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Hellen Christodoulou, Ph. D. ing., B.C.L., LL.B., M.B.A
Vice-présidente directrice, Ingénierie, développement durable et développement des affaires, CORBEC
Mots clés : Conception durable, choix durables, faible empreinte carbone, galvanisation, construction durable, économie circulaire, conception de structures, études de cas, réutilisation et réemploi, potentiel de réchauffement planétaire
Le nouveau mot clé de l’industrie de la construction est « construction durable ». L’acier galvanisé incorporé lors des premières décisions de conception offre des solutions novatrices à court et à long terme qui optimisent la durabilité et facilitent la circularité des charpentes d’acier. La galvanisation met en pratique la politique d’économie circulaire.
Cette présentation traitera de l’incidence positive de l’utilisation d’acier galvanisé dans les structures, ce matériau devant représenter une part importante du carbone dans la construction. Un aperçu sera donné des applications et des solutions en matière de conception qui peuvent réduire le potentiel de réchauffement planétaire. Qu’il s’agisse de systèmes de transport, de ponts, de barres d’armature, d’infrastructures, de logements, etc., la galvanisation est une solution essentielle pour satisfaire et surpasser les attentes en matière de conception et de durée de vie et contribuer à des choix de conception durables.
Pourquoi recourir à la galvanisation? Les études de cas décriront les éléments à considérer en matière de conception efficace pour diverses applications et utilisations dans les structures, en ce qui concerne l’efficacité, la flexibilité et la robustesse en vue de la réutilisation et du réemploi. L’évaluation et l’utilisation appropriées de déclarations environnementales de produits lors de l’utilisation d’acier galvanisé deviennent encore plus pertinentes lorsque nous voulons respecter nos engagements à l’échelle mondiale. Par conséquent, la compréhension et l’application de considérations appropriées et la comparaison de données de pesage sont des éléments essentiels du processus de conception. Il s’agit de sortir des sentiers battus en utilisant comme preuves des faits!
La galvanisation consiste à tremper des composants en acier dans un bain de zinc en fusion, ce qui génère une liaison métallurgique avec le substrat en acier. En principe, le procédé de galvanisation est simple et comprend trois éléments de base : préparation des surfaces, galvanisation et inspection. Une gestion adéquate des projets nécessite une expertise et une assurance de la qualité qui dépendent du fournisseur, des installations utilisées, de l’équipe et du niveau de connaissances de ses me. Bien que le procédé de galvanisation nécessite de l’énergie pour chauffer le bain de zinc, il est considéré comme le plus écoénergétique par rapport à d’autres méthodes de revêtement. Sa polyvalence et son adaptabilité permettent un large éventail d’applications dans diverses industries, y compris la construction, le transport, les infrastructures et les services publics.
Lorsqu’on compare un revêtement galvanisé sur de l’acier à un revêtement comme la peinture par exemple, la galvanisation l’emporte toujours. En effet, ce revêtement offre une protection très durable et à long terme contre la corrosion, qui dure généralement de 75 à 100 ans dans les environnements intérieurs, extérieurs, éloignés et corrosifs. Par conséquent, l’acier galvanisé exige un entretien minimal tout au long de sa durée de vie et n’a pas besoin d’être souvent enduit de nouveau ou remplacé. Il offre un rendement inégalé par rapport aux autres méthodes de protection contre la corrosion. En outre, l’acier galvanisé est recyclable en fin de vie.
L’utilisation de peinture comme solution de rechange, soit l’application de peinture liquide ou en poudre sur la surface de l’acier, suivie d’un durcissement ou d’un séchage, est un procédé de fabrication énergivore. La peinture offre une protection de courte durée contre la corrosion, mais exige un entretien périodique (repeindre) pour maintenir l’aspect et une prévention efficace de la corrosion. En fin de vie, l’acier peint peut être partiellement recyclé.
