Sonia : Le phénomène d’îlot de chaleur se définit comme l’observation de la tendance de la température dans une ville à être plus élevée que dans les zones rurales aux alentours.

Ce phénomène peut être observé surtout l’été et la nuit : la morphologie de la ville et les matériaux qui la constituent piègent et absorbent une plus grande quantité de chaleur et la libèrent plus difficilement la nuit.

A titre d’exemple, en 2020, le record d’écart de températures observé en région parisienne a été de 11°C entre Paris Saint-Germain-des-Prés (22°C) et Fontainebleau (11°C) en juin à 6h du matin.

David : C’est un lieu d’accueil accessible au grand public et repéré comme source de rafraîchissement par rapport à son environnement proche en période chaude ou caniculaire. Nous pourrions considérer l’îlot de fraîcheur urbain (IFU) comme une réponse au phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU). Il y a bien sûr déjà des parcs et espaces verts qui remplissent ce rôle mais nous travaillons à optimiser chacune des strates essentielles au phénomène de rafraichissement tels que les compartiments de l’eau, des revêtements, du sol et du végétal. C’est une manière d’aménager avec la nature en ville, d’aller plus loin dans la logique de service écosystémique pour transformer les espaces verts en véritables solutions fondées sur la nature.

Pierre : Nous avons également beaucoup appris de la ville de Paris et de son programme de cours Oasis, ou encore de la commune d’Echirolles qui ont réalisé de nombreux projets de « cours IFU ». Les projets ont des constantes : désimperméabilisation, revêtements clairs, déconnexion du réseau et gestion des eaux pluviales à la parcelle, pleine terre ou espace de jeu avec copeaux de bois au sol et végétalisation… L’objectif est de pouvoir ouvrir ces cours au public en cas de fortes chaleurs afin de mailler le territoire d’une multiplicité d’IFU de formes et de tailles variables. Cela participe à la stratégie d’adaptation des villes au changement climatique. Eurovia a réalisé plus d’une trentaine de cours Oasis en Île-de-France par exemple.

Quelles solutions fondées sur la nature permettent de réguler la température en ville ?

Sonia : Pour améliorer la régulation de la température par la nature en ville, la littérature scientifique suggère dans l’idéal d’augmenter l’implémentation de parcs ou de forêts urbaines. Évidemment, ces espaces urbains sont souvent saturés et ces solutions sont difficiles à mettre en place. Toutefois, il est conseillé d’essayer de densifier des surfaces végétalisées à l’échelle de la ville.

La régulation de la température dépend d’un ensemble de facteurs comme l’espèce, l’âge et le type de végétation. Les arbres vont, par exemple, avoir un plus grand impact que la pelouse sur l’amélioration du confort thermique et de la température à hauteur des piétons. Les arbres ont pour avantage de faire barrière aux rayonnements solaires et sont moins sensibles aux fortes chaleurs et au manque d’eau que la pelouse.

La végétation a aussi un impact sur la circulation de l’air dans la rue et l’agencement et le design des surfaces végétalisées sont importants afin de ne pas avoir d’accumulation de chaleur dans la rue. Dans des rues orientées dans le même axe que la direction du vent, les arbres doivent être agencés de sorte à ne pas devenir un coupe-vent.

Enfin, des études sur la distance du ressenti de l’effet rafraichissant des parcs montrent que la végétation a un effet assez local. Si le but est d’avoir une réelle régulation de la température à grande l’échelle, il est nécessaire d’homogénéiser la végétalisation des surfaces.

David : Nous portons au sein de la direction marketing stratégique, cette vision du rôle que peut et va jouer la nature en ville.  C’est une période, de ce point de vue, très intéressante où les aménageurs et collectivités donnent désormais une place nouvelle aux solutions fondées sur la nature dans les projets d’aménagements. Nous avons donc travaillé afin de mieux comprendre les interactions entre les compartiments eau, sol et végétal et clairement identifié un certain nombre de leviers du rafraichissement urbain.

Pierre : Nous avons donc développé une offre « intégrée », c’est-à-dire qui repose sur les différents leviers que sont la gestion des eaux pluviales, la strate végétale et les sols, dans une optique de mobilisation des services écosystémiques au service du rafraichissement urbain et de la gestion des eaux pluviales. Nous y avons ajouté bien sûr, un levier essentiel que sont les revêtements urbains qui, lorsqu’ils sont adaptés (prise en compte de l’effet d’Albedo et enjeu de perméabilité) participent à la création d’IFU. L’offre Revilo est la combinaison optimisée de ces quatre leviers.

L’un de nos axes majeurs de travail est le sol. Beaucoup de collectivités incitent désormais à la désimperméabilisation des sols. Or en milieu urbain, les sols sont souvent altérés. Il faut travailler à leur reconstitution voire leur reconstruction. Les sols reconstruits (appelés aussi technosols) ont pour objectif la refonctionnalisation des sols afin qu’ils puissent, de nouveau, remplir leurs fonctions écosystémiques notamment l’infiltration et le stockage de l’eau fondamentale au développement de la strate végétale.

David : Nous permettons ainsi le rétablissement du cycle de l’eau à l’échelle locale. Cela passe donc également par une réflexion sur la gestion des eaux de pluie. L’idée de ces solutions fondées sur la nature est de recréer des cercles vertueux où l’eau de pluie n’est plus un déchet à traiter en station d’épuration ou relâcher sans filtration dans les milieux naturels, directement dans les rivières, mais devient de nouveau une ressource précieuse.

Comment mesurez-vous les bénéfices générés par la nature en ville ? De quelle manière les décideurs et les aménageurs peuvent exploiter ces mesures pour améliorer les choix ?

Sonia : Les bénéfices générés par la végétation peuvent être quantifiés grâce à la simulation. Le modèle développé lors de mon doctorat permet de simuler l’impact de la végétation sur le microclimat et la pollution en ozone atmosphérique à l’échelle d’une rue. En connaissant la morphologie de la rue et les propriétés des matériaux utilisés, il est possible de comparer les simulations de deux cas, sans et avec végétalisation des surfaces, et quantifier ainsi le rafraîchissement apporté par la nature.

Il est aussi possible de quantifier cet impact sur le terrain en plaçant des capteurs ou des stations météorologiques mesurant en continu la température de l’air d’un site. La quantification du bénéfice se fait en comparant la température des sites végétalisés et non végétalisés, avec les mêmes conditions climatiques et une morphologie urbaine similaire.

David : L’offre Revilo s’inscrit dans une démarche de développement d’offre à impact environnemental positif. Il est donc essentiel de pouvoir mesurer cet impact. A ce titre, nous avons identifié un certain nombre d’outils de mesure et d’aide à la décision. Arboclimat et Sesame par exemple, développés par l’Ademe et le Cerema, permettent de modéliser les puits de carbone générés par le sol et les arbres. Nous travaillons également sur la base de l’outil Seve qui permet de réaliser le bilan carbone de nos chantiers (Scope 1&2).

Pierre : Nous sommes bien sûr très attentifs aux travaux de Sonia sur les possibilités de modélisation en termes de microclimat de différents scénarios d’aménagements urbains au niveau de la rue (selon les types de revêtements, les matériaux et la végétalisation notamment).

Nous disposons d’autres outils chez VINCI Construction, tel que Biodi(V)strict (chez Urbalia), qui permettent d’évaluer les bénéfices ou les impacts en termes de biodiversité de différents scénarios d’aménagements.

Enfin, nous avons également développé chez Eurovia, un outil (Bi2O) qui permet notamment d’évaluer l’impact du projet en matière de gestion des eaux pluviales.

Quelles perspectives peuvent venir du monde de la recherche et de l’entreprise pour favoriser un déploiement des solutions et, donc des impacts, à grande échelle ?  

Sonia : Depuis quelques années, de nombreuses études de prédiction apparaissent. Le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) prévoit un réchauffement planétaire de 1.5°C d’ici 2030-2052 et beaucoup d’études prédisent une exacerbation de ce dernier au niveau des zones urbaines. Dans ce contexte, la recherche scientifique tend à s’orienter vers l’étude de solutions pour optimiser l’effet refroidissant de la végétation ou pour prédire l’évolution des vagues de chaleur localement. Certaines villes subissent actuellement une très forte urbanisation, ce qui diminue la surface végétalisée de la zone. La perspective qu’offre la recherche est de proposer et de trouver un moyen d’optimiser l’effet régulateur de la nature afin de limiter le réchauffement de ces zones à l’avenir.

En parallèle, les données satellites sont de plus en plus utilisées pour cartographier l’intensité de l‘îlot de chaleur à très grande échelle et pour comprendre pleinement l’effet de diverses utilisations des surfaces urbaines sur ce phénomène.

De plus, une autre piste de recherche est l’étude du lien entre le phénomène de l’îlot de chaleur urbain et la pollution atmosphérique et le développement de solutions communes pour atténuer ces deux phénomènes.

C’est sur ces deux derniers objectifs que porte la ligne directrice de la suite mon doctorat car une nouvelle thèse reprenant mes travaux vient de commencer. L’une de ses ambitions est de développer le modèle que j’ai mis au point à l’échelle d’une rue pour qu’il puisse représenter le microclimat urbain à l’échelle d’une ville. Cette thèse a pour but de quantifier l’effet de la végétalisation de la ville sur le microclimat et la pollution de l’air.

David : Nous sommes évidemment très partisans d’échanges entre le monde de la recherche académique et celui de la recherche opérationnelle portée par l’entreprise. Ces échanges présentent des complémentarités évidentes. Chacun répond à des temporalités qui lui sont propres et les entreprises ont besoin de pouvoir s’appuyer sur le temps long de la recherche par exemple. Dans le cadre de nos travaux sur les IFU, nous travaillons avec AgroParisTech et le Laboratoire sols et environnement de l’Université de Lorraine pour constituer un comité scientifique capable de nous accompagner dans nos projets sur les sols reconstruits. C’est un sujet qui nous tient à cœur car il présente de forts potentiels en termes d’échelle et d’impact environnemental positif.

