La révolution des gratte-ciel en bois est-elle arrivée ?

Tour d’horizon actuel de la construction bois en grande hauteur paru chez CNN

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Entourée de terres agricoles et comptant moins de 10 000 habitants, la ville norvégienne de Brumunddal peut sembler être le cadre improbable d’un record de hauteur. Mais s’élevant au-dessus du lac Mjøsa voisin, à plus de 100 kilomètres au nord d’Oslo, la tour Mjøstårnet, haute de 85 mètres, est devenue le plus haut bâtiment en bois du monde lors de son inauguration l’année dernière.

Mjøstårnet. Voll Arkitekter AS / RicardoFoto

La structure de 18 étages comprend des appartements, des bureaux et l’hôtel Wood, qui porte bien son nom. Au-delà de l’inscription d’une petite ville sur la carte du monde, elle a permis de démontrer que le bois peut offrir une alternative durable au béton et à l’acier.

« Pour attirer l’attention, il faut construire haut », a déclaré Øystein Elgsaas, un partenaire du cabinet d’architecture derrière la tour record, Voll Arkitekter. Et quand vous avez le plus haut bâtiment en bois du monde, tout le monde se 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 : montrer que c’est possible, et inspirer les autres à faire de même ».

Ce record a été réalisé grâce à un type de bois d’ingénierie appelé bois lamellé-croisé, ou CLT. Il est produit en collant des bandes de bois lamellé à 90 degrés les unes par rapport aux autres, avant qu’elles ne soient comprimées en énormes poutres ou panneaux sous une pression extrême.
Les tours en bois qui en résultent – parfois appelées plyscrapers – étaient autrefois l’apanage des seuls concepteurs. Mais grâce à l’évolution des règles de construction et à l’évolution des attitudes à l’égard du matériau, elles deviennent rapidement une réalité.

HoHo Vienna / Michael Baumgartner / KiTO

Une série de nouvelles tours en bois devrait voir le jour ou ouvrir en 2020. HoHo Vienna, un complexe à usage mixte d’à peine 1.50m plus petit que Mjøstårnet, vient d’ouvrir ses portes en Autriche. Et si l’Europe a traditionnellement mené la charge, l’Amérique du Nord rattrape rapidement son retard.

À Vancouver, ville qui abrite déjà une résidence universitaire en bois de 53 mètres de haut, l’architecte Shigeru Ban, lauréat du prix Pritzker, a conçu un complexe de condos « hybrides » 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 72 mètres, Ascent, devraient commencer en juin.

L’économie du climat

Les défenseurs du bois massif affirment que, par rapport aux options existantes, ces tours sont plus rapides à construire, plus solides et, ce qui est peut-être le plus surprenant, plus sûres en cas d’incendie. Toutefois, 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 mondiale et 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 au contraire tout au long de leur vie.

Si ces arbres sont ensuite transformés en bois de construction, ce carbone est « enfermé », ou séquestré, plutôt que de retourner 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 promoteurs du complexe d’appartements Ascent de Milwaukee, par exemple, affirment que l’utilisation du bois représente l’équivalent du retrait de 2 100 voitures de la route.

Brock Commons Tallwood House. Acton Ostry Architects/Michael Elkan

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

Comptabiliser le coût

Le bois lamellé-collé est utilisé pour les bâtiments de faible hauteur dans des pays européens comme l’Allemagne et l’Autriche depuis les années 1990, et les avantages environnementaux de l’utilisation du bois de masse sont connus depuis longtemps.
Alors pourquoi cet intérêt récent ?
Selon l’architecte Michael Green, un défenseur de longue date – et concepteur – des bâtiments en bois, il y a « tout un tas de choses qui convergent en ce moment ». Mais depuis son Ted Talk de 2013, dans lequel il a prédit une « révolution » à venir dans la construction en bois, il y a eu un changement particulièrement important : le coût.

Proto-Model X. Sidewalk Labs/Michael Green Architecture

Comme le bois de masse devient de plus en plus courant, de plus en plus 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 Ted Talk, il n’y avait pas de véritable infrastructure », a déclaré Green. « Au fur et à mesure que la concurrence s’intensifie, les coûts diminuent. »

Le prix a toujours été « une barrière », a déclaré M. Green. Prenons le projet 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 a été abandonné en raison des inquiétudes quant à sa faisabilité commerciale. Ou encore Framework, une ambitieuse tour en bois de 45 mètres de haut à Portland, dans l’Oregon, qui devait être la plus haute tour en bois des États-Unis avant d’être annulée pour des raisons de coût l’année dernière.
Cependant, le coût du bois lamellé-collé a baissé ces dernières années et est maintenant « au même niveau » que les matériaux traditionnels, a déclaré M. Green. De même, M. Elgsaas a rapporté que le promoteur de la tour norvégienne Mjøstårnet a trouvé que le montant final était « à peu près le même » que celui d’une alternative en acier et en béton.