Pour mettre en contexte ce qui précède, l’EGGA (European General Galvanizers Association) a fait paraître, dans l’une de ses publications, une étude de cas démontrant les coûts et le gaspillage considérables liés à l’entretien de la légendaire tour Eiffel à Paris. Chaque remise en peinture nécessite 60 tonnes de peinture, et 15 à 20 tonnes de peinture sont érodées entre chaque campagne, car l’enlèvement de toute la peinture existante avant de repeindre ne peut se faire sans de longues périodes de fermeture du monument. Chaque remise en peinture ajoute environ 40 tonnes de peinture, ce qui a déjà alourdi la structure de 700 tonnes par rapport à sa conception initiale. Pour accomplir le travail, 25 peintres, 1 500 tenues de travail, 1 000 paires de gants en cuir, 50 km de câbles de sécurité, 8 000 m2 de filets de sécurité, 1 500 pinceaux et 5 000 disques abrasifs sont nécessaires. La remise en peinture la plus récente a coûté près de 5,8 millions de dollars; on considère que la remise en peinture représente 14 % des coûts complets de construction de la tour aujourd’hui. Cet exemple illustre clairement l’importance de concevoir des structures ne nécessitant pas d’entretien.
Une étude a été réalisée en 2014 par le Centre de recherche technique de la Finlande (VTT). Ce centre a utilisé un balcon pour comparer les empreintes environnementales respectives d’un revêtement galvanisé à chaud et de deux couches de peinture zinc-résine époxyde/polyuréthane pour un cycle de vie de 60 ans seulement. Encore une fois, les résultats étonnants figurant au tableau 1 ci-dessous indiquent clairement la faible empreinte carbone de la galvanisation à chaud par rapport à la peinture.
En matière de structures, la conception efficace nécessite une approche globale qui accorde la priorité à la sécurité, à la fonctionnalité, à la durabilité, à l’esthétique et à la rentabilité. Voici certains des principaux éléments à prendre en considération pour assurer une conception efficace des structures :
• Sécurité et intégrité de la structure – S’assurer que l’ouvrage respecte la totalité des codes, des normes et des règlements pertinents du bâtiment afin d’assurer la sécurité des occupants et des utilisateurs.
• Fonctionnalité et utilisabilité – Concevoir la structure de manière à répondre aux exigences fonctionnelles de son utilisation prévue, qu’il s’agisse d’un bâtiment résidentiel, commercial, industriel ou institutionnel.
• Durabilité et impact environnemental – Intégrer des principes de conception durable afin de minimiser l’impact environnemental de la structure tout au long de son cycle de vie.
• Esthétique et expression architecturale – Créer une structure esthétique et visuellement attrayante qui met en valeur les environs et contribue positivement à l’environnement bâti.
• Rentabilité et ingénierie de la valeur – Exercices d’ingénierie de la valeur visant à optimiser les solutions de conception, maximiser l’efficacité sans compromettre la qualité ou le rendement, et obtenir le meilleur rendement du capital investi.
• Durabilité et entretien – Prescrire des matériaux et des méthodes de construction durables pour assurer la longévité de la structure et réduire au minimum les besoins en entretien au fil du temps. Tenir compte de facteurs comme la résistance aux intempéries, la protection contre la corrosion et la facilité de nettoyage et d’entretien pour réduire les coûts pendant le cycle de vie et assurer la durabilité à long terme.
• Souplesse et adaptabilité – Concevoir la structure en fonction des changements et des adaptations futurs, ce qui permet une certaine souplesse au niveau des configurations relatives à l’utilisation, à l’occupation et à l’espace. Intégrer des composants modulaires, des dispositions adaptables et des systèmes d’infrastructure souples pour répondre à l’évolution des besoins et des exigences au fil du temps.
En prenant en compte ces facteurs clés dans le processus de conception, les architectes, les ingénieurs et les concepteurs peuvent créer des structures non seulement sécuritaires, fonctionnelles et durables, mais également visuellement attrayantes, rentables et résilientes face aux défis que leur réserve l’avenir.