Pierre : La reconstruction de sol permet en effet à la fois de remobiliser tout un pan de services écosystémiques au coeur de nos villes tout en préservant les ressources naturelles et notamment les terres végétales. Celles-ci seront d’ailleurs de plus en plus rares avec l’application du principe de Zéro Artificialisation Nette (ZAN) mis en place dans le cadre de la loi Climat et Résilience. Nous nous appuyons donc sur notre réseau de plateformes de recyclage des matériaux urbains (organiques et minéraux) pour reconstruire des sols urbains fonctionnels selon des principes d’économie circulaire.

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« Il y a encore un demi-siècle sur les chantiers de bâtiment, les matériaux employés étaient très onéreux. Il était donc essentiel d’optimiser les structures pour minimiser les quantités employées, expose Sébastien Maitenaz, ancien doctorant au laboratoire Navier de l’École des Ponts ParisTech, auteur d’une thèse Cifre financée par le bureau d’études ISC (VINCI Construction). Mais depuis plusieurs décennies, l’industrialisation des procédés de production a entraîné une baisse importante du coût des matériaux ». Si bien que l’on peut parfois observer aujourd’hui un surdimensionnement de certaines structures.

Vers un juste dimensionnement des structures

Cette recherche de productivité conduit par exemple à disposer les nappes d’armatures de manière orthogonale dans les éléments de structure et à remplir tous les volumes de béton, même dans les parties où il ne supporte pas de charges. « Ces quantités supplémentaires pourraient être évitées, constate Sébastien Maitenaz. C’est pourquoi il est utile de se baser sur les fondamentaux de l’ingénierie – à savoir le juste dimensionnement des structures ».

Au sein du laboratoire, le jeune chercheur travaille à la conception et à la fabrication de modèles de poutres en béton armé optimisés, dans lesquels la matière – béton et armatures d’acier – est positionnée uniquement aux endroits qui le nécessitent structurellement. « L’objet que nous obtenons est une poutre treillis en béton armé, dont la géométrie épouse les lignes de force, un peu à la manière des poutres treillis métalliques ».

Entre 30 et 60% d’économie de béton sur des structures optimisées

Dans un souci de pragmatisme, le projet cible des cas d’usage très courants.  « Nous avons testé plusieurs types de poutres optimisées conformes aux Eurocodes adaptées à des chantiers de logements classiques, variant selon leur taille et leur capacité portante. Au final, selon les cas, nous estimons que la quantité de béton économisée est située entre 30 et 60% par rapport à une poutre pleine en béton armé ». A ces économies directes significatives s’ajoutent des économies indirectes : « En réduisant la quantité de béton d’une poutre, on réduit son poids propre, ce qui permet d’optimiser le dimensionnement d’autres éléments porteurs comme les poteaux, les voiles et les fondations », précise Sébastien Maitenaz.

Une fabrication industrielle, mais sur mesure

Pour que ces solutions optimisées ne restent pas cantonnées aux bancs d’essai du laboratoire mais puissent s’exporter de manière opérationnelle sur les projets, il fallait également que la compétitivité économique soit au rendez-vous. C’est pourquoi la fabrication fait appel à une méthodologie industrielle permettant de livrer des éléments structurels sur mesure.  « Puisque chaque bâtiment est différent, nous devions être capables de livrer rapidement des éléments dont la géométrie est adaptée à chaque cas de charge ». Ces variations de formes sont rendues possibles grâce à l’impression 3D : « Nous avons développé des « mannequins » – des outils destinés à faire des réservations dans les coffrages – imprimés en argile crue par un bras robotisé directement sur le fond de coffrage», précise Sébastien Maitenaz. Ces éléments creux, positionnés selon les plans exacts de conception, sont remplis de sable pour leur permettre de résister à la pression hydrostatique du béton frais. Les cages d’armatures préfabriquées peuvent ensuite être insérées entre les mannequins, puis le béton peut être coulé de manière classique. « Du fait de la fragilité de l’argile crue et du faible espace séparant les armatures des mannequins, nous ne pouvions pas vibrer le béton. C’est pour cela que nous utilisons un béton autoplaçant (BAP), dont la grande fluidité lui permet de se placer dans le coffrage de manière homogène ».

Une fois la poutre démoulée, l’argile qui les constitue – recyclable « à l’infini » – est réduite en poudre puis réinjectée directement dans le process de fabrication d’autres mannequins.

Une ACV comparative…

Outre l’économie de matériau et l’industrialisation de la fabrication, la validation opérationnelle du procédé passait également par une évaluation environnementale rigoureuse. Pour cela, l’équipe a comparé, à travers une analyse de cycle de vie (ACV), l’empreinte carbone d’une poutre optimisée préfabriquée en usine avec un BAP, à celle d’une poutre de référence, en l’occurrence une poutre pleine en béton « ordinaire » préfabriquée sur chantier. De nombreux facteurs entraient en ligne de compte dans le calcul, dont les émissions liées à la logistique – distance entre l’usine de préfabrication et le chantier pour l’une, distance entre la centrale à béton et le chantier pour l’autre… – et celles liées à la production des matériaux. « Pour pouvoir comparer un BAP, contenant une forte proportion de ciment, et un béton « ordinaire » coulé en place,  nous avons développé une méthodologie qui permet, pour chacune de ces deux familles, de trouver les formulations les plus performantes vis-à-vis de deux indicateurs – l’impact sur le changement climatique (réduction des émissions de GES), et la quantité de ciment substitué par des liants hydrauliques équivalents (laitiers de hauts-fourneaux, cendres volantes…).  Au final, nous avons retenu deux formules parmi celles qui obtenaient un score optimal vis-à-vis de ces deux indicateurs ».

…donne une longueur d’avance aux poutres optimisées

L’ACV comparée a donné ses premiers résultats: « Les performances environnementales des poutres optimisées deviennent significatives à partir d’une réduction de 30 à 40% des quantités de béton, synthétise Sébastien Maitenaz. A titre d’exemple, une réduction de 35% du volume de béton pour des poutres moyennement et peu ferraillées (190 kg/m3 et 120 kg/m3) conduit à des réductions d’émissions de GES respectives de 10 % et 30%.

Ces chiffres consolidés ont été calculés pour un chantier « théorique » moyen. La prochaine étape du projet, accompagnée par le lab recherche environnement VINCI ParisTech, consistera à paramétrer le modèle environnemental pour l’adapter aux chantiers « réels », en prenant notamment en compte les distances existantes séparant les sites des centrales à béton et des usines de préfabrication.

Pour en savoir plus : rendez-vous le 12 juillet de 12h à 13h à l’auditorium de l’Archipel à l’occasion du séminaire recherche & solutions « Moins de béton pour moins d’impacts ? » avec Sébastien Maitenaz (Ecole des Ponts et VINCI Construction) et Nicolas Metge (VINCI Construction).

Inscription obligatoire

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Une politique d’offre de mobilité ni optimale, ni durable

Ces questions complexes pourraient bientôt trouver des réponses grâce aux travaux menés au sein du lab recherche environnement (Lab) – le programme de recherches issu du partenariat entre VINCI et trois écoles d’ingénieurs de ParisTech – par les chercheurs du Laboratoire Ville Mobilité Transport (LVMT), une unité mixte de recherche entre l’École des Ponts ParisTech et l’Université Gustave Eiffel. « Les politiques de mobilités ont jusqu’à récemment été fondées sur une approche orientée vers l’offre de transport, constate Nicolas Coulombel, chercheur au LVMT et pilote du Lab côté école des Ponts. Pour faire simple, dans ce système, on augmente la capacité des infrastructures de mobilité – routes, autoroutes, voies pour TCSP – pour absorber l’augmentation de la demande. Mais cette réponse n’est ni optimale, ni durable. En matière de mobilité, l’offre créé en effet souvent la demande :  en augmentant la capacité d’une route, on incite par exemple les usagers à prendre ou à reprendre leurs voitures qu’ils avaient délaissées ».

Pour comprendre la demande de mobilité des usagers…

L’amélioration du système implique de se tourner vers une politique orientée vers la « demande ». Celle-ci cible l’optimisation des usages à partir d’une offre donnée. Mais cela oblige à bien comprendre le comportement des transports et des usagers, ce qui n’est pas une mince affaire ! « Nous cherchons à développer des modèles qui se rapprochent de la réalité pour pouvoir simuler ces comportements complexes dont les ressorts sont d’ordre économiques, sociologiques ou psychologiques», synthétise Nicolas Coulombel.

…il faut simuler leur comportement !

Pour cela le laboratoire utilise MATSim, un logiciel open source qui met en œuvre des simulations de transport à grande échelle des acteurs du système, dénommés « agents ». « Tous les véhicules et tous les voyageurs sont représentés par des agents, explique Tatiana Seregina, chargée de recherche post-doctorale au laboratoire LVMT. Le modèle prend en compte les programmes d’activités journaliers des personnes et les contraintes des infrastructures et équipements (capacités des voies, horaires d’ouverture des établissements…) ainsi que les interactions entre les agents. Chaque voyageur a un plan d’activités quotidiennes (par exemple, domicile-travail-magasin-domicile) avec des lieux et des heures, et essaie d’exécuter son plan d’activités avec l’utilité la plus élevée. Il dispose du choix du temps, du mode de transport ou de la destination pour optimiser de manière itérative (c’est-à-dire de manière répétée) son programme en concurrence avec tous les autres agents sur les créneaux spatio-temporels relatifs à l’infrastructure de transport ». Et il faut parfois 100 tentatives itératives pour que l’utilisateur identifie les options lui permettant d’atteindre l’équilibre souhaité dans ses déplacements.

Une modélisation réaliste pour prendre des décisions éclairées

« Nous cherchons actuellement à calibrer le modèle pour simuler le système de transport en Ile-de-France de manière réaliste, poursuit Tatiana Seregina. Une fois que nous y serons parvenus, nous pourrons tester différents scénarios. Mais nous avons d’ores et déjà lancé des tests pour prédire l’impact du projet de zone à trafic limité au centre de Paris sur les comportements locaux et globaux des agents ». A terme, l’objectif est donc bien de disposer d’un modèle suffisamment puissant pour qu’il puisse constituer un outil d’aide à la décision fiable, au service de politiques de mobilité efficaces et écologiquement performantes.

