De nouvelles technologies pour une construction économe en ressources
En Suisse, le secteur de la construction est de loin celui qui consomme le plus de matières premières, produit le plus de déchets et est responsable d'un tiers de toutes les émissions de CO2. Avec le bâtiment modulaire de recherche et d'innovation NEST, l'Empa s'engage depuis plus de huit ans, en collaboration avec plus de 150 partenaires issus de la recherche, de l'économie et des pouvoirs publics, pour que de nouvelles technologies et de nouveaux matériaux permettant de construire en ménageant les ressources soient développés au point de réussir le saut vers le marché.
Le dernier exemple en date est l'unité "STEP2", qui est officiellement inaugurée aujourd'hui. Ce module de bâtiment de deux étages, situé tout en haut dans l'angle sud-est du NEST, réunit une série d'innovations qui ont toutes pour objectif de réduire la consommation de matériaux et d'énergie et de promouvoir une utilisation circulaire de nos ressources. "En même temps, il nous tient à cœur de développer des solutions qui soient commercialisables et qui aient réellement un avenir dans le secteur de la construction", explique Enrico Marchesi, Innovation Manager au NEST. En trio avec le partenaire principal BASF et le bureau d'architectes ROK, l'équipe NEST de l'Empa a donc examiné minutieusement chaque idée pour voir si elle était pertinente pour le marché et a développé des "business cases" réels avec les autres partenaires. "Pour nous, en tant que partenaire principal, l'unité 'STEP2' a vocation à intégrer le vaste savoir-faire de BASF en matière de chimie dans des solutions concrètes, nouvelles et durables pour le secteur de la construction, en collaboration avec les autres partenaires. Nous sommes convaincus que la véritable innovation commercialisable ne peut voir le jour que si les acteurs de toute la chaîne de valeur collaborent sur un pied d'égalité", explique Olivier Enger, Senior Innovation Manager chez BASF.
En conséquence, l'équipe a suivi dès le début une approche de cocréation – plutôt inhabituelle pour un projet de construction. "Dans la pratique, un tel projet de construction nécessite une collaboration très étroite entre tous les participants, de la conception à la réalisation", explique l'architecte Silvan Oesterle de ROK. Avant même la première esquisse, tous les acteurs concernés se sont assis autour d'une table et ont participé aux discussions. "C'était la seule façon de garantir que nous prenions en compte tous les aspects importants lors de l'intégration de nouvelles technologies dans le projet de construction", explique Silvan Oesterle, qui appelle ce concept "développement architectural intégré". Le résultat de cette démarche sont des innovations de construction uniques en termes de fonctionnalité et d'esthétique, que l'on trouve désormais dans la nouvelle unité NEST "STEP2".
Plafond d'étage multifonctionnel et optimisé en termes de ressources
En entrant dans "STEP2", c'est d'abord le plafond qui saute aux yeux. Conçu comme un plafond filigrane à nervures, il permet des portées allant jusqu'à 14 mètres et convient donc particulièrement bien à la construction de bureaux et d'immeubles. Le plafond a été développé par le bureau d'architectes ROK en collaboration avec le bureau d'ingénieurs WaltGalmarini et Stahlton. Grâce à des méthodes de planification numériques développées en interne et à des coffrages imprimés en 3D pour les éléments préfabriqués, il a été possible de réduire d'environ 40% la quantité de matériaux et les émissions de CO2 par rapport à un plafond plat en béton de même portée. Outre sa fonction structurelle, le plafond remplit d'autres fonctions : Des boîtes intégrées, imprimées en 3D et remplies d'une mousse acoustique minérale de BASF pour l'isolation acoustique, assurent une acoustique agréable malgré la dureté de la surface. En outre, le plafond sert de masse d'accumulation thermique, ce qui permet d'équilibrer la température ambiante et constitue un élément important du concept énergétique de l'unité.