Des chercheurs de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) en Australie ont récemment terminé une étude de 18 mois comparant un haut bâtiment en bois avec un équivalent en béton et en acier. Selon Philip Oldfield, professeur associé à la faculté de l’environnement bâti de l’université, les résultats ont montré que le bâtiment en bois reste marginalement plus cher à produire, en termes de coûts de matériaux.

Brock Commons Tallwood House. Acton Ostry Architects/Pollux Chung

Mais il existe d’autres moyens de faire des économies, a-t-il déclaré. En particulier, la possibilité de préfabriquer, ou de construire en usine, des éléments en bois signifie que d’autres coûts de construction peuvent diminuer.

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

Pour Green, le véritable point de basculement ne se produira pas lorsque le bois sera aussi bon marché, mais lorsqu’il sera moins cher.
« Nous n’en sommes pas au point où le bois est moins cher », a-t-il déclaré. « Et nous voulons qu’il soit moins cher parce que, au bout du compte, c’est ce qui régit toute l’industrie, la solution la moins chère. Nous devons résoudre le problème du changement climatique en rendant les choses plus abordables, et non pas en demandant aux gens de payer plus cher, parce que cela ne fonctionne pas ».

Restrictions légales

Les designers comme Green osent maintenant rêver en 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 de Toronto situé au bord de la rivière en une douzaine de bâtiments en bois mesurant entre 10 et 35 étages.

Ailleurs, le cabinet britannique PLP Architecture a élaboré des propositions pour trois gratte-ciel en bois, dont une tour de 300 mètres de haut au cœur de Londres.

PLP Architecture

La société japonaise Sumitomo Forestry, quant à elle, déclare qu’elle prévoit de dépenser 600 milliards de yens (5,6 milliards de dollars) pour construire un gratte-ciel en bois de 350 mètres en 2041 pour marquer son 350e anniversaire.

Mais si ces architectes croient clairement au potentiel structurel du bois de masse, il reste des obstacles très pratiques à la réalisation de tels projets : les réglementations en matière de construction.
La dernière mise à jour du Code international de la construction (IBC), que de nombreux pays et États américains utilisent comme modèle de base pour leurs propres réglementations, permettra pour la première fois à des bâtiments en bois de s’élever à 18 étages. Cette décision est importante car, avant 2018, lorsque l’Oregon est devenu le premier État américain à autoriser les bâtiments en bois de 18 étages, aucun autre État américain n’autorisait les bâtiments de plus de six étages.

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

Et il reste peu de données sur la façon dont les grandes tours en bois réagiront, à long terme, à divers risques, allant des conditions météorologiques extrêmes aux termites et à l’humidité.

L’épreuve du feu

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 de la construction, invoquant notamment le manque d’essais au feu requis. Dans une déclaration, l’organisation a déclaré que les changements étaient le résultat d’un « jugement professionnel » plutôt que de la science, ajoutant qu’autoriser des structures en bois plus grandes « sans tests et justifications appropriés » était « prématuré et aurait un impact significatif sur l’environnement de suppression des incendies ».

L’industrie du béton a également été très critique. Selon Build With Strength, une coalition américaine formée par la National Ready Mixed Concrete Association, le bois lamellé-collé 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 sprinklers sont inefficaces pour empêcher les incendies de se propager dans les bâtiments en bois. Il cite également des recherches suggérant que les panneaux CLT exposés peuvent conduire à la « recrudescence et à la reprise » des incendies.

Les partisans du bois de masse, cependant, affirment qu’il n’est pas seulement sûr – il est en fait préférable, car le bois brûle de manière plus prévisible.

Des études ont également montré qu’un plancher CLT de 18cm d’épaisseur a une résistance au feu de deux heures, ce qui, selon le département des forêts du ministère américain de l’agriculture, « répondra aux préoccupations concernant la performance au feu des bâtiments en bois et aidera à les porter à de nouveaux sommets » . L’acier, en revanche, est sujet à un effondrement soudain, a déclaré M. Elgsaas. A certaines températures, il peut « perdre sa capacité de charge et se transformer en spaghetti ».

Skellefteå, Suède. White Arkitekter

Green compare le bois de masse à une grosse bûche placée sur un feu de camp : il ne s’enflamme pas immédiatement, et il brûle lentement une fois qu’il l’a fait.

