Un d?me en bois fait uniquement de déchets

Catherine De Wolf est convaincue que la digitalisation peut ouvrir la voie à une économie plus circulaire dans le secteur de la construction. La professeure assistante et son groupe de recherche montrent comment y parvenir dans le cadre d'un projet pratique.

26.04.2022 par Rahel Künzler

Deux femmes portant des masques de protection tiennent en l'air des éléments en bois de la coupole. — Le matériau utilisé pour cette coupole est exclusivement composé d'éléments de construction anciens. (Toutes les photos : Daniel Winkler)

A première vue, on pourrait croire qu'il s'agit d'un cours d'initiation au travail du bois : En ce matin de janvier, dans l'atelier de menuiserie du campus du H?nggerberg, une troupe de six personnes s'est rassemblée autour de la machine à scier à ruban. Il s'agit de découper des poutres en bois massif en baguettes plus fines. Après une brève instruction, certains se mettent immédiatement au travail. Avec des poignées expérimentées, ils poussent les poutres devant la lame de scie. D'autres hésitent encore et demandent s'ils gardent les mains au bon endroit.

Pour certains membres du groupe de recherche de Catherine De Wolf, professeure assistante au Département de génie civil, environnemental et géomatique de l'ETH Zurich, les travaux de menuiserie sont effectivement nouveaux. Le cours accéléré est toutefois surtout un moyen d'arriver à ses fins ; l'objectif du groupe de recherche du Circular Engineering for Architecture (CEA) lab est tout autre : ils veulent créer un b?timent uniquement à partir de déchets de construction au cours des quatre prochaines semaines. Il s'agira d'une coupole semi-circulaire. La structure de base est constituée de lattes de bois qu'ils sont en train de découper. "C'est un plaisir de travailler ensemble", déclare la doctorante Deepika Raghu. Lors de ses études d'architecture, elle n'avait jamais eu l'occasion de construire un ouvrage à si grande échelle.

Le projet a débuté en octobre dernier dans un entrep?t de voitures à Genève. Peu avant sa démolition, les chercheurs de l'ETH ont pu récupérer dans le b?timent tous les anciens éléments de construction qui leur étaient utiles. Sous la direction de spécialistes de la démolition, De Wolf et ses trois doctorants ont démonté l'un des planchers en pièces détachées. Leur butin - des panneaux d'aggloméré, des poutres en bois, des supports en acier ainsi que quelques tuyaux en plastique - a été transporté à Zurich dans un mini-van.

Trois jeunes hommes travaillent des poutres en bois dans un atelier — Les poutres en bois doivent être nettoyées des corps étrangers et coupées à la bonne forme.

Motivation durabilité

Comme elle l'a fait pour la démolition, la professeure assistante De Wolf met la main à la p?te pour les travaux de menuiserie. Elle est en train de passer un détecteur de métaux le long d'une poutre en bois afin de repérer les clous et autres corps étrangers et de les retirer avant de les scier. La réutilisation d'éléments de construction selon les principes de l'économie circulaire est le thème central auquel s'intéresse cette Belge de 32 ans à l'ETH. Elle a pris la décision de s'engager pour la durabilité dans la construction bien plus t?t, pendant ses études d'architecture et de génie civil. Lors de l'un de ses premiers cours, l'enseignant a annoncé que le secteur de la construction était le plus grand responsable de nos émissions de gaz à effet de serre dans le monde, se souvient De Wolf. En tant que personne proche de la nature, ce fait l'a d'abord choquée. "Mais ensuite, je me suis dit que je pouvais faire bouger les choses".

"Celui qui exécute lui-même les étapes de travail de A à Z trouve les meilleures solutions et remarque en même temps où se situent les défis".
Catherine De Wolf

Aujourd'hui, plus de dix ans plus tard, De Wolf est convaincu que la voie vers une plus grande durabilité dans le secteur de la construction passe par les outils et les technologies numériques. Le projet de d?me doit montrer où et comment la digitalisation apporte une valeur ajoutée.

