Gratte-ciel en bois: la révolution est-elle arrivée?

Gratte-ciel en bois: la révolution est-elle arrivée?

Écrit par Oscar Holland, CNN

Entourée de terres agricoles et comptant moins de 10 000 habitants, la ville norvégienne de Brumunddal peut sembler un cadre improbable pour un gratte-ciel record.

Mais planant au-dessus du lac Mjøsa voisin, à plus de 100 kilomètres (62 miles) au nord d’Oslo, la tour Mjøstårnet de 280 pieds de haut est devenue le plus haut bâtiment en bois du monde lorsqu’elle a ouvert ses portes l’année dernière.

La structure de 18 étages contient des appartements, des bureaux et le bien nommé Wood Hotel. Et au-delà de mettre une petite ville sur la carte du monde, cela a ajouté à un nombre croissant de preuves que le bois peut fournir une alternative durable au béton et à l’acier.

Atteignant 280 pieds de hauteur, Mjøstårnet est devenu le plus haut bâtiment en bois du monde lors de son ouverture l'année dernière.

Atteignant 280 pieds de hauteur, Mjøstårnet est devenu le plus haut bâtiment en bois du monde lors de son ouverture l’année dernière.
Crédit: Voll Arkitekter AS / RicardoFoto

« Pour attirer l’attention, vous devez construire grand », a déclaré Øystein Elgsaas, un partenaire du cabinet d’architecture derrière la tour record, Voll Arkitekter, lors d’un appel vidéo.

« Et quand vous avez le plus haut bâtiment du monde en bois, tout le monde dit: » Wow, que se passe-t-il en Norvège?  » « 

« Les gens sont intéressés, et c’est en fait la partie la plus importante de ce bâtiment – pour montrer que c’est possible et pour inspirer les autres à faire de même. »

L’exploit record a été réalisé grâce à un type de bois d’ingénierie appelé bois lamellé-croisé, ou CLT. Faisant partie d’un plus grand groupe de matériaux connus sous le nom de bois massif, il est produit en collant des bandes de bois lamellé ensemble à des angles de 90 degrés les uns aux autres, avant d’être compressées en d’énormes poutres ou panneaux sous une pression extrême.

Les tours en bois résultantes – parfois surnommées « plyscrapers » – étaient autrefois l’apanage des concepteurs conceptuels. Mais grâce aux changements dans les réglementations de construction et aux changements d’attitude envers le matériau, ils deviennent rapidement une réalité.

La plus haute tour du projet HoHo Vienna en Autriche atteint jusqu’à 276 pieds. Crédit: HoHo Vienne / Michael Baumgartner / KiTO

Une flopée de nouveaux gratte-ciel en bois devrait commencer ou ouvrir en 2020. HoHo Vienna, un développement à usage mixte à peine cinq pieds plus court que Mjøstårnet, vient de ouvert aux affaires en Autriche. Et tandis que l’Europe est traditionnellement en tête, l’Amérique du Nord rattrape rapidement son retard.
À Vancouver – une ville qui abrite déjà un Résidence étudiante en bois de 174 pieds de hauteur – l’architecte lauréat du prix Pritzker Shigeru Ban a conçu un Complexe de condos «hybride» comprenant un noyau en acier et en béton avec une ossature en bois qui ouvrira cette année. Pendant ce temps, à Milwaukee, dans le Wisconsin, les travaux sur un immeuble d’appartements en bois de 238 pieds, Ascent, devraient commencer en juin.

Économie climatique

Les partisans du bois massif affirment que, par rapport aux options existantes, ces tours sont plus rapides à construire, plus solides et, peut-être plus surprenant, plus sûres en cas d’incendie. Ce sont peut-être leurs références écologiques qui expliquent la popularité croissante du bois ces dernières années.

La construction et l’exploitation des bâtiments représentent 40% de la consommation énergétique mondialeet environ un tiers des émissions de gaz à effet de serre. Mais alors que le béton émet une énorme quantité de carbone, les arbres l’absorbent à la place tout au long de leur vie.
Conçue par Acton Ostry Architects, la résidence étudiante de l'Université de la Colombie-Britannique, Brock Commons Tallwood House, à Vancouver, mesure 174 pieds de hauteur.