L’intégration complexe de la logistique urbaine dans les simulations

Mais quid de la logistique urbaine dans cette proposition ? « Nous sommes en train de l’intégrer dans la modélisation», explique Adrien Beziat, chargé de recherche à l’Université Gustave Eiffel au laboratoire Splott, spécialisé dans le transport et la logistique.

Cela suppose de définir des « agents » dont les attributs suivent les logiques de la mobilité des marchandises. « Celle-ci est très complexe, d’une part car les chaînes de transports logistiques comportent de nombreux acteurs avec des comportements spécifiques qu’il nous faut appréhender, et d’autre part car les prises de décision sont multiparamétriques, dépendant de l’origine et de la destination du trajet, du type de produit transporté, de la capacité du véhicule, de la stratégie de trajectoires des livreurs… ».

Alimenter le modèle avec des solutions déjà opérationnelles

Pour calibrer leurs modèles, les chercheurs du lab recherche environnement pourraient coopérer prochainement avec la société Axians ICT Autriche (VINCI Energies). Forte de vingt ans d’expérience dans les problématiques logistiques, celle-ci a développé addHelix, une plateforme de services web dédiée à la planification d’itinéraires optimaux pour les transports de marchandises. « Conçu avec des outils d’intelligence artificielle, et avec des modélisations fondées sur les réseaux neuronaux, notre outil dispose de la puissance nécessaire pour appréhender la complexité du transport de marchandises, notamment sur des itinéraires multi-étapes et multimodaux », décrit Andreas Schellmann, CEO d’Ibase et Business Unit Manager d’Axians ICT Autriche. Cette optimisation du fret permet de minimiser au final le nombre de kilomètres parcourus et les émissions de GES associées, au plus grand bénéfice des transporteurs et…de la planète !

« Pour accélérer la mise au point de nos modèles de transport logistique, nous pourrions imaginer les alimenter avec les données des simulations opérationnelles d’addHelix », commente Nicolas Coulombel. Cet enrichissement progressif des simulations par des données consolidées permet aux chercheurs du Lab de proposer un modèle multi-agents de plus en plus réaliste et efficace.

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Anaël Mayeur : Longtemps considéré comme un simple outil technique au service de l’homme, puis comme un élément esthétique favorisant l’acceptabilité des projets d’aménagement, le végétal pourrait constituer aujourd’hui un moyen de mieux intégrer les ouvrages à leur environnement, à condition de s’intéresser de plus près à ses caractéristiques. C’est l’enjeu de mon projet de recherche doctorale, centré sur la composition et l’étude de l’expression de mélanges semenciers herbacés permettant de favoriser la biodiversité tout en continuant à répondre aux enjeux techniques classiques de la végétalisation.

L’objectif est d’obtenir des mélanges présentant une plus grande diversité d’espèces que ceux communément vendus et utilisés dans le cadre des grands aménagements, afin notamment d’attirer la petite faune et les pollinisateurs, mais aussi d’entrer en compétition avec les espèces exotiques envahissantes. Certains mélanges sont constitués de semences issues de la marque Végétal Local, avec l’idée d’avoir une diversité génétique suffisante à une meilleure résilience de ces espèces face aux impacts du changement climatique, ainsi qu’une réduction de l’utilisation d’intrants pour leur bonne croissance.

Nicolas Durvaux : Lors des phases de construction des nouvelles sections, nous avons déployé à grande échelle des plans de végétalisation des surfaces travaillées avec plus de 17 millions d’arbres plantés et des ensemencements à grande échelle. Nous sommes aujourd’hui sur des phases d’entretien de ce patrimoine qui doivent intégrer de nouveaux enjeux comme le zéro produits phytosanitaires, le fauchage raisonné et l’ambition de mettre en valeur ou d’augmenter les potentiels de renaturation d’espaces verts disponibles.

En complément nous avons aussi fait le constat qu’au fur et à mesure des évolutions techniques et organisationnelles, nos besoins de surface minéralisée dédiée à l’exploitation se sont réduits d’environ 30% (parc de centre d’exploitation, plateformes à enrobés…). L’opportunité s’est donc présentée de proposer ces espaces à la renaturation en déminéralisant des surfaces inutiles.

La renaturation soulève des questionnements sur la création de milieux naturels fonctionnels. Sur quels leviers vous appuyiez-vous pour y parvenir ?

Nicolas Durvaux : Les projets étant de taille plus réduite que ceux des phases de construction, il est nécessaire de mettre en place une ingénierie pour chaque site. Après la phase d’analyse des sols, notre partenariat avec l’Office National des Forêts permet de réaliser pour chaque parcelle une étude de plusieurs parcours techniques de renaturation. Ces parcours mixent la conservation d’espaces existants comme des prairies ou des haies, la plantation d’arbres d’essence locale et adaptée au changement climatique et la création de zones humides. Ces différents parcours permettent d’optimiser pour chaque projet la création d’espaces naturels et sont validés par nos experts internes afin de vérifier l’impact de la faisabilité, l’intérêt écologique et l’impact en ce qui concerne l’entretien.

Anaël Mayeur : Pour faire suite aux propos de Nicolas, la composition et le choix des mélanges à semer font partie de l’ingénierie à mettre en place sur chaque type de site. Dans le cadre de mon projet, des mélanges aux fonctionnalités différentes sont testés, certains conçus pour être compétitifs face aux espèces exotiques envahissantes, d’autres pensés afin de recouvrir rapidement les parcelles après semis ou encore d’attirer les pollinisateurs.

Gardons en tête que la création et le maintien des fonctionnalités d’un milieu dépendent aussi de facteurs environnementaux qui échappent parfois à l’intervention humaine. La conservation d’éléments de nature préexistants est donc bien à prioriser lorsque c’est possible.

Lorsqu’un ensemencement est nécessaire, l’utilisation de mélanges sauvages et locaux permet de s’appuyer sur la résilience naturelle des espèces aux changements de leur environnement. On tente ainsi de favoriser les chances de survie d’un certain nombre d’individus mieux adaptés en cas de perturbations en permettant ainsi d’assurer la pérennité des populations. On se place donc dans une vision long terme de maintien des communautés végétales nouvellement créées, et donc de leurs fonctionnalités.

Vos deux projets intègrent de manière différente des objectifs de développement du circuit court. Quelles opportunités et quels freins avez-vous identifié ?

Anaël Mayeur : L’approvisionnement en semences sauvages et locales fait appel à une filière intégrant une grande diversité de savoirs et d’acteurs. L’itinéraire technique allant de la collecte à la plantation est complexe et nécessite de faire appel à des acteurs locaux ayant une bonne connaissance de leur territoire. On pressent à la fois des opportunités de création ou de spécialisation d’entreprises au sein ce marché, mais aussi des opportunités de collaboration pour les aménageurs avec les acteurs de cette filière naissante. Cette collaboration pourrait permettre d’améliorer l’acceptabilité des projets, mais aussi d’accéder à des produits et des conseils de qualité, proches des réalités territoriales au sein desquels les projets d’aménagement s’inscrivent.

Bien que l’étude du volet socio-économique ne soit encore qu’en phase initiale, deux freins majeurs à une adoption massive de ce dispositif se dessinent. Le premier concerne le coût d’achat des semences, qui pourrait sembler prohibitif face aux semences de la grande industrie. Toutefois, la suppression des intrants et la réduction des doses de semis pourraient compenser ces coûts excédentaires, pour des résultats équivalents (reste à démontrer). Le second frein concerne l’approvisionnement en semences sauvages et locales. La filière étant encore jeune, toutes les régions ne sont pas encore couvertes lorsqu’il s’agit de trouver un producteur capable de répondre à des commandes conséquentes, par exemple dans le cas de la construction d’une autoroute et de la mise en place des zones compensatoires associées.

Nicolas Durvaux : La première mise en avant des circuits courts est dans la déconstruction des sites minéralisés. Pour le premier projet, nous avons sollicité des associations locales qui étaient à la recherche de matériaux. Pour le deuxième projet, nous avons la volonté de travailler avec Granulat+® afin d’optimiser le recyclage des matériaux. Leur maillage territorial permet de réduire les circuits, et le recyclage réduit l’emprunt des ressources.

La deuxième ambition des circuits courts est de faire porter les projets de renaturation par des entreprises ou des chantiers d’insertion en local. À la fierté de porter des projets dans leur territoire et de les voir grandir, s’ajoute l’ambition de former de nouveaux acteurs sur ces sujets.

Enfin le troisième enjeu, rejoint la nécessité de soutenir les filières locales de création de plants de végétaux en réalisant ces projets avec des plants d’essence locale. Cela nécessite de programmer avec une vision à plusieurs années les aménagements futurs.

Quelles parties prenantes est-il important d’associer pour déployer plus largement votre démarche ?

Nicolas Durvaux : Les premières parties prenantes sont évidemment les porteurs de projet auxquels il faut prouver l’intérêt en termes de biodiversité et qu’il faut convaincre sur des projets de temps long.

Ces projets sont ancrés dans les territoires. Les élus locaux souhaitent parfois s’y associer via le partage des ambitions ou la volonté d’appuyer l’emploi local, que ce soit pour la réalisation du projet ou la filière arboricole.

Comme certains projets peuvent nécessiter d’élargir le périmètre à des terres potentiellement exploitables pour certaines formes d’agriculture, nous avons aussi à échanger en amont avec les chambres d’agriculture et les exploitants locaux, pour concevoir avec eux des projets pouvant répondre au double enjeu environnemental et de production durable.