Escalier en béton fabriqué numériquement
On accède au deuxième étage de l'unité par un escalier en béton incurvé au nom évocateur de "Cadenza", qui constitue la colonne vertébrale symbolique du bâtiment. Pour cet escalier, l'équipe réunie autour de la chaire "Digital Building Technologies" de l'ETH Zurich et du bureau d'architectes ROK a exploité tout le potentiel du design assisté par ordinateur et de l'impression 3D. Les 17 marches ont été fabriquées à l'aide d'un seul coffrage réutilisable imprimé en 3D, ce qui permet d'obtenir une forme complexe et extrêmement réduite en termes de matériaux. La technique de précontrainte de la spin-off de l'Empa re-fer, basée sur un alliage à mémoire de forme, a fixé les marches enfilées les unes sur les autres. La réalisation de cet élément de construction remarquable a également bénéficié de l'expertise de l'ancienne filiale de BASF Forward AM et de New Digital Craft dans le domaine des matériaux et de l'impression 3D du coffrage, ainsi que du fabricant d'éléments préfabriqués en béton SW Umwelttechnik et du bureau d'ingénieurs WaltGalmarini. Ensemble, ils ont mis au point une solution prête à l'emploi pour les projets de construction individuels, qui ne convient pas seulement aux escaliers en béton sur mesure, mais qui contribue plus généralement à des solutions de conception efficaces et performantes grâce à la planification et à la fabrication numériques.
Concept énergétique global et façade adaptative
Les autres domaines d'innovation de l'unité "STEP2" concernent la gestion de l'énergie et l'enveloppe du bâtiment. Le bureau d'ingénieurs WaltGalmarini a développé pour l'unité un concept global de gestion de l'énergie et du confort. La façade est l'élément central lorsqu'il s'agit d'optimiser le climat intérieur tout en augmentant l'efficacité énergétique du bâtiment. Une façade double peau nouvellement développée par Aepli Metallbau, avec ombrage intégré et ventilation naturelle contrôlée, a été utilisée. La façade est elle-même une plateforme d'essai et de développement : dans les années à venir, il sera possible de remplacer certains modules à peu de frais et d'intégrer ainsi de nouvelles technologies. Dans une première phase, on utilisera par exemple un élément de fenêtre de New Digital Craft avec une structure intégrée imprimée en 3D, qui fournit de l'ombre en fonction de la course du soleil. Pour ce faire, BASF a utilisé des matériaux d'impression 3D innovants dans le domaine des technologies de production numérique, qui ont également été utilisés pour l'impression du coffrage de l'escalier.
Du déchet à la matière première – réutiliser plutôt qu'éliminer
Suivant les principes de l'upcycling, BASF a développé, en collaboration avec des partenaires, des procédés et des matériaux permettant de créer des revêtements de surface performants à partir de déchets. La combinaison de technologies de transformation existantes avec une nouvelle technologie de liant et des matières premières (résiduelles) permet de donner une forme tridimensionnelle à des panneaux de fibres de bois combinés à des résidus textiles et du marc de café, ceci par déformation thermoplastique. Des panneaux muraux de forme individuelle ont ainsi été fabriqués pour l'unité. Les panneaux muraux et les dalles de sol ont été fabriqués à partir de résidus de fibres de denim recyclées, de gobelets en carton usagés et de marc de café, à l'aide d'un liant innovant et de revêtements performants. Pour l'espace cuisine, un nouveau liant a également été utilisé selon des procédés connus pour fabriquer des surfaces de meubles durables et de haute qualité avec du marc de café. L'utilisation de ces matériaux renouvelables, autrement inutilisés, réduit non seulement la demande de nouvelles matières premières, mais aussi les émissions de gaz à effet de serre. Des matériaux BASF ont également été utilisés pour la compensation et l'isolation thermique et acoustique du sous-plancher, une structure de plancher creux. Pour la première fois, une mousse acoustique minérale ininflammable projetable a été utilisée.
"STEP2" – un environnement d'innovation réel
"STEP2" est conçu comme une plateforme de cocréation et un atelier d'innovation. L'unité servira désormais de lieu de travail à l'équipe "Scouting & Academic Collaborations" de BASF autour d'Olivier Enger. BASF et l'Empa entretiennent un partenariat stratégique depuis plusieurs années déjà ; l'équipe est installée depuis lors sur le campus de l'Empa. Olivier Enger en est convaincu : "Au NEST, nous sommes au croisement entre la recherche et de l'économie et pouvons, grâce à notre expertise, apporter une contribution importante à la réussite de la jonction entre le laboratoire et le marché".