La conception de structures fondées sur des principes de faible empreinte carbone consiste essentiellement à réduire au minimum l’impact environnemental associé aux étapes de fabrication, de construction, d’exploitation et de fin de vie d’une structure. Un bâtiment, un pont ou tout type de projet d’infrastructure est conçu de façon unique avec un système structurel et des matériaux désignés pour correspondre à la portée du projet. L’empreinte carbone est donc évaluée comme étant l’impact des quantités combinées de matériaux et de leurs effets à toutes les étapes du cycle de vie complet. Les points à considérer et les choix en matière de conception évoluent à mesure que les renseignements adéquats sont diffusés.
Pour les conceptions structurelles à faible empreinte carbone, il existe de nombreux facteurs clés dont voici trois des plus importants :
• Choisir les bons matériaux et revêtements qui réduiront l’empreinte carbone et offriront le meilleur rendement pendant la durée de vie de la structure, p. ex. des matériaux recyclés ou réutilisables.
• Optimiser les systèmes de charpente en les concevant efficacement dans une optique à long terme, et en utilisant moins de matériaux tout en préservant l’intégrité structurelle. Une attention doit être portée à des solutions structurelles novatrices comme la construction modulaire, les matériaux légers et les techniques de pointe en matière d’analyse structurale pour réduire la quantité de matériaux utilisés et de déchets de construction et maintenir la longévité.
• Effectuer des évaluations du cycle de vie pour évaluer l’impact environnemental réel de la structure du berceau au tombeau, y compris l’extraction des matériaux, la fabrication, la construction, l’exploitation, l’entretien ainsi que l’élimination, le recyclage et la réutilisation; par exemple, concevoir en vue du démontage et intégrer des matériaux qui peuvent être facilement recyclés ou réutilisés à la fin de la durée de vie de la structure afin de réduire au minimum les déchets et de promouvoir une économie circulaire.
Une déclaration environnementale de produit (DEP) est définie comme une déclaration de type III selon la norme 14025 de l’Organisation internationale de normalisation (ISO). Une DEP vise à quantifier les renseignements environnementaux relatifs au cycle de vie d’un produit afin de faciliter les comparaisons entre les produits remplissant la même fonction. La méthodologie relative aux DEP est fondée sur l’analyse du cycle de vie (ACV) selon l’ISO.
L’analyse du cycle de vie (ACV) vise à évaluer les impacts environnementaux de toutes les étapes de la durée de vie d’un produit, depuis l’extraction des matières premières (en aciérie), le traitement, la fabrication, le transport, la construction, l’entretien et l’élimination ou le recyclage. Une telle évaluation est trompeuse lorsque des industries publient des DEP qui, en fait, ne comparent des matériaux qu’à l’étape de la production. Il est irréaliste de limiter les décisions de conception à cette étape, généralement appelée « du berceau à la sortie de l’usine », car les matériaux ne peuvent être comparés à ces limites A1 à A3, compte tenu de leurs variations quant à leur impact global sur l’environnement pendant la durée de vie du projet. Les ACV du berceau à la sortie de l’usine sont très limitées, ne tiennent pas compte des impacts pendant le transport, la construction, l’entretien, l’élimination et le recyclage et peuvent donc donner des résultats insensés.
L’ACV « du berceau au tombeau » comprend toutes les étapes des limites A, B et C, offrant une analyse exhaustive des ressources utilisées et des substances émises tout au long du cycle de vie d’un produit. Le carbone intrinsèque réel de tous les matériaux et processus de construction connexes est entièrement capté lorsque toutes les limites, A1 à C4, sont prises en compte. Ce n’est qu’avec un tel niveau d’évaluation de l’impact d’un produit qu’une décision de conception éclairée peut être prise. Un concepteur doté d’une vision à long terme devrait pouvoir évaluer adéquatement les caractéristiques environnementales et l’efficacité des matériaux et des systèmes pour l’ensemble du cycle de vie, afin de saisir adéquatement l’ensemble du potentiel de réchauffement planétaire (PRP). Le PRP est la contribution des émissions à l’effet de serre (gaz libérés), exprimée en kilogrammes d’équivalent CO2. Les décisions ne devraient pas reposer uniquement sur la durée de vie d’un bâtiment, d’un pont ou d’une infrastructure, mais plutôt sur son démontage, sa réutilisation et son réemploi en fin de vie, au-delà du site d’enfouissement.