Anaël Mayeur : Pour appuyer les propos de Nicolas, il est nécessaire d’impliquer les porteurs de projets au plus tôt lors des phases de conception afin d’anticiper les besoins en végétaux, convaincre des enjeux que ceux-ci représentent et définir la part budgétaire qui leur sera allouée. Cela peut permettre de faciliter l’accès au matériel en laissant du temps aux acteurs des filières de production d’obtenir un volume suffisant pour répondre à la demande.

De manière plus générale, il est important de sensibiliser tous les acteurs ayant recours à l’utilisation de mélanges semenciers, que ce soit dans le cadre de la gestion de sites exploités, de la construction de nouveaux aménagements ou de chantiers de restauration écologique, afin de repenser les fonctions et l’importance accordée au végétal sur les sites. S’intéresser à l’origine du matériel végétal et à la composition des mélanges communément utilisés pourrait contribuer à une meilleure intégration des projets aux enjeux écologiques territoriaux actuels.

Pour en savoir plus, retrouvez le replay du Webinaire recherche & solutions « La végétalisation des infrastructures routières » avec Anaël Mayeur et Nicolas Durvaux.

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David Damichey : Les constructions hors-site Cubik-Home sont des modules tridimensionnels en béton mesurant jusqu’à 10 ml de long x 4 ml de large partiellement ou totalement équipés en usine qui s’assemblent horizontalement et verticalement jusqu’à R+1 pour l’instant, prochainement R+2 et à terme R+7.

Les points forts du procédé portent sur une plateforme technique isolée, qui permet un panel de personnalisation et renvoie l’image d’un bien patrimonial solide. Nous avons conscience que le béton est décrié sur le plan environnemental et c’est pourquoi nous nous efforçons d’en faire une force en travaillant avec des bétons de dernière génération. L’abaissement de l’empreinte carbone des produits sur le long terme, à travers l’économie circulaire, est un message auquel les consommateurs sont de plus en plus sensibles.

De plus, le rapport au temps a changé comme le niveau d’exigence des clients qui s’est élevé ; le désir d’accession se faisant maintenant en surfant sur une tablette. Concernant le rapport au temps, la construction hors-site permet de manière évidente la réduction des délais d’exécution, car le hors-site, c’est l’art de l’anticipation. Et sur le plan qualitatif, le procédé Cubik-Home permet une meilleure maitrise des coûts globaux et de l’exécution du fait d’études préalables plus fines.

Bruno Peuportier : L’industrialisation permet de consacrer davantage de temps aux études en phase de conception par rapport aux constructions artisanales. C’est à cette étape que se prennent les décisions les plus influentes sur la performance environnementale d’un ouvrage. Il est alors possible d’optimiser les concepts, quitte à pouvoir les personnaliser selon les souhaits de la maîtrise d’ouvrage.

La construction hors-site apporte une meilleure maîtrise de la qualité grâce à l’environnement de travail et à des contrôles en production. C’est en particulier vrai pour des caractéristiques comme l’isolation thermique et l’étanchéité à l’air. Les possibilités de recyclage sont par ailleurs accrues.

La mutualisation sur un grand nombre de bâtiments permet aussi la sélection des fournisseurs, par exemple concernant les ciments bas carbone, l’acier recyclé, les éléments de construction et les équipements. Cette sélection intègre des critères environnementaux.

2. À quels défis scientifiques et quels défis des métiers répond le projet de collaboration entre Cubik-Home et les MINES Paris Psl, qui a été lancé dans le cadre du programme Recherche & Solutions du lab ?

Bruno Peuportier : L’intérêt pour notre équipe de recherche a été de modéliser un procédé industriel innovant en intégrant les input et output, en particulier les consommations d’énergie et d’eau, ainsi que les déchets. Définir une référence pertinente, à laquelle le produit est comparé en analyse de cycle de vie, a posé un certain nombre de questions. Doit-on considérer une géométrie exactement identique ? Comment choisir les matériaux traditionnels ? Peut-on caractériser un chantier type ? Les scénarios d’usage sont-ils les mêmes ? Quelles hypothèses considérer pour la fin de vie ?

Identifier des solutions d’amélioration constitue sans doute l’aspect le plus motivant de ce type de recherche. Il s’agit de revisiter le choix des matériaux, composants et équipements, d’étudier les possibilités d’économie de matière, la manière dont les différents éléments peuvent interagir pour réduire les consommations et les impacts tout en assurant un niveau de confort élevé.

David Damichey : En tant que porteur d’une solution industrielle innovante, il est difficile de s’appuyer sur des références existantes en matière d’analyse de cycle de vie. Étant donné que nous avons toujours été sensibles à ces aspects, nous aurions probablement pu avancer par nous-mêmes avec plus de temps. Mais pour adopter une méthode qui aboutisse rapidement sur l’identification d’indicateurs et de leviers pertinents, il nous a semblé évident de faire appel à des experts sur ces questions.

Modifier une ligne de production pour devenir plus vertueux est toujours possible, mais forcément plus couteux que d’adopter les bons réflexes en amont. Et c’est lors d’un échange avec des collaborateurs de VINCI que je leur ai demandé une mise en relation avec le pôle de recherche sur l’efficacité énergétique des systèmes de MINES Paris PSL. Les premiers échanges ont été surprenants, car nous ne parlions pas le même langage, mais nous avons tous fait des efforts pour nous comprendre et notre participation au webinaire du 11 mai est une preuve que cela a fonctionné.

3. L’analyse du cycle de vie est multiétapes, elle prend donc en compte les impacts liés aux étapes de construction, utilisation, rénovation et déconstruction du bâtiment. Laquelle de ces phases a le plus d’impact en termes d’émissions de CO2 et quelles actions seront déployées pour réduire cet impact ?

Bruno Peuportier : Comme dans la plupart des constructions et en considérant une durée de vie de 100 ans, la principale contribution aux impacts correspond à l’étape d’utilisation du bâtiment (chauffage, eau chaude sanitaire, électricité, production d’eau potable et traitement des eaux usées). L’amélioration de la performance énergétique, avec en perspective l’utilisation d’une pompe à chaleur géothermique, réduit cette contribution et donne davantage d’importance aux produits de construction, mais cette part liée aux produits peut être réduite grâce à l’emploi de matériaux à moindre impact.

David Damichey : Comme l’a évoqué Bruno, la principale contribution aux impacts correspond à l’étape d’utilisation du bâtiment, mais notre rôle en tant qu’industriel engagé n’est pas de rester spectateur, mais d’agir à notre niveau sur le process et le produit, car n’oublions pas que l’énergie et les ressources les moins chères sont celles que l’on ne consomme pas. De fait, plus l’enveloppe d’un bâtiment sera performante et intelligente et plus ses besoins énergétiques seront moindres et plus les ressources seront préservées. Dès l’origine nous avons cherché à diminuer les épaisseurs des voiles et des dalles qui font respectivement 5 et 7 cm en section courante.

Nous avions à l’esprit de travailler avec des matériaux moins carbonés et biosourcés, mais leur adoption s’est accélérée grâce au travail de collaboration avec les Mines. Pour n’en citer que quelques-uns, nous avons adopté le ciment Cem III pour fabriquer les modules. Ce ciment de dernière génération a même remplacé et a été étendu à l’ensemble de la production de Francioli. Nous allons aussi nous appuyer à l’avenir sur des matériaux biosourcés pour l’isolation et les équipements.

4. Quelles sont les perspectives de recherche et de développement de Cubik Home qui permettront d’aller encore plus loin dans les objectifs environnementaux ?

Bruno Peuportier : Pour tirer parti au mieux du concept proposé, la possibilité d’utiliser les fondations (pieux) pour alimenter une pompe à chaleur géothermique mériterait d’être étudiée de manière plus approfondie. Il s’agit de développer des connaissances pour dimensionner au mieux cette solution, et en évaluer plus finement les performances. D’autres améliorations pourraient être explorées comme la possibilité d’utiliser des fibres biosourcées à la place de l’acier. A terme, l’objectif serait d’arriver à un concept neutre en carbone, sans déplacement d’impact sur la santé, la biodiversité et les ressources.

David Damichey : La construction hors-site aborde l’acte de construire différemment avec des effets bénéfiques sur les objectifs environnementaux, comme un meilleur emploi des ressources en moindres quantités dans la construction. C’est également le cas pour la production de déchets qui est inférieure à celle d’un chantier traditionnel. C’est clairement un marché en évolution qui présente un fort potentiel vis-à-vis des objectifs de décarbonation.

Comme nous sommes actuellement au stade de production des préséries, nous nous focalisons sur l’optimisation économique et environnementale du produit. Mais sans vouloir dévoiler nos ambitions, un bâtiment qui reste déplaçable dans le temps présente un bon nombre d’avantages en matière d’économie circulaire.

La construction hors-site ne va pas se substituer à la construction traditionnelle, mais elle va utilement compléter l’offre en faisant évoluer les outils industriels de préfabrication.

Cet échange poursuivra le 11 mai à l’occasion du webinaire Recherche & Solutions sur « Les opportunités environnementale de la construction hors-site ». Nous vous donnons rendez-vous en ligne pour assister au live et poser vos questions à David Damichey et Bruno Peuportier.

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Avec ses terrasses plantées, ses composants en bois et ses murs végétaux, l’Archipel est un ensemble immobilier accueillant, mais surtout un véritable démonstrateur de savoirs faire. Utilisation de matériaux décarbonés et issus de l’économie circulaire, panneaux photovoltaïques et dalles actives de régulation thermique : le nouveau siège du Groupe VINCI – récemment installé dans le quartier des Groues de Nanterre, à proximité de La Défense en région parisienne –  se pose en un véritable accéllerateur d’innovations. Conçu avec l’objectif de limiter l’étalement urbain et maîtriser l’empreinte environnementale, le projet est charactérisé par un usage mixte puisqu’il imbrique un batiment tertiaire et la gare de Nanterre La Folie. Pour Philippe Richard, directeur chez VINCI Immobilier et pilote de ce projet, l’Archipel a vocation à être un démonstrateur de solutions développées par VINCI qui seront déployées plus largement dans le futur.

