dans un nouveau béton ou utilisée comme base pour des routes, des trottoirs et des dalles de béton.

Les éléments de béton préfabriqué peuvent-ils être réutilisés ?

Les éléments de béton préfabriqué sont uniques en ce sens qu’ils sont des produits conçus individuellement qui peuvent être démontés. Les designers peuvent planifier des ajouts aux bâtiments parce que le jeu des éléments préfabriqués peut être réarrangé et réinstallé. De nouvelles composantes peuvent être ajoutées, leur réutilisation pouvant être prévue afin de convenir aux exigences futures. Une fois retirés, les éléments préfabriqués peuvent être réutilisés à d’autres fins. Le préfabriqué est ouvert au « recyclage à la baisse», les matériaux de construction sont alors détruits, parce qu'il se broie avec une quantité d'énergie minimale et conserve ses qualités originales. Le processus de « recyclage à la baisse » ne contribue pas à l’augmentation des traces de carbone du préfabriqué dans la même mesure que les autres matériaux de construction.

Comment le béton affecte-t-il l'environnement comparativement au bois et à l'acier ?

Le béton est essentiellement inerte; il ne pourrit pas, ne brûle pas, ne génère pas de gaz ni de rouille et offre une durabilité qui surpasse significativement beaucoup d'autres matériaux de construction incluant le bois et l'acier. L'industrie du ciment utilise des sous-produits industriels comme la cendre volante et consomme moins d'énergie que ses concurrents. Selon les ministères canadien et américain de l'Énergie, la production de ciment ne représente que 0,33% de la consommation d'énergie – un niveau inférieur à ceux de la production de l’acier qui est de 1,8% et de la production du bois à 0,5%. De plus, l’extraction des matières premières requises pour produire le béton impose moins de stress à notre environnement que le font l’acier ou le bois. Ainsi, le béton est un choix excellent pour le développement durable.

Qu’est-ce que l’effet d’îlot de chaleur urbain et comment le béton intervient-il?

Les scientifiques ont observé que les zones urbaines, avec plus de bâtiments, plus de pavage et moins de végétation sont typiquement plus chaudes que les zones rurales environnantes. Ils attribuent partiellement ce phénomène aux surfaces sombres des toitures et des pavages utilisées pour créer notre milieu bâti. Des augmentations de température aussi élevées que 80F ont été mesurées. Cette chaleur supplémentaire fait que les systèmes de climatisation travaillent plus durement et consomment jusqu’à 18% plus d'énergie. La chaleur supplémentaire accroît aussi les conditions pour la création de smog. La couleur légère naturelle du béton peut réduire les îlots de chaleur urbaine. Le béton de couleur claire reflète plus l'énergie solaire que les matériaux de couleurs sombres, tels les stationnements, les entrées ou les trottoirs, réduisant ainsi les hautes températures.

Matériaux

Quelle est la différence entre le béton et le ciment ?

Malgré que les termes soient parfois utilisés de façon interchangeable, les mots béton et ciment ne sont pas des synonymes. Le béton est un matériau de construction composé de sable, de granulats et d'eau en plus d'autres ingrédients. Le ciment est un ingrédient clef du mélange de béton et habituellement il représente de 10 à 12 % du volume de béton.

Qu’est ce que le ciment « Portland » ?

Le ciment Portland, qui est aussi connu sous le vocable de ciment hydraulique, est un ingrédient distinctif du béton. Il a été inventé au début du dix-neuvième siècle et il tire son nom des excellentes pierres de construction qui étaient extraites dans la région de Portland en Angleterre. Cette innovation est un des jalons de l'histoire de la construction, car le ciment de Portland créait un lien beaucoup plus fort que la simple pierre calcaire écrasée de l’époque. Le ciment Portland demeure le liant le plus performant et le plus économique au monde pour les mélanges de béton.

Qu’est-ce que le ciment fait au béton?

