Un laboratoire de recherche en bois de feuillus
L'ETH Zurich construit actuellement un nouveau bâtiment sur le Hönggerberg, dans lequel elle teste plusieurs technologies innovantes ainsi que de nouveaux éléments de construction en bois de feuillus suisses. L'immeuble de bureaux, qui fait également office de laboratoire de recherche, devrait être inauguré en mai 2015.
Le bâtiment dont le dernier étage est actuellement en construction présente de nombreux avantages : Grâce à la simplicité de l'ossature, le plan est flexible, les murs intérieurs et extérieurs peuvent être disposés à volonté. Des façades transparentes et une enveloppe extérieure sans joints doivent en faire un lieu de travail agréable. Mais le bâtiment, baptisé House of Natural Resources (HoNR) est bien plus qu'un simple immeuble de bureaux - c'est un laboratoire de construction durable où l'ETH Zurich teste de nouvelles technologies et des éléments de construction qui n'ont jamais été utilisés ailleurs.
Projet transdisciplinaire
Lorsque le Laboratoire de recherches hydrauliques hydrologiques et glaciologiques (VAW) a déménagé du centre-ville au Hönggerberg au printemps 2013, il est vite apparu que ses scientifiques avaient besoin de bureaux supplémentaires. Pourquoi ne pas profiter de l'occasion pour faire de l'annexe un projet de recherche transdisciplinaire ? Six professeurs de l'ETH issus des instituts de statique et de construction, de matériaux de construction et de technologie en architecture se sont laissés séduire par l'idée et réalisent désormais leurs projets de recherche directement sur le bâtiment.
Dans la House of Natural Resources, des éléments solaires doivent être orientés à l'aide de modules en bois et une façade solaire adaptative doit fournir de l'électricité supplémentaire. Une nouvelle façade en bois promet en outre une résistance accrue aux intempéries et une plus grande stabilité. Ces éléments sont encore en cours de planification. Les deux projets de recherche consacrés à l'utilisation innovante du bois de feuillus sont déjà en cours de construction.
Utilisation unique du bois de feuillus suisse
Ainsi, une nouveauté mondiale est utilisée dans le projet : un plafond composite bois-béton avec du bois de hêtre provenant de forêts suisses. Un panneau de placage en bois de hêtre d'environ quatre centimètres d'épaisseur sert à la fois d'élément de coffrage et d'armature, tout en constituant une surface attrayante. Des orientations en forme de poches dans le panneau assurent la liaison avec la couche de béton de 16 centimètres d'épaisseur qui est appliquée. On obtient ainsi une dalle mixte dont les propriétés portantes sont similaires à celles des dalles en béton armé, les éléments porteurs les plus utilisés en Suisse.
La construction du cadre de l'HoNR est également en bois suisse et est unique pour plusieurs raisons : les piliers sont composés à 100 % de frêne, les sponsors sont composés de frêne et d'épicéa afin d'augmenter la résistance. Pour les deux composants, on a utilisé ce que l'on appelle du bois lamellé-collé, dans lequel différentes lamelles de bois sont collées les unes sur les autres dans le même sens des fibres. Les nœuds où se rencontrent le sponsor et le pilier sont renforcés par du bois de feuillus et sont particulièrement rigides. De plus, tous les sponsors sont précontraints par un câble qui traverse le bois à l'intérieur. Les sponsors se centrent ainsi eux-mêmes et l'ensemble de la structure porteuse est particulièrement déformable, ce qui la rend nettement plus résistante aux tremblements de terre. "Cette construction d'un nouveau genre, que nous avons développée dans le cadre d'un projet CTI en cours et que nous testons pour la première fois au HoNR, peut être bien préfabriquée et montée rapidement. De ce fait, non seulement le plafond mixte, mais aussi la structure cadre précontrainte sont très économiques", explique le chef de projet Andrea Frangi, professeur de construction en bois à l'Institut de statique et de construction de l'ETH Zurich.
Davantage de bois de feuillus en raison du réchauffement climatique
Le projet de recherche montrera si cette construction de cadre et ce type de plafond composite bois-béton font leurs preuves à long terme. Comme les chercheurs surveillent en permanence le HoNR à l'aide de capteurs, ils peuvent pour la première fois étudier le comportement structurel dans un bâtiment réel en usage pendant plusieurs années. Et comme les collègues de la VAW utilisent le bâtiment, les chercheurs peuvent non seulement observer des grandeurs mesurables comme les déformations, les oscillations, les tensions, mais aussi intégrer dans leur étude les perceptions subjectives des utilisateurs - comme le bien-être, le confort, la perception des vibrations. Des données précieuses qu'il serait impossible de collecter avec de simples essais en laboratoire.
Le projet de l'ETH accorde une importance particulière à l'utilisation de bois de feuillus, car la proportion de ces derniers augmente dans les forêts suisses en raison du réchauffement climatique. Mais jusqu'à présent, le bois de hêtre, par exemple, est principalement utilisé pour l'aménagement intérieur et les meubles, ou directement pour l'utilisation énergétique ; ce dernier cas est peu judicieux d'un point de vue écologique. Si le bois est d'abord utilisé de la manière la plus qualitative possible, par exemple dans la construction en bois, et qu'il n'est brûlé qu'à la fin de son cycle de vie après d'autres étapes de valorisation, cela améliore considérablement le bilan des émissions.
"Construction durable"
comme thème stratégique prioritaire
L'ETH Zurich a défini la "construction durable" comme thème stratégique prioritaire. La House of Natural Resources est un objet de recherche, d'enseignement et de démonstration qui permet à l'ETH Zurich de démontrer la faisabilité de ses recherches dans ce domaine et de rendre possible la recherche transdisciplinaire.
Outre la House of Natural Resources, l'ETH Zurich a également créé plusieurs nouvelles chaires qui renforcent les compétences existantes en matière d'enseignement et de recherche dans le domaine de la construction durable. Il s'agit en outre d'intensifier les activités de recherche transdisciplinaires dans ce thème prioritaire, de favoriser le transfert de savoir et de renforcer la formation de la relève pour l'industrie de la construction.
Les coûts de construction du HoNR s'élèvent à environ six millions de francs suisses. Une partie du financement a été fournie par l'ETH Zurich Foundation au moyen de donations. L'Office fédéral de l'environnement (OFEV) soutient financièrement la construction du HoNR à hauteur de 500 000 francs suisses au titre de la promotion des technologies environnementales. Avec le plan d'action bois, l'OFEV s'engage à ce que le bois de feuillus soit davantage utilisé comme matériau, par exemple dans la construction. Outre l'OFEV, l'initiative de l'UE page externeClimate-KIC un partenaire important du HoNR. Le projet Climate-KIC "Building Technologies Accelerator" (BTA), dont l'ETH Zurich est le Leading Partner, se concentre sur le développement et la mise sur le marché de technologies qui conduisent à des réductions mesurables de CO2-réductions des émissions de gaz à effet de serre. Climate-KIC participera à hauteur de plusieurs millions au développement technologique de l'ETH dans le domaine de la durabilité de la construction au cours des six prochaines années. Le HoNR, qui est l'un des six Living Labs européens du projet BTA, sert de projet phare et doit aider à établir plus rapidement de nouvelles technologies de construction sur le marché.