Parmi les solutions intégrées au projet, un béton ultra bas carbone, permettant une réduction de plus de 60 % des émissions de gaz à effet de serre. François Cussigh, Directeur de l’ingénierie béton chez VINCI Construction France, a accompagné le développement de cette technologie au sein du Groupe. En partenariat avec le fournisseur de laitier moulu Ecocem, ils sont parvenus à formuler un béton ultra bas carbone intégrant un liant alternatif présentant des propriétés de solidité et de résistance similaires à celles des ciments traditionnels.

Mais limiter l’impact carbone des matériaux sur un bâtiment, c’est aussi en mesurer l’impact, de l’extraction des matières premières jusqu’à la déconstruction. C’est là qu’intervient la réflexion en analyse du cycle de vie (ACV). Approche essentielle, cette méthode d’évaluation environnementale est de plus en plus intégrées sur les chantiers ainsi que dans les formations des futurs acteurs du secteur. D’après Adélaïde Feraille, chercheuse à l’Ecole des Ponts spécialisée en ACV dans le domaine de la construction, le matériau idéal n’existe pas en lui-même, mais seulement selon un contexte territorial donné. Désormais, il faut considérer la phase de fin de vie, en multipliant le recours à la circularité, la réhabilitation et au réemploi.

Les différents témoignages d’experts et d’opérationnels mettent en lumière la nécessaire interaction entre chercheurs et terrain. Le rôle du lab recherche environnement, fruit du partenariat entre le Groupe VINCI et trois écoles d’ingénieurs ParisTech est déterminant à cet égard, puisqu’il permet de nombreuses interactions entre recherche et outils de terrain. Les connaissances scientifiques développées dans ce cadre permettent aux différentes filières de la construction d’adopter des objectifs et des solutions de plus en plus vertueuses du point de vue environnemental.

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Le 27 janvier, nous avons échangé avec Henri Cuny du département Ressources forestières et carbone de l’IGN et Bruno Peuportier de MINES Paris Psl à l’occasion d’un webinaire dédié et de la sortie de la note « Analyse du cycle de vie des matériaux biosourcés ».

Regarder le replay

Consulter le diaporama de Bruno Peuportier

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On peut également apprendre que « Grâce à leur déphasage thermique et à leurs propriétés respirantes, les matériaux biosourcés et géosourcés présentent des performances reconnues tant sur le plan de l’isolation thermique que sur celui du confort hygrométrique. ». Mais jusqu’à quel point le « déphasage » d’un isolant est-il suffisant pour obtenir un confort satisfaisant, faut-il prévoir également des matériaux constituant une inertie thermique plus importante ?

Toutefois, concevoir à moindre coût un bâtiment performant en termes de bilan environnemental et de confort relève d’une autre démarche. Celle-ci s’appuie sur les outils d’écoconception, en particulier la simulation thermique dynamique et l’analyse de cycle de vie. Ces outils permettent d’étudier une intégration optimisée des matériaux biosourcés, en fonction du climat et de l’usage des locaux, et d’évaluer leur intérêt environnemental sur une base quantifiée.

Le stockage de carbone

Par rapport au carbone fossile présent dans le charbon, le gaz ou le pétrole, les émissions de carbone biogénique (positives ou négatives) sont celles qui proviennent de sources biologiques telles que les plantes, les arbres et le sol. Une émission négative se produit par exemple lors de la photosynthèse, puisque du CO₂ atmosphérique est absorbé pour produire des produits ligneux comme la cellulose. Selon la base de données ecoinvent, le contenu carbone du bois est de 0,494 kg de carbone par kg de bois sec (Werner, 2007), ce qui correspond à environ 1,5 kg d’équivalent CO₂ par kg de bois à 20 % d’humidité.

Une norme européenne[1] définit un ensemble de règles pour appliquer l’analyse de cycle de vie aux produits de construction. Dans la première version de cette norme (2012), le carbone biogénique absorbé lors de la croissance du bois était supposé tôt ou tard réémis vers l’atmosphère, donc un bilan nul était considéré. Cette approche est dénommée dans la littérature « 0/0 » car elle comptabilise 0 émission au début et à la fin du cycle de vie.

Dans le cadre du réseau thématique européen PRESCO (Practical recommendations for sustainable construction), sept outils d’ACV européens ont été appliqués à une maison à ossature bois (Peuportier et al., 2004). Certains outils ont utilisé la méthode 0/0, tandis que d’autres, dont l’outil français EQUER, ont comptabilisé des émissions négatives lors de la production du bois et positives en fin de vie, un procédé d’incinération ayant été considéré. La quantité de CO₂ équivalent (incluant l’ensemble des gaz à effet de serre) émise à l’incinération correspond environ au contenu en carbone du bois. Cette deuxième approche est alors dénommée (-1/+1). La méthode 0/0 a été critiquée par Rabl (2007). La norme européenne a finalement adopté la méthode -1/+1 en 2019. Ceci étant, la méthode -1/+1 conduit à un bilan globalement nul, comme la méthode 0/0. Pour valoriser le stockage de carbone sur la durée de vie du bâtiment, certains experts ont proposé une « ACV dynamique simplifiée » (cf. la note du lab sur ce sujet), qui consiste à réduire la valeur d’une émission en équivalent CO₂ si cette émission a lieu dans le futur. Par exemple si le bois est incinéré au bout de 50 ans, alors le bilan CO₂ de l’incinération est multiplié par 0.578. Le bilan net du bois est alors (-1/+0.578), ce qui est plus favorable au bois.

Le modèle EQUER propose une autre manière d’évaluer le bilan carbone du bois. D’une part la valeur considérée à la production n’est pas forcément -1. Il faut pour cela qu’un nouvel arbre pousse, du CO₂ est alors absorbé durant plusieurs dizaines d’année en fonction des essences. En effet, le CO₂ stocké dans le bâtiment l’aurait été tout autant en forêt donc il n’y a pas lieu de comptabiliser ce stockage (et encore moins de considérer qu’il a lieu au tout début du cycle de vie). Par contre, il faut tenir compte du CO₂ absorbé par le nouvel arbre au cours de sa croissance dans le cas d’une forêt certifiée (donc gérée durablement).

Plusieurs possibilités existent en fin de vie qui, il faut l’espérer, aura lieu bien après les 50 ans considérés dans la méthode réglementaire. Nombreux sont les bâtiments en bois qui, bien entretenus, durent depuis plusieurs centaines d’années. L’incinération n’est heureusement qu’une des options, et il est permis d’espérer que si elle est encore autorisée dans 50 ans, elle donne lieu à une valorisation énergétique. Le recyclage, le réemploi ou la réutilisation sont des alternatives à étudier. La mise en décharge retarde les émissions à une échéance très lointaine selon Levasseur (2013). Le modèle peut être synthétisé dans la figure ci-dessous.

Cette méthode conduit à des résultats proches de ceux obtenus par le modèle temporel de Levasseur (2013) en considérant un horizon de temps long. Elle valorise la bonne gestion des matériaux biosourcés sans nécessiter un artifice de calcul. Gérer durablement les forêts, faire en sorte que le bois soit recyclable ou réutilisable en fin de vie, et renforcer ces filières de valorisation matière semble plus responsable que de modifier les méthodes de calcul en introduisant des biais explicités dans la note sur l’ACV dynamique, en particulier une moindre valorisation de l’efficacité énergétique ce qui risque d’annihiler le bénéfice des matériaux biosourcés.

La même méthode peut s’appliquer aux autres matériaux biosourcés, par exemple les isolants (paille, chanvre…).

Le dérèglement climatique n’est qu’un des aspects de la problématique environnementale. L’ACV est un outil multicritère, et ne doit pas se limiter à un bilan carbone. L’un des grands avantages des matériaux biosourcés est lié à la préservation des ressources. Leur bilan en termes de santé et de biodiversité est plus mitigé et dépend grandement des pratiques mises en œuvre. La plantation intensive, en monoculture régulière, est très défavorable à la biodiversité par rapport à une sylviculture irrégulière, d’où l’intérêt de la certification des forêts. L’incinération, et l’usage du bois énergie, émettent des polluants toxiques. Il serait utile de progresser vers une méthodologie d’évaluation tenant compte de ces impacts et différenciant les pratiques plus ou moins vertueuses (certifications, essences utilisées, labels, etc.).

Peut-on considérer que retarder les émissions est toujours bénéfique, et adopter la même réduction des impacts en fonction de la date d’émission que celle proposée dans l’ACV « dynamique simplifiée » ? Cela revient à dire qu’il vaut mieux faire perdre des années de vie aux générations futures qu’à la génération présente. Réduire les impacts de l’incinération sous prétexte qu’elle aura lieu dans un futur éloigné profiterait davantage aux plastiques qu’aux matériaux biosourcés.

Isolation, inertie thermique et résilience face aux canicules

Le changement climatique se manifeste par des canicules de plus en plus fréquentes et sévères. Il convient alors de rechercher des solutions résilientes. Certains fabricants mettent en avant le « déphasage », paramètre sensé indiquer combien de temps après un pic de chaleur en journée, la face interne de l’isolant atteint sa température maximale. Mais le confort thermique n’est pas uniquement lié aux transferts de chaleur par les parois opaques. Il faut aussi tenir compte des apports solaires par les vitrages, que l’on cherche à réduire par des stores et autres occultations, des apports internes liés aux occupants et à leurs consommations (appareils électroménagers, télévision, ordinateur…), et de la ventilation. L’un des moyens de limiter les surchauffes est de sur-ventiler la nuit ; l’inertie thermique du bâtiment permet de maintenir une certaine fraîcheur dans la durée.

La simulation thermique dynamique permet de comparer différentes compositions de parois et différents isolants. La figure ci-dessous montre le profil de température obtenu par simulation dans une maison passive (c’est-à-dire à très basse consommation) en considérant les données climatiques correspondant à la canicule de 2003 en Ile-de-France. La figure correspond à la deuxième semaine de canicule. Elle montre l’évolution de la température « opérative », qui intègre à la fois la température d’air et la moyenne des surfaces des parois afin d’évaluer plus précisément le niveau de confort thermique qu’une température d’air.