« Dans un grand incendie catastrophique, en général, si vous demandez aux pompiers d’entrer dans un bâtiment en bois massif plutôt que dans un bâtiment en acier, ils préfèrent de loin entrer dans le premier », dit-il. « Parce que bien que les poutres soient carbonisées, ils peuvent rapidement dire combien il y a de charbon, et donc combien il reste de bois. »

« Les réglementations sont invariablement à la traîne par rapport à la technologie », a ajouté M. Elgsaas, chaque tour achevée contribuant à apaiser les inquiétudes concernant l’efficacité et la sécurité. Plus nous verrons de bâtiments qui repoussent les limites, plus il sera facile de proposer de nouveaux codes de construction et de relever la barre de ce qui est possible », a-t-il déclaré.

Une culture en mutation

Avec les changements de réglementation, il y aura une transformation des attitudes culturelles envers le bois, affirme Green. Si 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 les endroits ayant une longue tradition de bâtiments en bois, comme l’Europe du Nord ou l’Amérique du Nord, il pourrait s’agir moins d’une révolution que d’une renaissance.

« Nous avions l’habitude de construire de grands et gigantesques bâtiments en bois en Amérique du Nord et dans le monde entier, mais nous avons vraiment arrêté lorsque le béton est apparu », a expliqué M. Green, ajoutant que les incendies des grandes villes ont freiné l’enthousiasme pour ce matériau. Dans les années 1840, la décennie où le béton armé a été inventé, New York, Pittsburgh, St. Louis et Toronto ont tous été dévastés par des incendies qui se sont rapidement propagés dans des bâtiments à ossature bois densément peuplés.
« Il y a eu quelques grands incendies dans les 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 simplement arrêté d’en parler. »

Dans les villes hyper-modernes où la construction en bois est peu répandue, comme Shenzhen ou Dubaï par exemple, le retour du bois peut susciter un enthousiasme limité. Selon M. Green, les promoteurs et les architectes devraient s’intéresser à ce qu’il considère comme les avantages du bois en matière de conception.

Les bienfaits psychologiques du bois

« Recadrer les notions de ce qu’est la modernité, de ce que devraient être les formes, de ce qui rend les gens plus en confort et de ce qui améliore la qualité de l’espace, doit être lié aux questions humaines – se sentir moins stressé, être en meilleure santé, être plus productif, apprendre plus vite », a-t-il déclaré. « Ce sont là les principes qui définissent une bonne conception ».

Des recherches ont suggéré que le fait d’être dans un environnement organique peut avoir un certain nombre de bienfaits pour la santé. Une étude autrichienne de 2010, par exemple, a révélé que les étudiants des classes en bois étaient plus détendus et dormaient mieux que ceux des classes construites avec des matériaux traditionnels.

Elgsaas atteste également des bienfaits psychologiques du bois. Il décrit les colonnes de bois exposées 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 personnes qui y vivent, y séjournent et y travaillent disent qu’elles se sentent beaucoup plus propres, d’une certaine manière », dit-il.

Les défis à venir

Malgré l’enthousiasme croissant pour les tours en bois, les défis environnementaux à long terme demeurent. D’une part, si le bois de masse doit permettre les prétendues économies de carbone, les arbres utilisés doivent provenir de forêts durables, a déclaré M. Oldfield de l’UNSW.

« Si le CLT doit être un matériau de construction important pour nous dans les 30 prochaines années, nous devons commencer à planter les arbres dès 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 fabriqués à partir de CLT – et nous parlons de faire pousser une toute nouvelle forêt de 100 kilomètres sur 100.
Et il y a de grandes questions sur le fait de savoir si vous devriez même construire des forêts comme ça, car ce sont des monocultures, alors que les forêts naturelles ont une biodiversité.»

Les recherches de M. Oldfield soulèvent également une autre question à long terme qui doit être traitée : Qu’advient-il du carbone séquestré lorsque le bâtiment est finalement abattu, même si c’est des décennies ou des siècles plus tard ? Et cela annule-t-il les avantages de l’utilisation de ce matériau 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 renvoyez ce dioxyde de carbone dans l’atmosphère », a-t-il déclaré.

La réponse à ces questions est pour les années et les décennies à venir. Pour l’instant, il semble toutefois que les développeurs envisagent les nombreuses possibilités du matériau. L’architecte Elgsaas a déclaré que le bois s’est avéré être le meilleur choix pour Mjøstårnet, mais il garde l’esprit ouvert sur la façon dont les gratte-ciels du futur pourraient être construits.
« Je ne prends pas parti, je ne suis ni pour le bois, ni pour le béton », a-t-il déclaré. « Je pense qu’il est important que nous utilisions le bon matériau pour le bon travail. »

Oscar Holland, CNN, 19.02.2020

CNN

Wooden skyscrapers -- sometimes dubbed "plyscrapers" -- were once the preserve of conceptual designers. But they are quickly becoming a reality. Find out why.

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