Les considérations environnementales deviennent les facteurs prédominants dans la planification et l’évaluation de la conception, et la galvanisation est un procédé de galvanisation durable qui correspond à ces objectifs. Ce procédé emploie du zinc, un matériau naturellement abondant, et produit peu de déchets. La longévité de l’acier galvanisé rend les remplacements moins fréquents, contribuant ainsi à la conservation des ressources et à la réduction des déchets.
L’acier galvanisé offre sans aucun doute de nombreux avantages qui en font un choix privilégié pour un large éventail de projets de construction et d’infrastructures. Il est principalement reconnu pour sa durabilité (ou longévité), sa polyvalence, sa résistance et ses propriétés de résistance à la corrosion.
• Longévité – Le revêtement de zinc sur l’acier galvanisé offre une excellente protection contre la rouille et la corrosion, ce qui prolonge la durée de vie de cet acier comparativement à celle de l’acier non traité. Il en résulte une réduction des coûts d’entretien pendant la durée de vie de la structure.
• Polyvalence – L’acier galvanisé peut être facilement formé, soudé et fabriqué, ce qui offre une grande souplesse dans la conception et la construction. Il peut être utilisé dans un large éventail d’applications, des éléments de charpente aux éléments décoratifs.
• Résistance – L’acier galvanisé conserve la résistance de l’acier tout en offrant une protection accrue contre la corrosion. Il convient donc aux applications structurelles où la résistance et la durabilité sont essentielles, comme dans les bâtiments, les ponts et les projets d’infrastructure.
• Résistance à la corrosion – L’acier galvanisé est recouvert d’une couche de zinc qui agit comme anode réactive pour protéger de la corrosion l’acier sous-jacent. Cela le rend particulièrement approprié pour les applications extérieures ou les environnements à niveau d’humidité élevé, tels que les milieux marins ou les zones sujettes à la pollution industrielle.
Bien que le coût initial de l’acier galvanisé puisse être légèrement plus élevé que celui de l’acier non traité, sa durabilité à long terme et ses faibles besoins en entretien génèrent des économies de coûts appréciables au fil du temps. En outre, la prévention de la rouille et de la corrosion non seulement permet d’éviter des réparations coûteuses, mais prolonge également la durée de vie des structures et en rend le remplacement prématuré moins fréquent.
L’utilisation d’acier galvanisé dans les charpentes contribue à une économie circulaire en maximisant la réutilisation, le recyclage et la récupération des matériaux tout au long du cycle de vie des structures. La galvanisation participe à la conception durable en prolongeant la durée de vie des charpentes d’acier, en éliminant l’entretien, en conservant les ressources, en favorisant la recyclabilité en fin de vie et en améliorant la résilience et la durabilité. En incorporant l’acier galvanisé dans les projets, les concepteurs peuvent concevoir des structures à la fois écoresponsables et économiquement viables à long terme. Voici quelques façons efficaces dont la galvanisation contribue à l’économie circulaire :
• Conservation des ressources – La galvanisation prolonge la durée de vie des produits en acier en les protégeant contre la corrosion, rendant ainsi les remplacements moins fréquents. Cela permet de conserver les ressources naturelles en maximisant l’utilisation des matériaux et en minimisant la consommation de ressources vierges. De plus, la galvanisation est un procédé à faible impact qui consiste à enduire l’acier par immersion à chaud avec du zinc, un matériau naturellement abondant. Ce procédé produit peu de déchets et les cendres de zinc produites peuvent être recyclées ou éliminées en toute sécurité. En optant pour l’acier galvanisé, les industries peuvent réduire leur empreinte environnementale et contribuer à des pratiques de fabrication plus durables.
