Masse critique
10 TENDANCES POUR 2023
Et si l’avenir de la construction commerciale se trouvait dans un retour au premier matériau de construction du monde, le bois ? Des maisons modulaires de construction basse aux structures commerciales plus hautes, les produits de bois de charpente proposent un éventail d’avantages pour l’environnement, la santé et le bien-être qui seront de plus en plus attrayants pour les promoteurs, les investisseurs et les occupants immobiliers dans un monde où la décarbonation demeure l’un des plus grands défis pour l’environnement bâti.
Si le bois a longtemps été le matériau prédominant pour les maisons unifamiliales et les petites constructions en Amérique du Nord, les matériaux de bois composite modernes sont utilisés plus que jamais dans de plus grands immeubles commerciaux dans le monde. Le bois stratifié croisé (BSC) et les produits reliés contribuent au nombre grandissant d’immeubles en bois massif d’ingénierie, dont la structure portante primaire est faite de ces matériaux de bois.1 Même si l’acier et le béton demeurent les matériaux de construction les plus répandus pour le secteur commercial, la prise de conscience environnementale alliée à une panoplie d’avantages potentiels de produits du bois pousse les investisseurs et les entrepreneurs à les envisager sérieusement comme produits alternatifs.
De quoi s'agit-il?
Le bois provenant directement des arbres est l’un des matériaux les plus longtemps utilisés par l’humanité, mais il présente certains inconvénients. Il est de taille limitée, a une faible capacité portante transversale et est combustible dans son état naturel. Les bois durs performent mieux que les bois mous, plus nombreux, mais poussent plus lentement. Cependant, le bois stratifié croisé (BSC) et les produits reliés, comme le lamellé-collé et le lamellé-cloué conçus au cours des dernières décennies, ne présentent pas ces lacunes.
Le BSC peut être plus fort et structurellement plus flexible que l’acier ou le béton.
Le BSC a vu le jour au début des années 1990 sur le continent européen. Ce produit de bois d’ingénierie comporte des sections de bois préparées à l’aide de colle ou autres fixations. Les planches de bois sont assemblées en angles droits pour bénéficier de la force longitudinale des fibres naturelles du bois, ce qui crée un matériau de construction pouvant être plus fort et plus flexible que le béton ou l’acier. Il peut être utilisé pour créer des panneaux pour les murs et les planchers ainsi que comme poutres et autres composants portants, de façon indépendante ou combinés à d’autres matériaux de construction.
Avantages multiples
Comme produits fabriqués, le BSC et les produits reliés peuvent se trouver sous diverses formes et tailles. Les panneaux de BSC sont préfabriqués en dehors du site, ce qui réduit les délais, coûts et déchets de construction, avant d’être acheminés au site. Ils peuvent être moins bruyants et dérangeants à assembler que les matériaux traditionnels, ce qui est appréciable en milieu urbain. Le BSC est aussi plus léger que l’acier et le béton, ce qui réduit la charge sur les fondations (réduisant les coûts et la quantité de matériaux requise) et les rend plus faciles à soulever. Par conséquent, de plus petites machines suffisent pour l’assemblage. Les charpentes de bois peuvent ainsi être utilisées sur des sites où l’accès au sol est ne convient pas à des constructions plus lourdes.
Non seulement les charpentes de bois d’ingénierie sont-elles plus résistantes, mais leur flexibilité naturelle leur permet de mieux résister aux événements sismiques, ce qui les rend adéquates pour des charpentes hautes dans des zones propices aux tremblements de terre.2 Cependant, le principal attrait des produits de bois de charpente demeure leur caractère durable.
Les charpentes de bois d’ingénierie ont des propriétés qui les rend plus résistantes aux événements sismiques.