Ce que le ciment fait est implicite - il « cimente » le sable, les agrégats et autres ingrédients ensemble. Poudre fine, d'habitude de couleur grise ou blanche, le ciment est « hydraulique », ce qui signifie qu’il est activé par l'eau. Alors qu’on prépare le mélange de béton, le ciment aide à le transformer en une émulsion liquide, malléable, qui se transforme finalement en une substance à l’apparence de pierre une fois le séchage terminé, et cette substance est utilisée pour presque tout, que ce soit pour un simple trottoir, des ponts sophistiqués ou des gratte-ciel.

Que sont les matériaux cimentaires supplémentaires (MCS)?

Les MCS sont des ingrédients propres au béton qui sont les sous-produits d'autres processus industriels. Ceux-ci incluent les cendres volantes qui sont les résidus du combustible fossile utilisé dans certaines centrales thermiques et le laitier qui est créé pendant la production d'acier. D'autres exemples incluent la fumée de silice et les argiles calcinées. Étant des sous-produits industriels, certains MCS ne feront peut-être pas partie d’un avenir idéal. Plus la notion de développement durable s'étend à d'autres industries, de moins en moins de ces matériaux seront disponibles pour être recyclés dans le béton. En attendant, les MCS offrent une occasion d'améliorer la performance du béton avec des matériaux recyclés qui, autrement, viendraient engorger nos sites d’enfouissement.

Que font les MCS au béton?

Les MCS travaillent avec le ciment pour lier les granulats et les autres ingrédients du béton et ils peuvent améliorer la force et la durabilité du béton. Les MCS peuvent remplir les pores du béton et le mélange qui en résultera sera plus résistant aux chlorures et aux sulfates. Les MCS de couleur pâle telle la fumée de silice blanche ou métakaolin sont utilisés dans les mélanges des façades architecturales. Certain MCS comme les cendres volantes peuvent ralentir le temps de la prise, ce qui peut être compensé par l’ajout d’adjuvants chimiques accélérants dans les mélanges. Les MCS sont efficaces soit par réaction hydraulique, soit par réaction pouzzolanique.

Que sont des réactions hydrauliques et pouzzolaniques?

Ces termes décrivent comment s’effectuent la prise et ensuite le durcissement des mélanges de béton. Les réactions hydrauliques se produisent quand un ingrédient réactif est mélangé avec l'eau. Le ciment est hydraulique tout comme le sont les cendres volantes de Classe C et certains types de granulats broyés de laitier des hauts fourneaux. Les réactions pouzzolaniques sont des réactions qui se produisent en présence d'hydroxyde de calcium (Ca (OH)2), qui est un sous-produit de l'hydratation du ciment. Les cendres volantes de classe F, la fumée de silice, les argiles calcinées et la plupart des laitiers sont pouzzolaniques. Dans les deux cas, ces réactions augmentent la force et la durabilité du béton fini.

Fabrication

Comment produit-on le béton préfabriqué?

Le béton préfabriqué est produit à l'usine ou dans les installations d'un manufacturier sous des conditions contrôlées. Le béton est produit, selon un mélange conçu particulièrement pour les systèmes et les produits structuraux et architecturaux, dans une installation dédiée au malaxage. Le sable et les granulats proviennent généralement des carrières avoisinantes, tandis que le ciment et les autres ingrédients proviennent habituellement de sources locales. On verse le mélange de béton autour des aciers d’armature et, souvent, des torons de précontrainte, qui fournissent la résistance en charge à l’unité préfabriquée finie. La production en usine permet aux ouvriers expérimentés d'exercer un haut degré de contrôle de la qualité et il en résulte des produits de qualité à base d’un béton extrêmement résistant et durable offrant une haute-résistance de 35 à 50 MPa.

Comment fabrique-t-on le ciment?

La pierre calcaire, de petites quantités de sable et d'argile sont habituellement extraites près de l'usine de ciment. Ces ingrédients sont broyés et mélangés ensemble. Les matériaux sont alors chauffés dans un four rotatif géant à des températures de 1870°C (3400°F). Cette température élevée entraîne une réaction chimique qui modifie les propriétés du calcaire, le dotant ainsi de ses caractéristiques d’agent de liaison qu’on lui connaît dans le béton. Pendant ce processus de cuisson, un produit intermédiaire appelé laitier ou mâchefer est produit. Une fois refroidi, ce mâchefer est broyé et on lui ajoute une petite quantité de gypse, produisant ainsi la fine poudre grise que l’on nomme ciment hydraulique (Portland).

