Enveloppes de bâtiments durables en construction légère en acier
Construire durablement
En raison de sa part dans les flux d'énergie et de matières, le secteur de la construction a une grande responsabilité et doit impérativement se pencher sur les objectifs du développement durable. Les bâtiments industriels et commerciaux contribuent eux aussi pour une part considérable à la consommation de ressources lors de leur construction et, s'ils sont chauffés et/ou climatisés, à la consommation d'énergie pendant leur exploitation. Compte tenu de l'importance de ces bâtiments, ils offrent un grand potentiel d'amélioration de la durabilité de l'environnement bâti. Un aspect important de la construction durable est la prise en compte de l'ensemble du cycle de vie d'un bâtiment (voir illustration). Ainsi, outre la phase d'utilisation, la fin de vie des bâtiments revêt une importance particulière. Par exemple, l'utilisation de produits de construction recyclables et une bonne capacité de déconstruction et de réutilisation sont des aspects centraux de la construction écologique. Des propriétés telles que l'absence de substances nocives, un grand potentiel de recyclage, une longue durée de vie, un démontage facile et une grande efficacité des matériaux sont à cet égard des atouts de la construction métallique et de la construction légère en acier.
L'acier est l'un des matériaux de construction les plus importants de notre époque. De nombreux produits, éléments et constructions reposent sur l'utilisation de l'acier pour atteindre les performances souhaitées. Les éléments en acier et utilisant l'acier peuvent, s'ils sont utilisés correctement, contribuer à la construction de bâtiments durables et efficaces sur le plan énergétique.
La construction légère en acier est principalement utilisée dans les bâtiments industriels et commerciaux pour la fabrication d'enveloppes de bâtiments. Dans le domaine des murs extérieurs, par exemple, on utilise aussi bien des constructions en caisson que des éléments sandwich pour former l'enveloppe étanche à l'air du bâtiment.
Contribution de l'enveloppe du bâtiment à la durabilité d'un bâtiment
Grâce à ses multiples fonctions, l'enveloppe du bâtiment peut influencer de nombreux critères de durabilité. Ainsi, une enveloppe de bâtiment efficace sur le plan énergétique, associée à une optimisation de l'utilisation des matériaux, peut avoir une influence positive sur le bilan écologique. Lors du calcul des coûts du cycle de vie, on considère non seulement les coûts de fabrication purs, mais aussi les coûts d'entretien et de nettoyage, les coûts de démolition et d'élimination ainsi que les coûts d'utilisation du bâtiment. Tous ces types de coûts peuvent être influencés positivement par une conception optimisée de l'enveloppe du bâtiment. Le confort thermique des postes de travail constitue une base pour un travail efficace et performant. En outre, la manière dont le confort thermique est fourni influence considérablement la consommation d'énergie des bâtiments. Ici aussi, la conception de l'enveloppe du bâtiment peut avoir une influence positive sur l'évaluation de ce critère. La qualité technique de l'enveloppe du bâtiment peut être évaluée à l'aide des coefficients de transmission thermique, des ponts thermiques existants, de l'étanchéité à l'air et de la protection thermique estivale. Une grande facilité de déconstruction et de recyclage peut être assurée par la réduction et la prévention des déchets, une homogénéité fondamentale dans le choix des matériaux ainsi qu'une séparabilité matérielle des composés de matériaux. L'utilisation de matériaux et d'éléments de construction recyclables ainsi que des constructions faciles à démonter contribuent à un taux de recyclage élevé de la construction et à une déconstruction du bâtiment avec un seul type de matériau. Les possibilités de déconstruction ou de démontage dépendent essentiellement de la méthode de construction utilisée. Grâce à l'utilisation d'éléments préfabriqués ainsi que de raccords et d'assemblages vissés amovibles, la construction légère en acier permet de séparer les différents éléments de construction presque sans distinction. À la fin du cycle de vie du bâtiment, un démontage presque non destructif et un recyclage des matériaux sont possibles, ce qui permet d'économiser de l'espace de décharge, des matières premières et de l'énergie de production. La structure d'un bâtiment peut théoriquement être utilisée pendant plusieurs cycles d'utilisation de l'enveloppe du bâtiment.