Dans un premier temps, une variante exclusivement en bois a été considérée (planchers, murs, cloisons et plafonds). La courbe rouge correspond à une isolation en laine de verre, la courbe verte à une isolation en laine de bois (plus lourde, avec un déphasage supérieur), et la courbe grise (resp. bleue) à une isolation en laine de verre (resp. de bois) et en ajoutant 5 cm de terre crue à l’intérieur. L’épaisseur de laine de bois a été ajustée afin d’obtenir la même résistance thermique que la variante en laine de verre.

Le choix d’un isolant à déphasage supérieur ne suffit pas à assurer un niveau de confort satisfaisant. L’ajout de terre crue s’avère plus efficace. Associer la laine de bois et la terre crue est encore plus performant.

Considérons maintenant une construction à forte inertie (des planchers et murs en béton sont considérés ici, mais les murs pourraient aussi être en pierre). La courbe rouge correspond à la même variante initiale en bois, la courbe verte à la variante en béton isolée en laine de verre, respectivement en laine de bois pour la courbe bleue. La courbe grise est obtenue en remplaçant le béton par une même épaisseur de terre crue dans les murs.

La forte inertie thermique réduit la surchauffe de manière très significative, alors que le changement d’isolant n’a que très peu d’effet dans le cas d’un bâtiment inerte. La température de 28°C atteinte après 14 jours de canicule est nettement plus supportable que les 32°C obtenus avec la variante biosourcée à faible inertie. La terre crue est un peu moins efficace que le béton du fait d’une conductivité plus faible, mais les niveaux de température sont semblables. Contrairement à une idée répandue, la forte inertie n’empêche pas la température opérative de redescendre la nuit. Ceci est lié à la ventilation naturelle, qui permet de rafraîchir les locaux même si la température extérieure reste relativement élevée (minimale nocturne entre 20 et 24°C dans la semaine considérée).

Pour obtenir un niveau d’inertie thermique suffisant, des produits sont proposés dans lesquels des matériaux biosourcés sont intégrés à du béton ou à de la terre. La figure suivante montre les résultats obtenus avec du béton de chanvre (courbe verte), du béton de bois (courbe bleue) par rapport aux variantes en bois (courbe rouge) et en béton (courbe grise). Des planchers (bas et intermédiaire) en béton sont considérés sauf dans le cas de la variante bois.

Les bétons biosourcés réduisent les surchauffes de manière plus significative que l’isolant à déphasage plus important, mais leur masse volumique et leur conductivité thermique sont moins élevées que celles du béton ou de la pierre, ce qui réduit leur capacité à stocker la chaleur lors des pics de température. La température maximale est alors plus élevée que celle de la variante béton. Pour obtenir une meilleure performance en termes de résilience (et similairement de stockage des apports solaires en hiver), il est préférable de séparer les couches de matériaux isolants et de matériaux inertes (à placer du côté intérieur par rapport à l’isolant) comme le montre la courbe grise de la figure 2 correspondant à une isolation en laine de bois à l’extérieur d’une épaisseur de terre crue.

Dans les résultats précédents, les transferts d’humidité dans les matériaux n’ont pas été pris en compte. Selon Guiavarch (2010 ; 2014), ces transferts modifient peu les évolutions de température (différence inférieure à 0.5 K entre la simulation avec et sans modèle hygroscopique). Des résultats similaires ont été obtenus par Qin (2011). Des travaux se poursuivent pour mieux comprendre les phénomènes physiques liés aux transferts hygrothermiques (Busser, 2018). Il est cependant peu probable qu’un isolant de déphasage plus élevé suffise à assurer un niveau de confort satisfaisant. La surchauffe en été conduira alors vraisemblablement les occupants à acquérir un climatiseur.

L’inertie thermique influence également le dimensionnement des équipements de chauffage et de climatisation. Dans l’exemple précédent, les besoins de chauffage et la puissance maximale appelée pour le chauffage sont 25 % plus élevés avec la variante bois (y compris les planchers), qu’avec les variantes plus inertes en terre et en béton, en considérant un chauffage à une température constante de 19°C. En fonction du climat et de l’usage du bâtiment, le choix des matériaux influence non seulement les consommations mais aussi les impacts correspondant à la fabrication des équipements.

L’usage de la simulation thermo-aéraulique dynamique permet d’étudier, en fonction du site et de l’usage des locaux, les niveaux d’isolation et d’inertie appropriés, ainsi que les dispositifs permettant la ventilation naturelle et la protection solaire améliorant la résilience d’un bâtiment. L’usage de l’analyse de cycle de vie permet de comparer différents matériaux assurant ces fonctions d’isolation et d’inertie, en intégrant leurs effets sur les consommations énergétiques.

La figure ci-dessous montre la comparaison en ACV de trois variantes de la même maison passive correspondant à la même unité fonctionnelle (incluant un niveau de confort satisfaisant) : la variante en béton et laine de verre (référence), la variante biosourcée légère en bois issu de forêt certifiée et laine de bois (mais avec une climatisation à 27°C), et la variante biosourcée lourde (bois et laine de bois complété par la terre crue et les planchers béton). Une durée de vie de 100 ans est considérée. Dans cette comparaison, le bois est supposé incinéré en fin de vie avec valorisation énergétique, la laine de bois et la laine de verre sont mises en décharge, le béton est recyclé (concassé) et l’impact de fin de vie de la terre crue est considéré comme négligeable.

Les variantes biosourcées réduisent l’impact sur le climat mais augmentent l’occupation des sols sans variation importante sur les autres indicateurs (les forêts étant supposées certifiées). La variante biosourcée à forte inertie se situe entre les deux autres, mais ne nécessite pas de climatisation contrairement à la variante biosourcée légère. L’usage de bois recyclés, réutilisés ou réemployés permettrait de diminuer la pression sur l’occupation des sols.

Intégration dans un projet urbain

L’intégration de matériaux biosourcés peut concerner également les espaces extérieurs (mobilier urbain par exemple). Elle peut être complétée par la végétalisation de ces espaces, ce qui peut contribuer à réduire les surchauffes.

La figure suivante montre les résultats d’un outil de simulation des microclimats (Yang, 2012) concernant la comparaison entre différents niveaux de végétalisation d’un projet urbain en Ile-de-France, en considérant une projection climatique en 2050. À cette échelle également, il convient de prendre en compte les interactions entre plusieurs paramètres : les caractéristiques de la végétation, des bâtiments et du sol, mais aussi les écoulements d’air, ainsi que les transferts de chaleur et de masse entre ces différents éléments.

Dans cet exemple, la végétalisation a permis de réduire localement la température d’environ 1°C lors d’une journée type à 13h. Des détails sont donnés au chapitre 15 de l’ouvrage collectif du lab (Simon H. et Bruse M., 2019).

Conclusions

La complexité des bâtiments, et a fortiori des projets urbains, rend l’usage d’outils systémiques comme l’analyse de cycle de vie particulièrement approprié à l’écoconception. Le choix d’un matériau ne devrait pas se faire sur la seule base d’un bilan carbone, en ignorant les effets sur les consommations énergétiques, le confort, et les impacts environnementaux en termes de santé, de biodiversité et de ressources. L’écoconception consiste plutôt à comparer différentes solutions en intégrant des critères appropriés au site et à l’usage du projet étudié. Intégrés à bon escient, les matériaux biosourcés font partie des moyens pour atteindre des objectifs de performance environnementale, à expliciter dans les programmes d’aménagement.

[1] Norme EN 15804, Contribution des ouvrages de construction au développement durable – Déclarations environnementales sur les produits – Règles régissant les catégories de produits de construction

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Quelles sont les tendances de marché du photovoltaïque et du photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) et les perspectives d’évolution technologique ? 

Romain Besseau : À l’échelle mondiale et jusqu’à présent, la filière photovoltaïque (PV) connaît une croissance exponentielle. La capacité installée augmente évidemment d’une année sur l’autre, mais on observe également un accroissement de cette hausse de la capacité installée d’une année sur l’autre.

À l’échelle de la France métropolitaine, les scénarios envisagés lors des travaux récemment présentés par RTE, l’entreprise chargée du transport d’électricité en France, considèrent tous une augmentation significative de la production d’énergie photovoltaïque. Cela va de 70 GWc de puissance installée à horizon 2050, soit une multiplication par 7 par rapport à 2018 dans un scénario avec un fort renouvellement du parc électronucléaire, à plus de 200 GWc ce qui correspond à une multiplication par 22 de la puissance installée dans un scénario sans nouveau nucléaire et une faible prolongation du parc électronucléaire existant. Quelle que soit la décision qui sera prise, cela confirme que la filière photovoltaïque aura son rôle à jouer dans l’avenir énergétique en France métropolitaine. Ce rôle sera encore plus important dans les territoires d’outre-mer.

Enfin, il est à noter le développement de l’autoconsommation d’énergie PV, notamment permis par la baisse des coûts de production d’énergie PV. Il est de plus en plus fréquemment rentable de consommer l’énergie PV pouvant être produite localement plutôt que l’électricité issue du réseau. Une telle autoconsommation à l’échelle individuelle ou collective permet de répondre à une partie des besoins, qui sera d’autant plus importante que la consommation sera en adéquation temporelle avec la production PV et donc l’ensoleillement.

Pauline Grougnet : L’écosystème du photovoltaïque est effectivement très dynamique, porté par des réglementations de plus en plus exigeantes, des acteurs et des citoyens engagés et une offre très variée d’applications et de services.

En France, les grandes centrales solaires au sol tirent vers le haut le marché du photovoltaïque, mais les pratiques et la recherche de fonciers évoluent. En effet, la reconversion d’anciens sites, démilitarisés, industriels ou pollués, est aussi privilégiée. Un exemple marquant est la mise en service d’une centrale de 15MWc en octobre 2020 sur l’ancien site de l’usine « AZF ».