• Conception en vue du démontage – L’acier galvanisé peut être intégré à des conceptions qui priorisent le démontage et la récupération des matériaux à la fin de la durée de vie du produit. En concevant des produits dotés de composants faciles à démonter et en utilisant des matériaux qui peuvent être séparés et recyclés efficacement, les fabricants peuvent faciliter la récupération et la réutilisation de matériaux précieux, bouclant ainsi la boucle de l’utilisation des ressources. La retransformation ou la rénovation de composants en acier galvanisé et l’exploration de façons novatrices d’intégrer des matériaux recyclés à de nouveaux produits deviennent ainsi la solution de rechange.
• Adaptation structurelle, récupération, réutilisation et recyclage de matériaux – La transformation d’un ancien entrepôt en acier galvanisé en un loft résidentiel ou un immeuble de bureaux avec peu de changements structuraux est considérée comme une adaptation structurelle. Cette réutilisation adaptative préserve l’énergie et les matériaux intrinsèques de la structure d’origine tout en lui donnant une nouvelle vie. L’acier est l’un des matériaux les plus recyclés à l’échelle mondiale, et l’acier galvanisé conserve ses propriétés même après son recyclage. Au terme de sa durée de vie, l’acier galvanisé peut être facilement recyclé et utilisé pour fabriquer de nouveaux produits d’acier sans compromis sur la qualité. Cela favorise un système en boucle fermée où les matières sont réutilisées en continu, ce qui diminue la demande de nouvelles matières premières et réduit au minimum la production de déchets. Les composants structurels récupérables peuvent être retirés avec soin et réutilisés dans des projets de nouvelles constructions (p. ex, les poutres, les colonnes ou les fermes en acier galvanisé utilisées pour d’autres projets de construction), ce qui diminue la demande de nouveaux matériaux et réduit au minimum les déchets potentiels. Les structures en acier galvanisé peuvent être modifiées ou modernisées pour servir à de nouvelles fins, notamment pour des structures temporaires et des projets communautaires.
Une étude de cas à titre d’illustration – Le cas d’une autoroute néerlandaise en 2017, où l’option consistait à utiliser des glissières de sécurité routière regalvanisées. Les résultats étaient surprenants, montrant qu’en moyenne 67 % des composants étaient intacts et propres à la réutilisation; ils furent débarrassés de leur ancien revêtement galvanisé, puis galvanisés de nouveau. Cette décision de suivre cette procédure simple a permis d’économiser plus de 26 000 tonnes de CO2, ce qui équivaut à plus de 8,3 millions de kilomètres-voitures.
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• Construction modulaire – Les composants en acier galvanisé se prêtent bien aux techniques de construction modulaire. Les bâtiments modulaires, tels les conteneurs d’expédition ou les espaces de bureaux modulaires, peuvent être construits à l’aide de charpentes en acier galvanisé réemployées. La construction modulaire permet un assemblage et un démontage efficaces, ce qui facilite le déplacement ou la reconfiguration des structures selon les besoins.
Dans l’ensemble, une DEP relative à l’acier galvanisé peut fournir de précieux renseignements sur sa performance environnementale et ses avantages en matière de durabilité. En quantifiant les impacts environnementaux de l’acier galvanisé sur l’ensemble de son cycle de vie, la DEP peut aider les intervenants à prendre des décisions éclairées et à soutenir des pratiques de construction durables. En matière d’empreinte carbone, lorsqu’on compare la galvanisation avec d’autres types de revêtements, plusieurs facteurs doivent être pris en compte : le processus de production, la durabilité du revêtement, les besoins en entretien et les éléments à considérer concernant la fin de vie utile. Pour l’obtention d’une empreinte carbone plus faible, la galvanisation offre des avantages par rapport aux autres revêtements en raison de sa durabilité, de ses besoins minimes en entretien et de sa recyclabilité. Étant donné que les impacts environnementaux spécifiques peuvent varier en fonction de facteurs tels que les sources d’énergie utilisées dans la production, les distances de transport et les pratiques de gestion de fin de vie, effectuer une analyse du cycle de vie (ACV) peut fournir une comparaison exhaustive des différentes options de matière de revêtement en ce qui a trait à leur empreinte carbone et à leur impact environnemental global.