Utilisation active de l'énergie solaire
L'utilisation active de l'énergie solaire sur le bâtiment consiste à installer des composants techniques sur le mur extérieur ou sur le toit afin de produire de l'électricité ou de la chaleur. L'intégration dans l'enveloppe du bâtiment est particulièrement importante, car elle permet de minimiser la consommation de ressources supplémentaires (surface, sous-structure) pour la production d'énergie. Pour cela, on dispose notamment du photovoltaïque (transformation du rayonnement solaire en électricité) et des installations de capteurs (transformation du rayonnement solaire en chaleur). Parmi les capteurs, il faut distinguer les capteurs à eau chaude et les capteurs à air. Les grands halls en particulier offrent souvent des possibilités avantageuses d'intégrer des installations PV (toit et façade), c'est pourquoi cet aspect doit être pris en compte dès la planification.
Analyse du cycle de vie
D'un point de vue méthodologique, l'ACV est une approche du cycle de vie, c'est-à-dire qu'un produit est considéré depuis l'extraction des matières premières et le traitement, en passant par la fabrication et l'utilisation, jusqu'au recyclage et à l'élimination. Pour les biens à longue durée de vie, cela nécessite des scénarios pour les parties du cycle de vie situées dans le futur. Tous les impacts environnementaux liés au cycle de vie, tels que les émissions dans l'air, l'eau et le sol, la consommation de ressources ainsi que l'utilisation de l'espace naturel, sont recensés, cumulés et résumés en termes d'impacts potentiels.
Pour évaluer la qualité écologique des produits de construction, il existe ce que l'on appelle des déclarations environnementales de produits selon les normes DIN EN ISO 14025 et DIN EN 15804. Elles décrivent la performance écologique des matériaux et produits de construction et sont établies à l'aide de la procédure d'analyse du cycle de vie. Les EPD tentent de représenter quantitativement la performance environnementale d'un produit. Elles contiennent un ensemble de données de base défini, basé sur les écobilans selon les normes DIN EN ISO 14040 et DIN EN ISO 14044, et représentent la contribution potentielle de la production de matériaux de construction à des impacts environnementaux importants tels que les besoins en énergie primaire ou l'effet de serre. Les déclarations environnementales de produits constituent donc une base importante pour l'évaluation écologique des bâtiments et des constructions.
Construire dans et avec l'existant
La rénovation énergétique et la construction durable dans l'existant prennent de plus en plus d'importance dans le cadre de la politique de protection de l'énergie et du climat. Différentes études démontrent qu'une réduction significative des émissions et de la consommation d'énergie dans le secteur du bâtiment ne peut être obtenue que par des rénovations énergétiques dans l'existant.
Il existe, et pas seulement dans les domaines d'application typiques de la construction légère en acier (bâtiments industriels et commerciaux), un grand nombre de bâtiments qui ne peuvent souvent pas satisfaire aux normes actuelles et futures ainsi qu'aux prescriptions légales en matière d'exigences physiques et énergétiques de construction. Un grand nombre de bâtiments présentent des déficits en matière de physique du bâtiment en ce qui concerne l'isolation thermique, la protection contre l'humidité et l'étanchéité à l'air. En outre, les mesures de rénovation des bâtiments d'habitation sont d'un grand intérêt, car l'utilisation de solutions de construction légère en acier dans ce domaine permet d'ouvrir de nouveaux corridors de développement et de nouveaux secteurs de marché, et donc de nouvelles possibilités d'application. Dans ce contexte, il convient notamment de tenir compte des aspects de physique du bâtiment lors de la planification et de la réalisation.
Auteurs: Dr.-Ing. Dominik Pyschny, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Kuhnhenne
RWTH Aachen University