Les centrales vont aussi se déployer massivement sur les toitures de bâtiment, portées par la loi Climat et Résilience qui impose que, dès le 1^er janvier 2023, les nouveaux bâtiments commerciaux, artisanaux, industriels, entrepôts et hangars de plus de 500 m2, et les bâtiments de bureaux de plus de 1000 m2 devront végétaliser ou solariser 30 % de leur surface.

Cette même loi impacte les ombrières photovoltaïques de parking installées sur tout nouveau parc de stationnement construit à partir du 1^er janvier 2024 et qui concernera 100% de leur surface.

D’autres manières d’installer de grandes capacités de production sont également ciblées par les grands producteurs et fournisseurs d’énergie (Akuo Energy, EDF, TotalEnergies…) comme l’agrivoltaïsme et le PV flottant.

Dans une moindre mesure, le photovoltaïque intégré au bâtiment ou BIPV [1]émerge de manière plus au moins rapide au sein des pays de l’Union européenne. La Suisse, l’Allemagne et l’Autriche disposent de nombreuses références, mais l’autoconsommation, la mobilité électrique des occupants et citoyens et encore le nouvel arrêté tarifaire du 8 octobre 2021 devraient contribuer à son développement massif en France.

Au niveau des technologies, on observe sur le marché des nouveaux formats de cellules silicium. Pour l’instant, la taille définitive ne fait pas consensus dans la profession, mais la cellule de 158mm sera abandonnée pour des tailles de 161mm, 182mm voire 210mm ! Mais face au contexte actuel de difficultés d’approvisionnement, notamment en matériaux semi-conducteurs, les industriels réfléchissent à des solutions alternatives pour créer des cellules et matériaux photovoltaïques comme les films organiques par exemple.

Enfin, à tout cela se superposent de multiples offres de services : les PPA (Power Purchase Agreements), le tiers financement, les coopératives d’électricité verte et citoyenne, la location de modules photovoltaïques pour particuliers, etc.

Le photovoltaïque soulève des questionnements sur son empreinte carbone. Quelles solutions sont-elles portées par la recherche et par l’entreprise pour assurer un bilan carbone positif ? 

Romain Besseau : La question de l’empreinte carbone du PV mérite d’être posée et sérieusement étudiée. S’il est vrai qu’une fois installé un système PV n’engendre aucune émission de gaz à effet de serre (GES), les panneaux PV ne poussent pas dans les arbres : il faut de l’énergie et des matériaux pour produire les composants d’une installation PV ce qui engendre indirectement des émissions de GES. Ainsi, l’estimation de l’empreinte carbone de la filière se doit de considérer les émissions ayant lieu de l’extraction des matières premières à la fin de vie du système. On utilise pour cela une méthode appelée Analyse de Cycle de Vie (ACV). De nombreuses ACV de la filière photovoltaïque conduisent à des estimations de l’empreinte carbone allant de 40 à 100 gCO2eq/kWh. À titre de référence l’empreinte carbone du mix électrique européen est de l’ordre de 400 gCO2eq/kWh.

Il se trouve que les estimations de l’empreinte carbone du PV reposent sur des données anciennes qui conduisent à une surestimation de l’empreinte carbone de la filière. En effet, j’ai pu montrer dans le cadre de mes travaux de recherche que les données considérées pour l’ACV correspondent à la performance de la filière PV en 2005, ce qui est problématique quand on connaît les progrès accomplis par la filière PV depuis cette époque correspondant au début de la filière. J’ai développé un modèle paramétré qui permet de tenir compte de l’amélioration du rendement des modules PV, de la réduction de la masse des composants tels que les onduleurs, de l’efficacité des procédés de raffinage du silicium et production de cellules PV, et qui montre comment cela conduit à une division par 2 ou 3 de l’empreinte carbone de la filière PV. Les leviers pour la réduire davantage sont de poursuivre l’amélioration des rendements des panneaux, et de l’efficacité des procédés de production des cellules en silicium cristallin, ainsi que le recours à une électricité la plus décarbonée possible pour la production de ces cellules qui reste énergivore bien que beaucoup moins que par le passé.

Pauline Grougnet : On peut aller plus loin dans la réduction de cette empreinte en cherchant à intégrer le photovoltaïque comme un élément fonctionnel de l’enveloppe du bâtiment et non plus comme un ajout, un complément qui n’a que comme seule utilité, la production d’énergie. Cette approche d’enveloppe photovoltaïque permet de mutualiser les moyens (i.e. les systèmes d’intégration) et d’exploiter des surfaces et applications que l’on avait prévu de construire, actives ou non !

Quels points de vigilance sont-ils à prendre en compte en ce qui concerne des impacts environnementaux autres que le carbone ?

Romain Besseau : Les émissions de GES sont loin d’être la seule problématique environnementale à considérer. L’ACV permet d’étudier aussi bien l’impact sur le changement climatique, que les impacts sur les écosystèmes, la santé humaine ou bien les ressources au sens large : qu’il s’agisse de terre, d’eau ou de minéraux.

Nous avons vu précédemment que l’empreinte carbone du PV est faible sur son cycle de vie. Le PV va engendrer des impacts sur les écosystèmes et la santé humaine notamment lors de l’extraction des matières premières, des phase de raffinage et de production de modules PV.

Il existe beaucoup d’idées reçues à propos de l’utilisation de terres rares dans les panneaux PV. L’écrasante majorité du marché repose sur des cellules en silicium et cette technologie ne nécessite aucune terre rare. Certaines technologies spécifiques utilisent des terres rares, mais correspondent à des applications ultras spécifiques comme l’industrie spatiale qui utilise des panneaux multicouches. La filière PV reste néanmoins mobilisatrice de ressources minérales comme le cuivre pour la production de câble, des onduleurs, ou bien d’acier et d’aluminium pour les supports de modules PV. C’est pourquoi il est nécessaire de recycler efficacement ces systèmes.

La filière PV peut avoir une empreinte spatiale importante lors qu’elle est installée au sol. Cependant, le potentiel en toiture de bâtiment est loin d’être épuisé, ce qui est encore plus vrai avec les façades de bâtiments. Il apparaît important de privilégier l’installation de systèmes PV sur des surfaces déjà artificialisés.  Enfin, des réflexions et expérimentations sont en cours afin de développer des co-usages entre la production d’électricité PV et l’agriculture. 

Un aspect qui mérite d’être évoqué et évalué sont les impacts potentiellement induits par la météo-dépendance de la production PV, des moyens de stockage peuvent alors devenir nécessaires pour répondre à la consommation ce qui rajoute une couche d’impacts environnementaux.

Pauline Grougnet : Grâce à cette approche d’enveloppe photovoltaïque, le photovoltaïque présente aussi des externalités positives, parfois méconnues ! Bien sûr le premier intérêt est qu’en exploitant des surfaces complémentaires à la toiture, on augmente la puissance installée de l’installation photovoltaïque, contribuant ainsi à la réalisation de bâtiments à énergie positive et sans pour autant recourir à des emprises foncières supplémentaires. Ensuite, les solutions existantes et proposées par les industriels du BIPV présentent une grande variété de rendus esthétiques pour s’adapter au milieu environnant, notamment lorsque l’intégration esthétique et paysagère est primordiale sur et à proximité de sites protégés. Enfin, dans des applications semi-transparentes, les solutions photovoltaïques permettent d’améliorer le confort des occupants et de réduire les besoins énergétiques. Judicieusement positionnées dans un mur rideau, une double peau ou une verrière, les cellules photovoltaïques vont non seulement produire de l’électricité, mais aussi agir comme des milliers de mini brise-soleil. D’une part, les solutions vont laisser pénétrer la lumière naturelle, tout en maîtrisant l’éblouissement et la chaleur transmise, pour un meilleur confort des occupants. D’autre part, en optimisant le calepinage des cellules, ce sont typiquement de 20% à 25% des charges de climatisation qui peuvent être réduites sous une verrière.

Quels sont les bénéfices d’un dialogue entre recherche et entreprise et quelle pourrait être la suite de ces échanges ?

Romain Besseau : Ayant eu la chance de travailler dans le secteur du photovoltaïque avant de faire de la recherche, j’avais une connaissance approfondie de la filière qui m’a permis de m’apercevoir de l’obsolescence des données utilisées pour l’évaluation de l’empreinte carbone de la filière. Sans cette connaissance, je n’aurai probablement pas remis en question la représentativité de ces données et les aurait utilisées telles quelles. Le renforcement d’un dialogue entre recherche et entreprise permet d’éviter des situations de ce type. Enfin, la recherche a également besoin de financement pour fonctionner, et elle peut apporter son expertise au monde de l’entreprise et être source de création de valeur par la prise de décisions éclairées.

Pauline Grougnet : Il est primordial que la recherche et l’entreprise continuent de dialoguer. Pour la recherche, il est vital qu’elle soit connectée au marché, aux pratiques, à la « vraie vie » des projets et des utilisateurs/ consommateurs des études et résultats. En étant adossé à la recherche, l’entreprise reste au fait des techniques et technologies qui pourraient arriver et ainsi anticiper des changements dans ses pratiques, méthodes et son organisation pour ne pas les subir et rester concurrentielle. Si elle n’a pas le temps et/ou les moyens pour le faire, l’entreprise, notamment pour des bureaux d’études comme ActivSkeen, a tout intérêt à mobiliser des chercheurs ou plus largement des structures comme le lab recherche environnement pour mettre à jour ses bases de données, explorer des études de cas, développer des outils de simulation…cela lui permet de gagner du temps, mais également de gagner en robustesse dans l’accompagnement technique qu’elle peut proposer par la suite à ses clients, souvent non-sachants. Grâce aux travaux de Romain, mais surtout grâce à leur diffusion et vulgarisation, ActivSkeen a pu mettre à jour ses données et ses méthodes pour évaluer l’empreinte carbone des systèmes photovoltaïques que nous dimensionnons et prescrivons tous les jours. Les suites de cet échange sont nombreuses, mais élargir le scope de l’analyse de l’empreinte environnementale en considérant les systèmes d’intégration et les usages de l’énergie serait intéressant à pousser.