Conçue par Acton Ostry Architects, la résidence étudiante de l’Université de la Colombie-Britannique, Brock Commons Tallwood House, à Vancouver, mesure 174 pieds de hauteur. Crédit: Acton Ostry Architects / Michael Elkan

Si ces arbres sont ensuite transformés en bois massif, ce carbone est «enfermé» ou séquestré, plutôt que retourné dans l’atmosphère lorsque l’arbre meurt. Des études suggèrent qu’un mètre cube de bois peut stocker plus d’une tonne de dioxyde de carbone.
Les développeurs du complexe d’appartements Ascent de Milwaukee, par exemple, prétendre que son utilisation du bois représente l’équivalent de retirer 2 100 voitures de la route.

« Les arbres stockent du carbone, donc si vous les récoltez au bon âge quand ils ne peuvent pas absorber beaucoup plus ou pousser beaucoup plus loin, alors c’est une meilleure solution pour les utiliser comme matériau de construction », a déclaré Elgsaas, ajoutant que si les bâtiments sont conçus avec la longévité à l’esprit, ils pourraient garder le carbone hors de l’atmosphère pendant des générations. « Il prolonge la durée de vie des arbres (avant qu’ils ne se décomposent) de peut-être 100 ou 200 ans, si cela est fait correctement. »

Coût de comptage

Le bois lamellé-croisé est utilisé depuis les années 90 pour les bâtiments de faible hauteur dans des pays européens comme l’Allemagne et l’Autriche, et les avantages environnementaux de l’utilisation de bois massif sont connus depuis longtemps.

Alors, pourquoi la récente poussée d’intérêt?

Selon l’architecte Michael Green, un défenseur de longue date – et concepteur de – bâtiments en bois, il y a « tout un tas de choses qui convergent en ce moment ». Mais depuis son 2013 Ted talk, dans lequel il a prédit une « révolution » à venir dans la construction en bois, il y a eu un changement particulièrement important: le coût.
Une visualisation numérique d'un prototype de bâtiment en bois de 35 étages, Proto-Model X, développé par Michael Green Architecture et Sidewalk Labs.

Une visualisation numérique d’un prototype de bâtiment en bois de 35 étages, Proto-Model X, développé par Michael Green Architecture et Sidewalk Labs. Crédit: Sidewalk Labs / Michael Green Architecture

Alors que le bois massif devient de plus en plus courant, davantage d’usines CLT sont construites et les économies d’échelle réduisent les prix.

« Il y a plus de connaissances sur le marché, plus de concurrence, plus de chaînes d’approvisionnement … Au moment de mon entretien avec Ted, il n’y avait pas de véritable infrastructure », a déclaré M. Green au téléphone. « De plus en plus, comme il y avait plus de concurrence, le coût baisse. »

Le prix a toujours été « une barrière », a expliqué M. Green. Prenez la conception de 10 étages de SHoP Architects, qui a remporté un concours gouvernemental pour occuper un site dans le quartier de Chelsea à New York, mais qui sera abandonnée en raison de des soucis sur sa faisabilité du marché. Or Framework, une ambitieuse tour en bois de 148 pieds de haut à Portland, en Oregon, qui devait être la plus haute tour en bois des États-Unis avant annulé au milieu des préoccupations de coûts l’an dernier.

Cependant, le coût du bois lamellé-croisé a baissé ces dernières années et est désormais « au même niveau » que les matériaux traditionnels, a expliqué M. Green. De même, Elgsaas a rapporté que le développeur derrière la tour norvégienne de Mjøstårnet a trouvé que la somme finale était « à peu près la même » qu’une alternative en acier et en béton.

Des chercheurs de l’Université australienne de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) ont récemment achevé Étude de 18 mois comparer un grand bâtiment en bois avec un équivalent en béton et en acier. Selon Philip Oldfield, professeur agrégé à la faculté de l’environnement bâti de l’université, les résultats ont montré que le bâtiment en bois reste légèrement plus cher à produire, en termes de coûts de matériaux.
Un panneau préfabriqué est levé en place lors de la construction de la maison Brock Commons Tallwood à Vancouver.

