Matériaux de Construction à Empreinte Carbone Négative : Une Révolution Durable

Dans le contexte actuel de la lutte contre le changement climatique, l'industrie du bâtiment est un acteur clé de la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Saviez-vous que le secteur de la construction est responsable de près de 39 % des émissions mondiales de CO₂ [1]? Cela inclut les émissions directes provenant des matériaux utilisés, ainsi que celles liées à la production et leur transport. Face à ce défi, l'utilisation de matériaux à empreinte carbone négative s'impose comme une solution d'avenir [2]. Ces matériaux ne se contentent pas de limiter leur impact environnemental : ils contribuent activement à capter et à stocker du carbone pendant leur cycle de vie.

Dans cet article, nous allons explorer les avantages de ces matériaux et les exemples innovants de leur application dans le secteur du bâtiment.

Qu'est-ce qu'un Matériau à Empreinte Carbone Négative ?

Définition et explication du concept

Un matériau à empreinte carbone négative est un matériau qui, au cours de son cycle de vie complet, capture plus de dioxyde de carbone (CO₂) qu'il n'en émet [3]. Ce processus inclut l'extraction des matières premières, la production, la mise en œuvre, l'utilisation et même la fin de vie du matériau. Contrairement aux matériaux classiques, qui rejettent des quantités significatives de CO₂ dans l'atmosphère, les matériaux à empreinte carbone négative contribuent activement à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Ces matériaux capturent du carbone grâce à divers processus naturels ou technologiques. Par exemple, certains matériaux biosourcés, comme le bois ou le chanvre, absorbent naturellement le CO₂ de l’atmosphère lors de leur croissance, tandis que d’autres, comme les bétons spécifiques, intègrent des technologies de capture de carbone au cours de leur fabrication.

Différence avec les matériaux neutres en carbone

Les matériaux neutres en carbone, bien qu’éco-responsables, diffèrent des matériaux à empreinte carbone négative. Les matériaux neutres en carbone émettent autant de CO₂ qu'ils en capturent ou compensent sur l’ensemble de leur cycle de vie, aboutissant à un bilan d’émissions net de zéro [4]. En revanche, les matériaux à empreinte carbone négative vont plus loin : ils retirent activement du CO₂ de l’atmosphère, dépassant le simple équilibre des émissions et réduisant de manière proactive la concentration globale de carbone dans l'air.

Bénéfices pour le secteur de la construction

L'utilisation de matériaux à empreinte carbone négative dans la construction offre des avantages environnementaux majeurs. En réduisant la quantité de CO₂ dans l’atmosphère, ces matériaux contribuent à la lutte contre le changement climatique tout en rendant les bâtiments plus durables. Leur adoption permet également de :

• Améliorer les certifications environnementales telles que LEED ou BREEAM, qui valorisent les bâtiments à faible empreinte carbone.

• Réduire la dépendance aux matériaux polluants, en favorisant l’utilisation de ressources renouvelables et à faible impact environnemental.

• Optimiser la performance énergétique des bâtiments, certains matériaux offrant également des propriétés isolantes ou régulatrices de température, réduisant ainsi les besoins en énergie.

  
  

En adoptant ces matériaux, le secteur de la construction peut jouer un rôle clé dans la transition vers des pratiques plus durables, tout en répondant aux exigences croissantes en matière de réglementation environnementale.

Types de Matériaux à Empreinte Carbone Négative

Le Bois Biosourcé

Le bois est l'un des matériaux les plus prometteurs en termes de construction durable, notamment grâce à sa capacité à stocker le CO₂. Lorsqu'un arbre pousse, il absorbe du dioxyde de carbone par photosynthèse et le stocke dans ses fibres. Ce CO₂ reste piégé tout au long de la vie de l’arbre et même après son abattage, tant que le bois n’est pas brûlé ou décomposé. Un mètre cube de bois peut stocker environ 1 tonne de CO₂ [5], ce qui en fait un excellent matériau pour réduire les émissions de carbone dans le secteur de la construction.

Les structures en bois lamellé-collé sont de plus en plus courantes dans les projets architecturaux. Ce type de bois, fabriqué à partir de plusieurs couches de bois collées entre elles, est non seulement résistant [6], mais il permet aussi de construire des bâtiments plus hauts et plus complexes. Par exemple, des projets emblématiques comme le Mjøstårnet en Norvège [7], la plus haute tour en bois du monde, utilisent du bois lamellé-collé, démontrant ainsi le potentiel de ce matériau dans les constructions modernes à faible empreinte carbone.