Le ciment n’est-il pas un des processus manufacturiers les plus énergivores?

Non. Selon le Ministère de l'énergie des États-Unis, la production de ciment ne représente que 0,33 % de la consommation d'énergie. Le niveau actuel est bas si nous le comparons avec d'autres processus, tels le raffinage du pétrole à 6,5%, la production d'acier à 1,8% et la production du bois à 0,5%.

Que fait-on pour les émissions de CO2 générées durant le processus de fabrication du ciment ?

L'industrie du ciment était parmi les premières à se préoccuper de la problématique des changements climatiques et demeure toujours à l’avant plan dans le développement des politiques et de l'amélioration du procédé de fabrication. Depuis 1975, l'industrie a réduit ses émissions de CO2 de 33%. Aujourd'hui, la production de ciment est responsable de moins de 1,5% d'émissions de dioxyde de carbone, ce qui est bien en dessous d'autres sources émettrices telles les centrales électriques qui chauffent et climatisent les bâtiments et les maisons dans lesquelles nous vivons (33 %) et les moyens de transport que nous utilisons (27%).

En 2000, l'industrie a convenu d’une nouvelle façon de mesurer les émissions de CO2. Les nouvelles directives introduites récemment permettront une plus grande utilisation du calcaire comme matière première dans la production du ciment, réduisant ultimement les émissions de CO2 de plus de 2,5 millions de tonnes par an. Les plans prévoient réduire d’ici 2020 les émissions de CO2 à un niveau inférieur à 10% sous le niveau des émissions de1990, en investissant dans l'équipement, l’amélioration des formulations et le développement de nouvelles utilisations du ciment et du béton qui amélioreront l’efficacité énergétique et la durabilité.

La production du préfabriqué est-elle respectueuse de l’environnement?

Quand on la compare aux opérations d’un chantier de construction, la fabrication du préfabriqué est certainement plus respectueuse de l'environnement. Moins de déchets sont produits, moins de matériaux sont utilisés lorsqu’on parle de produits comparables, les formes ou les moules ont une durée d'utilisation plus longue, le bruit est réduit et tant la qualité que la sécurité sont améliorées.

À l'usine, les membres du CPCI contrôleront leurs processus de production et mettront en œuvre des changements pour s’assurer que

• des programmes efficaces de sécurité soient mis en place pour protéger les ouvriers et les actifs;
• de rigoureux programmes d’entretien soient instaurés afin de maintenir l’état sécuritaire de l’équipement et son efficacité;
• les effluents soient retenus adéquatement et neutralisés avant de les décharger dans l'environnement qui doit les recevoir et/ou les recycler pour fin de réutilisation;
• la qualité de l'air soit surveillée et contrôlée : ainsi on minimise la poussière provenant des silos de ciment, des opérations de mixage et de sablage; on combat la poussière s’élevant des routes non pavées et on s’assure que les installations servant à la soudure soient bien ventilées;
• les déchets solides soient régulés et contrôlés : les excès de béton sont utilisés efficacement; les rebuts sont réduits au minimum; les produits rejetés sont broyés et réutilisés dans la production de matériaux de base pour les routes; les aciers sont séparés et recyclés; les moules en bois et les coffrages en acier sont recyclés; l'utilisation du papier est réduite au minimum;
• la consommation d’énergie soit analysée et contrôlée : la cure thermique est réalisée dans un système clos; l’utilisation de la chaleur est vérifiée adéquatement; les gaz de séchage sont contrôlés et les sources d'énergie sont bien calibrées, les tuyaux de chauffage et les conduits sont bien isolés; les facteurs d’hydroélectricité et de la demande sont surveillés et des rajustements sont faits pour réduire au minimum la consommation;
• les réservoirs de stockage de pétrole et de carburant sont bien étanchéisés afin de prévenir toute contamination du sol suite à un possible déversement;
• des programmes d'amélioration continue efficaces soient appliqués pour s’assurer que la performance de demain sera encore meilleure que celle d'aujourd'hui.