Une déclaration environnementale de produit (DEP) pour l’acier galvanisé peut mettre en valeur ce qui suit :
• L’efficacité des ressources en soulignant sa longue durée de vie et ses besoins minimes en entretien par rapport à d’autres matériaux.
• Les diminutions des émissions de gaz à effet de serre, de la consommation d’énergie et de l’utilisation de ressources pendant le cycle de vie du produit.
• Le soutien qu’apporte l’acier galvanisé à des pratiques durables de gestion des matériaux.
• L’élimination de l’entretien et la contribution de l’acier galvanisé aux pratiques de construction durables.
• Les avantages environnementaux de l’acier galvanisé en prévenant la corrosion et en promouvant la gérance environnementale.
Dans l’ensemble, une DEP relative à l’acier galvanisé peut, en quantifiant les impacts environnementaux de l’acier galvanisé sur l’ensemble de son cycle de vie, fournir de précieux renseignements sur sa performance environnementale et ses avantages en matière de durabilité. La galvanisation offre un revêtement très robuste et résistant à l’abrasion qui favorise l’efficacité en matière d’émissions de carbone. La liaison métallurgique du zinc avec l’acier lors de la galvanisation à chaud assure une grande cohésion, car elle fait du revêtement une partie intégrante des composants. Pendant le transport et la manutention, la couche extérieure de zinc absorbe les chocs, tandis que les couches d’alliage sous-jacentes sont plus robustes et offrent une résistance à l’abrasion. En adoptant l’acier galvanisé et les principes de l’économie circulaire, les industries peuvent contribuer à un avenir plus durable et résilient
L’objectif pour l’avenir est de renforcer la collaboration et l’éducation entre les gouvernements et les autorités, les architectes, les ingénieurs et les entrepreneurs du secteur de la construction et les propriétaires de bâtiments afin d’accorder la priorité aux principes de conception à faible empreinte carbone et de partager les connaissances et les pratiques exemplaires. Les intervenants doivent s’engager pleinement dans une perspective à long terme pour assurer le meilleur rendement possible de leur investissement, à mesure qu’ils réalisent les avantages de la conception et des systèmes de protection à faible empreinte carbone et qu’ils s’efforcent davantage d’atteindre leurs objectifs de durabilité. La planification stratégique, l’établissement des priorités, la conception ou la refonte de produits ou de procédés sont ultimement des occasions d’améliorer la performance environnementale des produits à diverses étapes de leur cycle de vie et d’atteindre un rendement optimal pour l’ensemble d’un projet.
Alors, pourquoi recourir à la galvanisation? L’argumentaire en sa faveur est simple! La galvanisation est un élément important lors de l’application d’éléments à considérer en matière de conception dans diverses applications et utilisations dans des structures, en ce qui concerne l’efficacité, la souplesse et la robustesse pour la réutilisation et le réemploi. Il est essentiel de savoir comment évaluer et utiliser adéquatement les déclarations environnementales de produits (DEP). En optant pour l’acier galvanisé, l’évaluation et l’utilisation de comparaisons appropriées sont des éléments essentiels du processus de conception ainsi que de la viabilité et la résilience potentielles de la structure. Les choix que nous faisons et les raisons pour lesquelles nous les faisons deviennent encore plus pertinents, car nous visons à respecter collectivement nos engagements mondiaux.
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