[1] Définition du BIPV (Building Integrated Photovoltaics) : Remplacer les matériaux traditionnels utilisés dans l’enveloppe du bâtiment par des matériaux photovoltaïques assurant strictement la même fonction que celle remplacée.

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Les surchauffes lors de périodes de canicule peuvent être évaluées par la simulation thermique dynamique, par exemple avec l’outil Pleiades STD Comfie développé par le lab recherche environnement en collaboration avec l’éditeur IZUBA Energies. En ce qui concerne la qualité de l’air, la plate-forme logicielle Pleiades comporte un lien vers l’outil INDALO développé par Octopus Lab (Mendez, 2015 ; 2016a ; 2016b).

A l’échelle du quartier et de la ville, la qualité de l’air et le niveau sonore sont également des facteurs influents sur la santé. Ces aspects sont considérés comme liés aux transports, bien que les mesures de qualité de l’air en période de confinement n’aient pas fait apparaître d’amélioration majeure alors que le trafic était très réduit par rapport aux années antérieures. Il existe donc de multiples facteurs pouvant influencer la pollution de l’air, en interaction avec un territoire régional plus étendu.

D’autre part, des impacts sont générés ailleurs que sur le territoire du projet étudié : lors de la fabrication et du transport des produits de construction, de la production d’énergie et d’eau, du traitement de l’eau et des déchets… C’est pourquoi l’analyse de cycle de vie est également utilisée. La méthode mise en œuvre dans l’outil Pleiades ACV Equer prend en compte les aspects de changement climatique, de destruction de la couche d’ozone, de production d’ozone photochimique, de radiation ionisante, d’effets respiratoires (liés aux particules fines par exemple), la disponibilité en eau, les effets cancérigènes et non-cancérigènes (Bulle et al., 2019) (Huijbregts et al., 2017). Ces aspects contribuent de manière directe (par exemple les effets respiratoires) ou indirecte (les maladies vectorielles induites par le changement climatique) aux dommages sur la santé.

Des outils à différentes échelles sont ainsi complémentaires et intégrés à la démarche d’écoconception proposée par le lab recherche environnement.

Ainsi l’évaluation des impacts sur la santé humaine liée à la toxicité des substances émises (e.g. dioxines, métaux lourds, pesticides, etc.) comporte plusieurs étapes en ACV (Fantke et al., 2017) :

• La quantification des émissions de polluants dans différents compartiments écologiques (air, eau douce, eau de mer, sédiments, sol naturel, agricole etc.) ;
• La prise en compte de phénomènes de (bio-)dégradation des substances : hydrolyse, photolyse dans l’eau, réactions photochimiques dans l’atmosphère, biodégradation dans l’eau, les sédiments et le sol ;
• La prise en compte du transport des polluants : diffusion (air, eau), absorption et volatilisation (air/eau ou sol), adsorption et désorption (air et sol), déposition sèche (air et sol) et humide (pluie et sol), sédimentation et re-suspension (sédiments et eau), écoulement des eaux, érosion (sol et eau) ;
• L’évaluation des concentrations de polluants dans les compartiments écologiques,
• L’évaluation de l’exposition des personnes, exposition directe liée à l’inhalation et à l’ingestion d’eau, et indirecte liée à la consommation de produits agricoles,
• L’évaluation de dommages sur la santé, intégrant des effets cancérogènes et non cancérogènes.

Par ailleurs, deux polluants dans l’air sont particulièrement importants et sont évalués en ACV par des modèles propres. Il s’agit d’une part des poussières, particules fines dont le diamètre est de l’ordre de quelques microns (à titre d’ordre de grandeur, les pollens sont d’une taille variant entre 10 et 100 µm). Les poussières sont en général constituées par un noyau de carbone sur lequel des hydrocarbures peuvent être adsorbés. Ces particules fines peuvent ainsi véhiculer des composés chimiques (phtalates, pesticides, métaux lourds) ou des agents pathogènes (virus, bactéries) potentiellement dangereux pour la santé. Les particules de diamètre supérieur à 10 µm sont arrêtées au niveau de l’appareil respiratoire supérieur. Entre 3 et 10 µm, elles atteignent les bronches et bronchioles. Seules les particules de taille inférieure à 3 µm pénètrent dans les alvéoles des poumons. Certains composés peuvent avoir des effets cancérogènes sur les poumons, mais les principales conséquences concernent les maladies respiratoires. L’augmentation de la mortalité est reliée à l’accroissement de la concentration en PM10 (concentration en µg/m³ des particules de taille inférieure à 10 µm), et surtout en PM2,5 (concentration en µg/m³ des particules de taille inférieure à 2,5 µm). La concentration des matières solides dans l’air varie entre 0,05 et 0,5 mg/m³ en milieu rural, et entre 0,1 et 1 mg/m³ en milieu urbain. Les résultats d’une étude épidémiologique menée par Santé publique France (Corso, 2015) montrent qu’une augmentation de 10 µg/m³ des niveaux de PM10 du jour et des cinq jours précédents se traduit par une augmentation de 0,5% de la mortalité non accidentelle. L’excès de risque est plus élevé chez les personnes de 75 ans et plus (+1,04%) et les effets sur la mortalité sont plus importants en été. Une exposition à plus long terme peut induire des effets sanitaires bien plus importants liés au développement de maladies cardiovasculaires, de maladies respiratoires et du cancer du poumon (Medina, 2016).

Un autre polluant important est l’ozone, produit dans la troposphère (basse atmosphère, d’altitude inférieure à 10 km) par la réaction des oxydes d’azote et des composés organiques volatils sous l’effet des rayons ultra-violets (d’où l’indicateur ACV de production d’ozone photochimique), et également au voisinage des lignes à haute tension. La concentration « naturelle » de l’ozone est de 40 à 100 µg/m³. La valeur cible définie dans la directive européenne 2008/50/CE est de 120 µg/m³. L’ozone peut provoquer des problèmes respiratoires : déclenchement de crises d’asthme, diminution de la fonction pulmonaire et apparition de maladies respiratoires (Bell, 2004). Des liens sont observés sur le long terme (Jerret, 2009) avec la mortalité respiratoire et cardio-respiratoire, notamment pour des sujets prédisposés par des maladies chroniques (pulmonaires, cardiaques, diabète).

D’autres phénomènes sont par ailleurs pris en compte par l’ACV. Le changement climatique induit un certain nombre de risques sur la santé, en termes de conséquences de phénomènes climatiques (tempêtes, inondations, vagues de chaleur…) et d’émergence ou réémergence de maladies infectieuses (en particulier le paludisme et la dengue). La couche d’ozone (entre 12 et 45 km d’altitude, avec un maximum de concentration à 25 km) filtre la presque totalité des rayons ultraviolets de type B, qui provoquent des atteintes de la peau (cancer), des yeux (cataracte) et du système immunitaire.  La convention de Vienne (1985), le protocole de Montréal (16 septembre 1987) puis la convention de Londres (1990) ont conduit 70 pays à ratifier la suppression totale des CFC (chlorofluorocarbures) avant l’an 2000. Leur utilisation est interdite en France depuis 1996. Les HCFC (hydrochlorofluorocarbures) sont interdits dans les pays industrialisés et le seront en 2032 dans les pays en développement. Si la couche d’ozone se rétablit progressivement en Antarctique, il convient de rester vigilant : une augmentation des émissions de CFC-11 a été constatée depuis 2012 en Asie ; les GES affectent la chimie atmosphérique créant un lien entre couche d’ozone et changement climatique (WMO 2018). La raréfaction des ressources en eau peut également avoir des conséquences sanitaires importantes dans certains pays. D’autres phénomènes comme les radiations ionisantes ont aussi un impact sur la santé.

Afin d’évaluer les indicateurs d’ACV concernant la santé, il convient de disposer d’inventaires suffisamment complets. L’outil Pleiades ACV EQUER utilise la base de données Ecoinvent, comportant plusieurs milliers de flux alors que la base Inies n’en impose que 168. Par exemple dans les FDES (fiches de déclaration environnementale et sanitaire) de la base Inies, les dioxines sont regroupées dans un ensemble de composés organiques volatils en considérant un impact moyen, ce qui sous-estime leur toxicité de manière très importante. D’autre part, les indicateurs de pollution de l’air et de l’eau des FDES sont basés sur la méthode des volumes critiques, remise en cause par les scientifiques car elle ne prend pas en compte l’évolution des polluants dans le temps (transport et dégradation).

L’ACV, basée sur la quantification de dommages très moyennés et variant linéairement en fonction des quantités de polluants émis, est moins précise que les études locales menées par les spécialistes en santé environnementale. Elle permet cependant de prendre en compte des aspects essentiels pouvant menacer la santé, en particulier le changement climatique, les émissions de substances toxiques et de particules fines, et la production d’ozone photochimique.

Les impacts locaux ont jusqu’à présent été évalués par des indicateurs spécifiques (concentration en polluants et indices de qualité de l’air, niveau sonore, températures maximales ou nombre d’heures d’inconfort…) mais certains travaux récents étudient la possibilité d’évaluer un indicateur commun à l’ACV. Il s’agit des années de vie en bonne santé perdues (ou gagnées), indicateur nommé Daly (disability-adjusted life years)  élaboré par l’Organisation Mondiale de la Santé (WHO, 2013 ; 2021). Ainsi, la qualité de l’air peut être évaluée en complétant le calcul des concentrations en polluants par une évaluation de l’exposition et des risques sanitaires, aboutissant à un indicateur de performance en Daly (Micolier, 2019). De même, BruitParif a évalué les impacts sanitaires du bruit des transports dans la zone dense de la Région Ile-de-France en utilisant ce même indicateur (Bruitparif, 2019), tandis que plusieurs études ont cherché à inclure les dommages sur la santé humaine liés au bruit dans les indicateurs de l’analyse de cycle de vie (Cucurachi, 2012 ; Meyer, 2019 ; de Bortoli 2018). Le développement de ce type d’approche se poursuit dans le cadre du lab recherche environnement.

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