De Wolf veut que tous les membres du groupe jouent une fois un cycle complet de réutilisation - des travaux de démontage à la construction d'un nouveau b?timent en passant par sa conception. "Celui qui réalise lui-même les étapes de travail de A à Z trouve les meilleures solutions et remarque en même temps où se situent les défis".,La professeure assistante en est convaincue.

Poutres en bois disparues

Matthew Gordon et Catherine De Wolf étudient le plan de construction numérique.

"Avons-nous maintenant assez de poutres en bois ?" Au fond de la menuiserie, De Wolf étudie le plan de construction avec le doctorant Matthew Gordon. La forme de la coupole géodésique n'a pas été choisie au hasard. Avec une structure de base composée de triangles, les coupoles font partie des constructions les plus efficaces en termes d'espace et d'énergie, tout en étant extrêmement stables. La particularité de la coupole en bois de l'ETH : les entretoises de différentes longueurs des triangles sont dimensionnées de manière à utiliser le plus efficacement possible le stock de matériaux réutilisés.

Gordon, qui a suivi des études en fabrication numérique, a programmé à cet effet un algorithme qui calcule de manière autonome la géométrie et les dimensions optimales du d?me à partir du stock de bois. "L'objectif était de concevoir le programme informatique de manière à ce qu'il ne découpe pas les plus grosses poutres en petits morceaux et qu'il reste le moins de restes possible", explique-t-il. En ce moment, le doctorant vérifie une nouvelle fois si les données relatives aux poutres en bois enregistrées dans l'ordinateur correspondent à la réalité.

Lors des travaux préparatoires, il avait en effet remarqué qu'il manquait quelques poutres. Or, celles-ci avaient été prévues de manière fixe dans la construction. Gordon a donc d? faire preuve de la flexibilité de son programme informatique. Le matin même, il a refait les calculs. Pendant que le reste du groupe sciait poutre par poutre, le chef constructeur étiquetait les nouveaux éléments avec le numéro correspondant sur le plan. Jusqu'à présent, tout semble correct - l'épreuve du feu est réussie.

Transmettre des composants de seconde main

"Cet épisode illustre l'un des plus grands défis du travail avec des éléments de construction usagés", dit De Wolf en plaisantant. Par manque de place, les poutres en bois étaient stockées à l'extérieur des ateliers. Quelqu'un s'en est probablement débarrassé par erreur. Elle explique que des problèmes similaires existent dans le secteur du b?timent. Certes, il y a de plus en plus d'entreprises qui font le commerce de pièces de seconde main. Mais l'achat de ces composants est co?teux et prend du temps, et l'espace pour le stockage temporaire est limité. "L'idéal serait que les entreprises soient informées le plus t?t possible d'une démolition ou d'un démantèlement, afin qu'elles puissent commencer immédiatement à chercher des acheteurs pour les matériaux", explique De Wolf. Mais dans la réalité, cela se passe souvent à court terme.

"C'est précisément en période de pandémie, où les interruptions des cha?nes d'approvisionnement mondiales retardent d'innombrables projets de construction, que les avantages de l'économie circulaire se font d'autant plus sentir".
Brandon Byers

Que se passerait-il donc si une plate-forme numérique recensait toutes les informations relatives aux éléments de construction dans les b?timents existants ? Les architectes pourraient ainsi savoir quand quels matériaux sont disponibles dans les b?timents à démolir et les planifier dans les constructions nouvelles. "C'est précisément en période de pandémie, où les interruptions des cha?nes d'approvisionnement mondiales retardent d'innombrables projets de construction, que les avantages de l'économie circulaire se font d'autant plus sentir", explique le doctorant Brandon Byers.