Un panneau préfabriqué est levé en place lors de la construction de la maison Brock Commons Tallwood à Vancouver. Crédit: Acton Ostry Architects / Pollux Chung

Mais des économies peuvent être trouvées par d’autres moyens, a-t-il déclaré lors d’un entretien téléphonique. En particulier, la possibilité de préfabriquer ou de fabriquer en usine des composants en bois signifie que d’autres coûts de construction peuvent baisser.

« Si vous pouvez le faire plus rapidement et ouvrir le bâtiment plus rapidement, vous n’avez pas besoin de prêter de l’argent aussi longtemps et vous pouvez obtenir un retour sur investissement plus rapidement », a déclaré Oldfield, qui est également l’auteur du livre 2019 « The Sustainable Tall Building: A Design Primer », ajoutant:« Ce que nous constatons, c’est que le bois de construction est moins les avantages de la durabilité, et plus les avantages pour les entrepreneurs et les clients.

Pour Green, le vrai point de basculement ne viendra pas lorsque le bois sera aussi bon marché – mais quand il sera moins cher.

« Nous ne sommes pas au point où (le bois est) moins cher », a-t-il déclaré. « Et nous voulons que ce soit moins cher parce que, en fin de compte, c’est ce qui régit l’ensemble de l’industrie – la solution la moins chère.

« Nous devons résoudre le changement climatique en rendant les choses plus abordables, pas en demandant aux gens de les aspirer et de payer plus, car cela ne fonctionne pas. »

Restrictions légales

Des designers comme Green osent désormais rêver grand. En collaboration avec Sidewalk Labs, une entreprise appartenant à la société mère de Google, Alphabet, l’architecte canadien a proposé de transformer un quartier riverain à Toronto avec une douzaine de bâtiments en bois mesurant entre 10 et 35 étages.
Ailleurs, la firme britannique PLP Architecture a créé des propositions pour trois gratte-ciel en bois, dont un Tour de 984 pieds de haut au coeur de Londres. La société japonaise Sumitomo Forestry, quant à elle, prévoit de dépenser 600 milliards de yens (5,6 milliards de dollars) pour construire un Gratte-ciel en bois de 1148 pieds de hauteur en 2041 pour marquer son 350e anniversaire.
Un rendu numérique de la proposition audacieuse de PLP Architecture pour une tour de 984 pieds de haut au cœur de Londres.

Un rendu numérique de la proposition audacieuse de PLP Architecture pour une tour de 984 pieds de haut au cœur de Londres. Crédit: Architecture PLP

Mais alors que ces architectes croient clairement au potentiel structurel du bois massif, il reste des barrières très pratiques à la réalisation de tels projets: les règles de construction.

La dernière mise à jour Le code du bâtiment international (IBC), que de nombreux pays et États américains utilisent comme modèle de base pour leurs propres réglementations, permettra aux bâtiments en bois de s’élever à 18 étages pour la première fois. La décision est importante étant donné qu’avant 2018, lorsque l’Oregon est devenu le premier état américain pour autoriser les bâtiments en bois de 18 étages, nulle part en Amérique ne permettait quoi que ce soit supérieur à six.

Les changements entreront en vigueur en 2021 – bien qu’ils ne soient que consultatifs. Certains pays, comme la Norvège, ont déjà des restrictions de hauteur plus lâches en place, tandis que d’autres pays et États américains peuvent opter pour des codes du bâtiment plus stricts que ceux décrits dans l’IBC.

Et il reste des données limitées sur la façon dont les grandes tours en bois répondront, à long terme, à une variété de risques, des conditions météorologiques extrêmes aux termites et à l’humidité.