Réduction de l’impact environnemental
La décarbonation de la construction est l’un des principaux défis de l’environnement bâti, puisque le secteur compte pour 37 % des émission de CO2 reliées à l’énergie.3 La montée des bilans carbone globaux comme méthode d’évaluation des émissions incite à l’examen minutieux des nouvelles constructions à forte émission de carbone. Les matériaux traditionnels peuvent constituer une grande partie du problème puisque, dans toute la durée de vie d’un immeuble, le carbone intrinsèque compte pour environ 10 à 20 % de toute l’empreinte carbone. Dans un immeuble de bureaux typique, la structure représente plus de 50 % du carbone intrinsèque initial.4 À l’échelle mondiale, le béton compterait à lui seul pour 8 % des émissions de CO25 alors que la méthode de production d’acier la plus répandue, soit le convertisseur à oxygène, émet plus de 2 tonnes de dioxyde de carbone pour chaque tonne d’acier brut. En 2022, par exemple, l’industrie de l’acier était responsable de 7 % des émissions mondiales de carbone.6 L’utilisation de bois massif réduirait l’impact environnemental pourvu que le bois provienne de producteurs qui pratiquent une gestion forestière durable.7
La production de BSC et d’autres produits de bois de charpente requiert beaucoup moins d’énergie que celle de l’acier ou du béton. Le carbone intrinsèque d’une charpente se mesure selon la quantité de gaz à effet de serre émise pendant la production, l’approvisionnement et l’installation des composants et matériaux dans la charpente de l’immeuble.8 Selon les études, les économies potentielles de carbone pour l’industrie du logement uniquement pourraient atteindre 100 milliards de tonnes pour l’an 2100 si la construction résidentielle passait de l’acier et du béton à la charpente de bois.9 Le marché mondial des matériaux de construction alternatifs est déjà une affaire de gros sous, estimée à 190 G$ en 2020 et on prévoit qu’il croîtra d’environ 75 % pour atteindre 330 G$ en 2030.10
Outre la réduction des effets environnementaux de la production de bois massif d’ingénierie, celui présente d’autres avantages qui réduisent l’empreinte carbone d’un immeuble pendant sa durée de vie. Tout au long de l’exploitation d’un immeuble, une construction à charpente de bois savamment conçue réduit la consommation d’énergie. Le bois a des propriétés isolantes naturelles 10 fois supérieures à celles du béton et 400 fois supérieures à celles de l’acier.11 Si on y intègre des normes de conception visant l’efficacité énergétique, comme les principes Passivhaus,12 une structure en bois peut s’avérer avantageuse en termes d’isolation et d’étanchéité à l’air, réduisant les besoins d’isolation additionnelle et d’énergie pour le chauffage et la climatisation. Elle peut aussi réduire le recours aux plastiques et autres produits isolants.
Une construction à charpente de bois bien conçue peut réduire les besoins en énergie.
En plus de réduire le carbone intrinsèque et l’utilisation annuelle d’énergie, le bois massif d’ingénierie a aussi des capacités d’absorption du carbone qui lui permettent d’agir comme puits de carbone par un processus de séquestration.13 Tout au long de leur durée de vie, les arbres absorbent du carbone, qu’ils continuent de stocker jusqu’à ce que le bois soit brûlé ou qu’il se décompose. On estime que pour chaque mètre cube de BSC, près d’une tonne de CO2 est séquestrée.14 Pour assurer que ce carbone biogène ne soit pas relâché à la fin de la durée de vie de l’immeuble, ce bois de charpente en panneaux peut être introduit dans l’économie circulaire puisque la nature modulaire d’une construction de bois permet la réutilisation du matériau.15
De nouveaux sommets
Les marchés du bois massif d’ingénierie prennent rapidement de l’ampleur. En 2021, le marché mondial du BSC était évalué à 806 millions de dollars et devrait connaître une croissance annuelle de 15 % d’ici 2028, accroissant le marché à 2,07 G$.16 La majeure partie de la demande provient toujours de l’Europe, lieu de naissance du produit, mais son usage se répand en Amérique du Nord et s’est accru de façon exponentielle depuis son introduction en 2012.17 Le financement est de plus en plus disponible pour la recherche et le perfectionnement dans ce secteur, que ce soit de la part d’organisations philanthropiques comme Built by Nature18 ou des entités gouvernementales comme le département de l’Agriculture des États-Unis.19
Chaque année, les promoteurs repoussent les limites de la construction en bois d’ingénierie. Autrefois relégué aux constructions basses, le bois d’ingénierie et le BSC se trouvent beaucoup plus en hauteur et dans de plus grandes superficies. Les normes internationales pour les immeubles en bois massif d’ingénierie ont changé en 2021 lorsque l’International Building Council a haussé la hauteur maximale permise pour les immeubles commerciaux et résidentiels à 270 pieds, ou 18 étages.20
Aujourd’hui, on compte environ 139 immeubles à charpente de bois d’ingénierie dans le monde, dont 60 en Europe. Le plus haut, l’immeuble Ascent à Milwaukee au Wisconsin, qui culmine à 285 pieds (87m), a été présenté par Thornton Tomasetti en août 2022. Il compte 259 logements résidentiels, des commerces au rez-de-chaussée et une terrasse sur le toit. L’IBC permet le dépassement des limites de hauteur lorsque le concept s’accompagne de tests de sécurité probants.21 Au cours des prochaines années, les structures de bois d’ingénierie continueront de s’élever plus haut, avec notamment quatre projets plus hauts que l’Ascent proposés dans les trois mois qui ont suivi l’achèvement de l’immeuble. Ailleurs, une nouvelle loi française sur la durabilité exigera que tous les nouveaux immeubles publics soient construits avec au moins 50 % de bois massif d’ingénierie ou autres matériaux, ce qui fera augmenter le nombre de structures de bois hybrides.22
Au cours des prochaines années, les charpentes de bois d’ingénierie prendront de la hauteur.