Dans le cadre du projet de coupole, il a créé le prototype d'une plateforme en ligne pour les éléments de construction. En prenant l'exemple des éléments en bois, cet ingénieur civil dipl?mé montre comment il est possible d'enregistrer des informations sur plusieurs cycles de construction - et de les actualiser si nécessaire. Le doctorant a répertorié et mis à jour des données telles que la date d'installation, les dimensions et la qualité des éléments de construction dans un tableau pour chaque étape de la vie du bois.

Code QR pour chaque élément de construction

Byers voit également des avantages à ce passeport numérique des matériaux en dehors des aspects pratiques dans la construction. "Si les informations sur les éléments de construction utilisés sont librement accessibles, cela permet en même temps d'en savoir plus sur l'histoire d'un b?timent". Le doctorant de l'ETH a donc marqué chaque élément de construction de manière bien visible avec un code QR qui renvoie directement au passeport des matériaux correspondant sur Internet.

Poutres en bois avec code QR — Chaque élément de construction est muni d'un code QR et enregistré dans une base de données.

Byers grave les derniers codes QR dans le bois à l'aide d'une découpeuse laser. Pendant ce temps, les travaux de montage commencent dans la halle de construction. Deux par deux, les chercheurs vissent les extrémités des lattes de bois. Des disques en forme d'anneau, découpés dans des tubes en plastique, servent d'articulations. Ceux-ci proviennent également du b?timent de Genève ; il s'agissait autrefois de tuyaux d'eau. A peine deux heures plus tard, l'étage le plus bas est en triangle. Au bout de trois jours, le montage de la coupole est terminé - du moins presque.

Une fois de plus, on constate qu'il n'est pas possible de tout planifier lorsqu'on travaille avec des éléments de construction usagés pour lesquels on ne dispose que de peu d'informations : les lattes de bois mettent les anneaux en plastique sous une telle tension qu'ils se déforment. Gr?ce à la fabrication numérique, il existe une solution à ce problème. A l'aide d'une fraiseuse commandée par ordinateur, les chercheurs découpent des disques ronds dans les panneaux d'aggloméré récupérés, qui s'insèrent avec précision dans les anneaux en plastique. "La coupole est ainsi non seulement plus stable, mais elle gagne aussi en esthétique", explique Raghu, qui a pris la direction de cette partie du projet.

Cours d'été pour les étudiants

"Je suis déjà fier de voir quel beau b?timent mon groupe de recherche a construit en si peu de temps", déclare De Wolf lors du vernissage en petit comité. Dans le secteur privé, il existe encore peu de b?timents entièrement construits selon les approches de l'économie circulaire. "Pour qu'un tel projet puisse être mené à bien, tous les acteurs doivent tirer dans le même sens", conclut la professeure assistante.

Deux hommes assemblent la structure du d?me — Les pièces d'assemblage des poutres en bois sont également composées de matériaux de récupération. Elles ont été fabriquées à partir de vieux tuyaux en plastique.

En réunissant des femmes architectes, ingénieurs et informaticiennes, De Wolf tente de créer les conditions nécessaires, du moins dans son groupe de recherche. Mais la combinaison d'une conscience environnementale et d'une affinité numérique est presque encore plus importante, ajoute-t-elle. Selon elle, cela n'est pas si fréquent. "D'un c?té, il y a des activistes verts comme Greta Thunberg, et de l'autre, des geeks tech comme Elon Musk", explique De Wolf. En revanche, elle recherche de manière ciblée des personnes ayant une affinité avec le numérique et qui mettent leur savoir-faire au service de l'environnement.

La professeure assistante considère qu'une partie importante de son travail consiste à mieux faire conna?tre son domaine de recherche. Dans le cadre de la Summer School, elle propose cette année un cours où elle construit avec des étudiants de différents départements une autre coupole à partir d'éléments de construction réutilisés. Cette coupole devrait rester sur le campus du H?nggerberg pendant l'été à titre d'objet d'illustration. Une exposition sur le thème de l'économie circulaire dans la construction ainsi que quelques petits événements sont prévus.