La question la plus controversée reste le risque d’incendie. La National Association of State Fire Marshals, par exemple, s’est opposée à la récente mise à jour du Code international du bâtiment, citant un manque d’essais au feu requis, entre autres préoccupations. Dans un communiqué, l’organisation a déclaré que les changements étaient le résultat d’un « jugement professionnel » plutôt que de la science, ajoutant que permettre des structures en bois plus grandes « sans tests et justification appropriés » était « prématuré et aurait un impact significatif sur l’environnement de suppression des incendies ».
L’industrie du béton a également été un critique vocal. Selon Construisez avec force, une coalition américaine formée par la National Ready Mixed Concrete Association, le bois lamellé-croisé est « un matériau non prouvé qui présente des risques d’incendie majeurs, en particulier dans les constructions de grande hauteur ». En plus des inquiétudes concernant la déforestation, le groupe affirme que les gicleurs sont inefficaces pour empêcher les flammes de se propager à travers les bâtiments en bois. Il cite également recherche ce qui suggère que les panneaux de CLT exposés peuvent conduire à une «ré-éruption et une nouvelle croissance» des incendies.

Les partisans du bois massif, cependant, soutiennent que ce n’est pas seulement sûr – c’est en fait préférable, car le bois brûle de manière plus prévisible.

Des études ont également montré qu’un plancher en CLT de sept pouces d’épaisseur résistance au feu de deux heures, qui selon le département des forêts du département américain de l’Agriculture « répondra aux préoccupations concernant la performance au feu des bâtiments en bois et les aidera à atteindre de nouveaux sommets ». L’acier, en revanche, est sujet à un effondrement soudain, a déclaré Elgsaas. À certaines températures, il peut «perdre sa capacité de charge et se transformer en spaghetti».
La tour principale du Centre culturel Sara à Skellefteå, en Suède, deviendra l'une des plus hautes structures en bois massif au monde lors de son ouverture en 2021.

La tour principale du Centre culturel Sara à Skellefteå, en Suède, deviendra l’une des plus hautes structures en bois massif au monde lors de son ouverture en 2021. Crédit: Arkitekter blanc

Le vert compare le bois massif à une grosse bûche placée sur un feu de camp – il n’attrape pas la lumière immédiatement et il brûle lentement une fois qu’il le fait.

« Dans un grand incendie catastrophique, généralement, si vous demandez aux pompiers d’aller dans un bâtiment en bois lourd par rapport à un bâtiment en acier, ils préfèrent de loin (le premier) », a-t-il déclaré. « Parce que même si les poutres sont carbonisées, elles peuvent rapidement déterminer la quantité de charbon et donc la quantité de bois restant. »

Les réglementations sont invariablement à la traîne de la technologie, a ajouté Elgsaas, chaque tour achevée contribuant à atténuer les problèmes d’efficacité et de sécurité.

« Plus nous verrons de bâtiments repousser la limite, plus il sera facile de proposer de nouveaux codes du bâtiment et de relever la barre de ce qui est possible », a-t-il déclaré.

Changement de culture

Les changements dans la réglementation entraîneront une transformation des attitudes culturelles envers le bois, soutient Green. Alors que le passage à l’architecture en bois pourrait représenter le changement le plus fondamental dans la façon dont nous construisons les gratte-ciel depuis le début du 20e siècle, dans des endroits avec une longue tradition de bâtiments en bois, tels que le nord de l’Europe ou l’Amérique du Nord, ce peut être moins une révolution et plus une renaissance .

« Nous avions l’habitude de construire de grands bâtiments en bois géants en Amérique du Nord et dans le monde, mais nous nous sommes vraiment arrêtés lorsque le béton est apparu », a expliqué M. Green, ajoutant que les grands incendies de la ville avaient freiné l’enthousiasme pour le matériau. Dans les années 1840, la décennie où le béton armé a été inventé, New York, Pittsburgh, Saint-Louis et Toronto ont tous été dévastés par des flammes qui se sont rapidement propagées à travers des bâtiments à ossature en bois densément emballés.