Des défis demeurent, toutefois, et ce ne sont pas tous les pays qui voient la construction de bois d’un bon œil. La sécurité incendie est une préoccupation couramment soulevée, ce qui se comprend vu que le bois, à la base, est un combustible. Cependant, les composants du bois massif d’ingénierie respectent les exigences en matière de résistance au feu établies par les codes du bâtiment en Amérique du Nord et au Royaume-Uni. Même lorsqu’effectivement, le bois prend feu, une couche carbonisée se forme à l’extérieur et protège l’intérieur, ce qui permet aux panneaux et aux poutres de maintenir leur intégrité structurelle. D’ailleurs, si elle est protégée par des matériaux non combustibles comme les structures d’acier l’exigent, une charpente en bois peut mieux résister que les matériaux de construction traditionnels.23
Or, après la catastrophe du Grenfell en 2017, où l’incendie d’un immeuble résidentiel de 24 étages dans l’ouest de Londres a fait 74 victimes, le gouvernement britannique a imposé de nouvelles restrictions qui affectent l’utilisation du BSC.
Ces restrictions rendent difficile l’obtention d’assurances abordables en immobilier et en construction pour les immeubles en bois massif d’ingénierie, puisque les expertises d’assurance ont surévalué le risque d’incendie.24 Pour aborder les problèmes d’assurance au Royaume-Uni, de plus grands efforts sont déployés pour une approche de souscription collective. Aviva a lancé un projet pilote pour assurer des immeubles hybrides, et l’organisme écologique Alliance for Sustainable Building Products publiera cette année un guide pour faire assurer les immeubles en bois massif d’ingénierie.25
Par ailleurs, Chase Underwriting International a agi en lançant un mécanisme d’assurance pour les constructions à charpente de bois d’ingénierie pour des projets allant de 10 £ à 200 M£.26 En 2021, la stratégie de carboneutralité du gouvernement britannique faisait la promotion de la croissance des constructions basses en bois massif d’ingénierie comme un composant essentiel pour réduire le carbone intrinsèque : une autre pas en avant.27 En fin de compte, les coûts d’assurance pour les immeubles et la construction diminueront si les promoteurs gèrent adéquatement les risques de la construction en bois massif d’ingénierie grâce à des stratégies comme les technologies de suppression du feu, l’emploi de structures hybrides et en menant des tests des effets de l’eau et du feu.
En demande
Alors que les entreprises cherchent à améliorer leur performance ESG et que les bilans de carbone deviennent plus répandus, les immeubles en bois massif d’ingénierie seront plus prisés pour les occupants et investisseurs commerciaux. Ils ont déjà du succès dans le secteur des bureaux. Le fournisseur de bureaux flexibles britannique The Office Group, ou TOG, a terminé le plus haut des immeubles en bois massif d’ingénierie de Londres en décembre 2022. L’immeuble Black & White propose 38 315 pieds carrés de bureaux à ses clients et des services comme une salle de sport, des installations de transports en commun et une terrasse sur le toit. Comparé à des immeubles de bureaux similaires à charpente de bois et de béton, il compte 37 % moins de carbone intrinsèque et une plus grande efficacité énergétique grâce à des technologies solaires passives et des sources d’énergie renouvelables.28 Selon TOG, l’immeuble était loué d’avance à 40 % quatre mois avant son inauguration, du jamais vu dans le secteur des bureaux flexibles. TOG croit que les atouts écologiques de l’immeuble expliquent sa popularité.
Les immeubles en bois massif d’ingénierie seront plus prisés des occupants et investisseurs commerciaux.
