Des « produits bois » reformulés
L’utilisation du bois dans le secteur BTP connaît un renouveau :
le nombre de permis accordés pour la construction de bâtiments à
ossature en bois augmente, notamment en Pays de la Loire où sont émis
9 % des permis individuels nationaux. De plus, comme cette utilisation
est faiblement consommatrice d’énergie grise1 et permet le stockage
de gaz à effet de serre tels que le CO2, la loi impose depuis 2005 le
recours à un volume minimal de bois dans les nouveaux bâtiments,
qui est fonction des dimensions de ces édifices.2
Cette utilisation n’est cependant pas exempte de problèmes liés
à la préservation de l’environnement et à la santé. En la matière,
la réglementation française impose notamment que les matériaux de
construction respectent des limites d’émission de composés organiques
volatils (COV), molécules carbonées de masse relativement faible,
présentes initialement dans le matériau ou issues de sa dégradation, et
qui diffusent aisément dans l’air.3 Comme d’autres matériaux, le bois
laisse s’échapper des COV (en large partie responsables de son odeur
agréable), dont une minorité est potentiellement dangereuse pour la
santé humaine ; c’est le cas du formaldéhyde, présent naturellement
dans le bois à très faible dose et surtout dans de nombreuses colles
utilisées pour la réalisation de « produits bois » tels que les panneaux de
particules. Les émissions de ces colles ont été largement réduites depuis
leur création grâce à la diminution par un facteur 20 de leur teneur en
formaldéhyde lors des trois dernières décennies.4
Notre équipe de recherche étudie les émissions de formaldéhyde des
produits bois et des colles associées afin de les réduire davantage encore.
L’une des méthodes de mesure employées, simple et précise, consiste à
injecter dans de l’eau un échantillon d’air prélevé à la surface du matériau
étudié. La quasi-totalité du formaldéhyde est alors piégée et dissoute
dans l’eau. En présence d’un réactif chimique, l’eau se colore en jaune
avec une intensité proportionnelle à la quantité de formaldéhyde dissout ;
un système optique (spectrophotomètre) permet de mesurer cette teneur
et d’en déduire le débit d’émission du matériau.
Dans le cadre d’un projet cofinancé par la Région Pays de la Loire
et par des entreprises partenaires, nous avons contribué à la mise
au point de nouvelles colles à base de produits agricoles (protéines
céréalières, huiles végétales...) et dépourvues de formaldéhyde.5
Les débits d’émission obtenus avec ces colles sont très voisins de ceux
du bois massif (cf. le tableau). Toutefois, celles-ci restent très chères et ne
permettent pas encore de répondre à toutes les spécifications industrielles
(de durabilité de la résistance mécanique des panneaux, notamment) ;
elles ne peuvent donc pas encore être substituées totalement aux colles
à base de formaldéhyde, qui sont devenues extrêmement performantes.
Aussi la recherche de nouveaux matériaux liants, plus performants et
moins coûteux, est-elle poursuivie.
1. total d’énergie dépensée pour l’élaboration, la mise en oeuvre et le recyclage des matériaux
2. Ce volume minimal a été doublé en 2010. Cf. Nouveau décret n° 2010-273 de mars 2010 : Un décret multiplie par 10 la quantité de bois imposée dans les logements
3. Cf. sur le site du Ministère de l'écologie, du développement durable, du transport et du logement
4. Cf.le site de l'Observatoire de la qualité de l'air intérieur à propos des limites dont cette teneur fait l’objet.
5. Il est cependant impossible de supprimer totalement les émissions de formaldéhyde car la dégradation naturelle de la plupart des produits organiques en libère.
DOSSIER
Une ville habitable
Précautions environnementales
Des prévisions en béton
Les villes, les routes et les ports comptent de nombreuses infrastructures
en béton. Ces dernières sont dégradées par l’action de l’environnement,
en particulier par les ions chlorure du milieu marin qui les pénètrent
et déclenchent la corrosion de leurs armatures. Jusque récemment,
la conception et la réhabilitation de ces structures étaient essentiellement
fondées sur des études de faisabilité techniques et économiques ; elles
intègrent désormais des objectifs de développement durable notamment
via la réduction de leur impact environnemental.
Dans le cadre du projet Mareo1, nous étudions l’emploi de nouveaux
matériaux pour reconstruire la couche protectrice des armatures. Il s’agit
d’augmenter la durée après laquelle la concentration des ions chlorure
atteint le seuil d’initiation de la corrosion, afin de diminuer la fréquence
d’intervention (moins d’une fois tous les 30 ans, typiquement). Outre les
qualités du béton (dont la résistance à la corrosion), notre évaluation prend
en compte les consommations d’énergie et de matériaux, la production
de déchets et les émissions de CO2 qui sont abondantes car il faut
notamment extraire et remplacer l’ancien béton. Ces nouveaux critères
environnementaux sont comparés selon la technique utilisée : coffrage
(dispositif moulant), projection par voie humide (de l’eau est intégrée au
béton avant la projection par de l’air comprimé) ou par voie sèche (l’eau
est utilisée seulement pour réaliser la projection).
Le vieillissement du béton fait l’objet de modélisations et de simulations
qui sont confrontées à des observations. Les modèles décrivent l’entrée des
ions chlorure dans le béton et leurs effets, qui dépendent notamment de
la température et de l’humidité. L’originalité de notre approche consiste
dans une autre prise en compte, celle des incertitudes sur les propriétés
du matériau, sur les facteurs environnementaux et sur les interventions
elles-mêmes. Elle fournit ainsi, via des « espérances » d’émission de CO2
ou de coût global (comme on parle, par ailleurs, d’espérance de vie),
un outil d’aide au choix de la technique de réhabilitation.