« Il y a eu des incendies dans de grandes villes, et naturellement nous avons dit: » Eh bien, ne construisons plus avec des matériaux combustibles « (…) Nous savions que nous pouvions construire ces grands bâtiments, mais nous avons juste cessé d’en parler. »

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Dans les villes hyper-modernes avec peu d’histoire de la construction en bois, comme Shenzhen ou Dubaï par exemple, son retour peut être peu enthousiaste. Selon Green, les développeurs et architectes gagnants devraient s’articuler autour de ce qu’il considère comme les avantages de la conception du bois.

« Recadrer les notions de ce qu’est la modernité, ce que devraient être les formes, ce qui rend les gens plus confortables et ce qui améliore la qualité de l’espace, doit être lié aux problèmes humains – se sentir moins stressé, être en meilleure santé, être plus productif, apprendre plus vite « , at-il dit. « Ce doivent être les principes déterminants d’une bonne conception. »

La recherche a suggéré que le fait d’être dans des environnements organiques peut avoir un certain nombre d’avantages pour la santé. UNE Étude autrichienne de 2010, par exemple, ont constaté que les élèves des salles de classe en bois étaient plus détendus et dormaient mieux que ceux des salles construites avec des matériaux traditionnels.

Elgsaas atteste également des bienfaits psychologiques du bois. Il décrit les colonnes en bois apparentes de Mjøstårnet, avec leur aspect organique et leurs différents motifs de grain, comme possédant un certain caractère que le béton uniforme ne peut tout simplement pas atteindre.

« Les gens qui y vivent, y restent et y travaillent disent que cela semble beaucoup plus propre, d’une certaine manière », a-t-il déclaré.

Défis à venir

Malgré un enthousiasme croissant pour les gratte-ciel en bois, des défis environnementaux à long terme demeurent. D’une part, si le bois massif doit fournir ses prétendues économies de carbone, les arbres utilisés doivent provenir de forêts durables, a déclaré Oldfield de l’UNSW.

« Si CLT va devenir un matériau de construction majeur pour nous au cours des 30 prochaines années, nous devons commencer à planter les arbres maintenant », a-t-il ajouté. « Nous avons examiné la quantité de bois dont nous aurions besoin si, d’ici 2050, par exemple, 30% des nouveaux bâtiments étaient construits en CLT – et nous parlons de cultiver une toute nouvelle forêt de 100 sur 100 kilomètres.

« Et il y a de grandes questions à savoir si vous devriez même construire des forêts comme ça, car ce sont des monocultures, alors que les forêts naturelles ont une biodiversité. »

La société japonaise Sumitomo Forestry prévoit de dépenser 600 milliards de yens (5,6 milliards de dollars) pour construire un gratte-ciel en bois de 1148 pieds de haut en 2041 pour marquer son 350e anniversaire.

La société japonaise Sumitomo Forestry prévoit de dépenser 600 milliards de yens (5,6 milliards de dollars) pour construire un gratte-ciel en bois de 1148 pieds de haut en 2041 pour marquer son 350e anniversaire. Crédit: Sumitomo Forestry Co., Ltd.

Les recherches d’Oldfield soulèvent également une autre question à long terme qui doit être abordée: qu’advient-il du carbone séquestré lorsque le bâtiment est finalement détruit, même si c’est des décennies ou des siècles plus tard? Et cela annule-t-il les avantages de l’utilisation du matériel en premier lieu?

« Si vous enterrez les éléments en bois et qu’ils se décomposent – ou si vous brûlez le bâtiment à la fin de sa vie – vous fuyez ce dioxyde de carbone dans l’atmosphère », a-t-il déclaré.

Aborder ces questions est pour les années et les décennies à venir. Pour l’instant, cependant, il semble que les développeurs peu coûteux envisagent les nombreuses possibilités du matériel. L’architecte Elgsaas a déclaré que le bois s’est révélé le mieux adapté à Mjøstårnet – mais il reste ouvert sur la façon dont les gratte-ciel du futur pourraient être construits.

« Je ne prends pas parti – je ne suis pas pro-bois ou pro-béton », a-t-il dit. « Je pense qu’il est important que nous utilisions le bon matériel pour le bon travail. »

Cet article a été mis à jour avec les détails du projet torontois de Sidewalk Labs.

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