Le bois massif d’ingénierie ne peut à lui seul résoudre les difficultés à décarboner la construction, et personne n’affirme qu’il convient à toutes les situations. Mais lorsqu’on l’intègre à une structure hybride avec des matériaux plus traditionnels, il joue un rôle important pour aider le secteur immobilier à agir vis-à-vis la crise climatique.
1https://www.constructiondive.com/news/mass-timber-101-understanding-the-emerging-building-type/443476/
2 Karacabeyli, Erol; Douglas, Brad; Forest Products Laboratory (U.S.); FP Innovations (Institute); Binational Softwood Lumber Council (2019). CLT handbook: cross-laminated timber. Pointe-Claire, Québec
3 https://www.unep.org/news-and-stories/press-release/co2-emissions-buildings-and-construction-hit-new-high-leaving-sector
4 https://www.istructe.org/resources/guidance/carbon-embodied-operational/
5 https://www.chathamhouse.org/2018/06/making-concrete-change-innovation-low-carbon-cement-and-concrete-0/executive-summary
6 https://joint-research-centre.ec.europa.eu/jrc-news/eu-climate-targets-how-decarbonise-steel-industry-2022-06-15_en#:~:text=The%20steel%20industry%20is%20responsible,7%25%5B1%5D%20globally.
7 https://www.architecturalrecord.com/articles/15796-mass-timber-a-new-chapter-in-sustainable-forestry
8 https://www.rics.org/globalassets/rics-website/media/news/whole-life-carbon-assessment-for-the--built-environment-november-2017.pdf
9 https://eandt.theiet.org/content/articles/2022/08/switching-concrete-for-timber-in-construction-shown-to-yield-huge-carbon-savings/
10 Allied Market Research (2021). Alternative Building Materials Market by Material (Bamboo, Recycled Plastic, Wood and Others), End User (Residential and Non-residential) and Application (Construction, Furniture & Flooring): Global Opportunity Analysis and Industry Forecast, 2021–2030.
11 https://www.vox.com/energy-and-environment/2020/1/15/21058051/climate-change-building-materials-mass-timber-cross-laminated-clt
12 https://energysavingtrust.org.uk/passivhaus-what-you-need-know/
13 D’Amico, Bernardino; Pomponi, Francesco; Hart, Jim (2021-01-10). "Global potential for material substitution in building construction: The case of cross laminated timber". Journal of Cleaner Production. 279: 123487. doi:10.1016/j.jclepro.2020.123487. ISSN 0959-6526.
14 https://www.vox.com/energy-and-environment/2020/1/15/21058051/climate-change-building-materials-mass-timber-cross-laminated-clt
15 https://www.naturallywood.com/blog/coming-full-circle-wood-circular-economy/
16 https://www.fortunebusinessinsights.com/cross-laminated-timber-clt-market-102884
17 https://www.structurlam.com/whats-new/news/north-americas-mass-timber-industry-and-its-ascent-to-the-global-stage/
18 https://architecturetoday.co.uk/built-by-nature-fund-promoting-timber-buildings-europe/; https://eu.desmoinesregister.com/story/money/business/development/2022/05/27/usda-funds-eco-friendly-mass-timber-buildings-iowa-valley-junction/9949108002/
19 https://www.usda.gov/media/press-releases/2022/05/27/biden-administration-announces-32-million-advance-climate-smart
20 https://www.woodworks.org/resources/tall-wood-buildings-in-the-2021-ibc-up-to-18-stories-of-mass-timber/#:~:text=Solution%20PapersTall%20Wood%20Buildings%20in%20the%202021%20IBC%20%E2%80%93%20Up,18%20Stories%20of%20Mass%20Timber
21 https://www.architecturalrecord.com/articles/15813-mass-timber-on-the-rise
22 https://www.dezeen.com/2020/02/12/france-public-buildings-sustainability-law-50-per-cent-wood/
23 https://www.steelconstruction.info/images/8/87/Steel_construction_-_Fire_Protection.pdf
24 The Alliance for Sustainable Building Products. 2022 “Mass Timber: Challenges & Potential Solutions.”
25 https://www.ft.com/content/9db8d185-e0df-4fbf-9b91-b781a0e5182a
26 https://www.structuraltimbermagazine.co.uk/news/mass-timber-insurance-a-stock-take/
27 https://www.architectsjournal.co.uk/news/governments-promotion-of-low-rise-timber-long-overdue-say-architects
28 https://www.theofficegroup.com/stories/design/behind-the-scenes-the-black-white-building
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