Les résultats de nos calculs indiquent que les espérances d’émission de
CO2 relatives aux trois techniques diffèrent peu lors d’une seule phase de
réparation d’une structure en béton maritime. En revanche, les projections
sont les plus intéressantes sur une durée d’exploitation de 50 ans, et la
projection sèche l’est tout particulièrement après 100 ans (cf. le schéma). Ces
différences sont liées à la qualité du béton et à la quantité de déchets produits
lors d’une phase de réparation ; il convient donc de prendre en compte ces
aspects dans une gestion durable des ouvrages en béton armé.
1. projet national « Évaluation probabiliste de la dégradation et des stratégies de maintenance durables de structures en béton armé en environnement maritime » du pôle de compétitivité « Génie civil - Écoconstruction »)
Projection des émissions de CO2 © GeM et RC2C• Durabilité et dégradations des structures en génie civil, revue Essais et Simulations, n°107 (Association des sciences et techniques de l’environnement, 2011)
Des eaux moins souillées
En milieu urbain, les sources de polluants
(métaux lourds, hydrocarbures issus de
combustion, pesticides, etc.) sont nombreuses
et souvent d’origine humaine : trafic automobile,
chauffage, activités industrielles, traitements
de surfaces... Les polluants émis dans l’air se
déposent sur les surfaces, puis, quand celles-ci
sont lessivées par les pluies, ils rejoignent le
milieu naturel via les eaux de ruissellement.
L’Observatoire nantais des environnements
urbains (Onevu), mis en place en 2006 dans
le cadre de l’IRSTV1, a pour objectif d’établir
des bilans des flux d’eau, de polluants et de
chaleur à l’échelle d’un bassin versant2. Une
étude visant à connaître l’origine des polluants,
fondée sur la caractérisation des dépôts et des
eaux de ruissellement, est menée actuellement
dans le quartier nantais du Pin-Sec, objet d’un
suivi pluriannuel et dont le bassin versant
couvre 30 hectares. À terme, les résultats
pourraient permettre de réduire les pollutions
par une sélection des matériaux et des pratiques
d’entretien de surface les moins propices à ces
transferts indésirables.
La mesure des dépôts atmosphériques est
délicate. La méthode que nous avons développée
repose sur l’utilisation du béryllium 7 (7Be).
Ce radioélément naturellement présent dans
l’atmosphère permet de « tracer » efficacement
un grand nombre d’aérosols (petites particules en
suspension dans l’air) car il se dépose de la même
façon que ces aérosols et ses rayonnements
le rendent relativement facile à quantifier.
Les mesures sont intégrées sur un mois afin que
les dépôts soit suffisants en quantité. La vitesse
de dépôt est définie par Vd = -F/C, où F est le flux
surfacique de dépôt sec des particules (nombre
de particules déposées par m2 et par seconde ;
par convention, la valeur de F est négative) et
C (particules par m3) la concentration des
particules de l’aérosol dans l’air à proximité
de la surface. Connaissant la concentration en
métaux des aérosols, on utilise Vd pour calculer
les flux de dépôt moyens de ces métaux.
Notre dispositif expérimental comprend des
capteurs d’air et un bâti sur lesquels sont fixés
des échantillons (éprouvettes) de différents types
de surfaces urbaines (tuile, enduit de façade,
verre...) ; un flux de dépôt est évalué pour chacun
de ces types. En effet, il a été démontré que
le dépôt dépend fortement de la nature de la
surface et de la turbulence de l’air : à conditions
égales, un aérosol se dépose 10 fois plus vite sur
de l’herbe ou du bitume que sur du verre.
À partir de nos résultats expérimentaux, nous pouvons calculer les flux de polluants au sein du bassin versant : un
recensement des surfaces présentes dans le quartier du Pin-Sec est en
cours ; une fois celui-ci achevé, les flux de dépôt, évalués grâce à nos
éprouvettes et à des mesures de concentration dans l’air effectuées in
situ, seront multipliés par les aires des surfaces recensées. Enfin, le bassin
versant du Pin-Sec est équipé d’un réseau d’assainissement séparatif (les
eaux usées et les eaux pluviales sont collectées dans des tuyaux séparés) ;
en comparant les flux de dépôt et les flux de polluants mesurés3 au niveau
de l’exutoire des eaux pluviales, il deviendra possible de connaître la
contribution de l’atmosphère à la pollution globale du bassin versant.
1. Institut de recherche en sciences et techniques de la ville
2. territoire sur lequel les eaux de pluie convergent en un seul lieu (exutoire)
3. en collaboration avec l’IRSN, Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire
Dispositif de mesure de dépôts d’aérosols à l’Ifsttar-Nantes et Capteur d’air dans le quartier du Pin-Sec ©IRSN et Ifsttar• Mel de Véronique Ruban : veronique.ruban@ifsttar.fr
• Le secteur atelier pluridisciplinaire (SAP), un observatoire de l’environnement urbain – présentation des premiers résultats du suivi hydrologique et microclimatique du bassin du pin sec (Nantes), V. Ruban et alii, revue BLPC, n°277 (juil-sept. 2010)
• Quantification des sources de polluants dans un bassin versant séparatif à Nantes: des retombées atmosphériques jusqu'au réseau d'assainissement, K. Lamprea, V. Ruban et D. Deneele, revue TSM, n°7 (2009)