Enfin, pour que le bois soit réellement un matériau à empreinte carbone négative, il est essentiel d'assurer une gestion durable des forêts. Cela signifie planter de nouveaux arbres pour remplacer ceux qui sont abattus, éviter la déforestation illégale et utiliser des certifications comme FSC (Forest Stewardship Council) [8] pour garantir la durabilité des ressources forestières.

Le Béton à Capture de Carbone

Le béton, bien qu'ayant traditionnellement une empreinte carbone élevée, fait l’objet d’innovations qui le transforment en matériau à empreinte carbone négative. Le béton peut capturer du CO₂ pendant sa phase de durcissement grâce à un procédé appelé carbonatation [9]. Durant ce processus, le CO₂ réagit avec l'hydroxyde de calcium dans le béton pour former du carbonate de calcium, ce qui enferme définitivement le dioxyde de carbone dans le matériau. Ce mécanisme permet de réduire les émissions nettes associées à la production de béton.

Des projets pilotes ont déjà vu le jour, démontrant l'efficacité de ce béton innovant. Par exemple, la startup CarbonCure a développé une technologie permettant d’injecter du CO₂ capturé dans le béton lors de sa fabrication, réduisant ainsi l'empreinte carbone des constructions. Des infrastructures telles que des parkings ou des bâtiments industriels utilisent déjà ce type de béton, avec des résultats prometteurs en matière de réduction des émissions de CO₂ [10].

L’adoption à grande échelle de ce béton absorbant du CO₂ pourrait représenter une avancée majeure dans le secteur de la construction, en réduisant l'impact carbone de l’un des matériaux les plus utilisés au monde.

Les Matériaux Isolants Biosourcés : Chanvre et Lin

Les matériaux isolants biosourcés, comme le chanvre et le lin, sont de plus en plus plébiscités pour leurs capacités à capter du CO₂ et à améliorer la performance énergétique des bâtiments. Le chanvre, par exemple, est une plante qui pousse rapidement et absorbe d'importantes quantités de CO₂ pendant sa croissance. Transformé en matériau de construction, notamment en isolants thermiques, il continue à stocker ce carbone tout au long de son cycle de vie.

L'utilisation du chanvre dans l’isolation et la construction de murs est une option de plus en plus viable pour les constructions écologiques. Le béton de chanvre [11], un mélange de chaux et de chanvre, est non seulement léger et isolant, mais il contribue également à la régulation de l’humidité, tout en capturant du CO₂ pendant sa production. Ce matériau est utilisé dans des projets innovants, comme des maisons écologiques au Royaume-Uni et en France, démontrant son efficacité tant en termes de réduction d’émissions que de performance thermique.

Le lin est une autre plante aux propriétés isolantes et à faible impact environnemental. Cultivé principalement en Europe, il peut être transformé en fibres isolantes pour les bâtiments. Ces fibres sont non seulement renouvelables, mais elles offrent aussi une excellente isolation thermique et acoustique, tout en ayant un faible impact en termes d’émissions de CO₂.

Les exemples de projets intégrant ces matériaux se multiplient, notamment dans les bâtiments résidentiels et les projets de rénovation. En France, le chanvre et le lin sont de plus en plus utilisés dans les maisons passives et les projets à haute performance énergétique, offrant une solution durable pour les constructions du futur.

Avantages des Matériaux à Empreinte Carbone Négative

Réduction des Émissions de CO₂

Les matériaux à empreinte carbone négative jouent un rôle clé dans la réduction directe des émissions de CO₂. Grâce à leur capacité à capturer et stocker le dioxyde de carbone tout au long de leur cycle de vie, ces matériaux permettent de compenser une partie des émissions générées lors de la construction des bâtiments.  En intégrant ces matériaux dans les projets de construction, le secteur contribue activement à la réalisation des objectifs climatiques mondiaux, notamment ceux fixés par l'Accord de Paris [12]. À une époque où le secteur du bâtiment est responsable de près de 40 % des émissions mondiales de CO₂ [1], adopter des matériaux à empreinte carbone négative devient une solution concrète pour atténuer l’impact environnemental de la construction et participer à la transition vers une économie bas-carbone.

Performances Techniques et Durabilité

Au-delà de leur contribution à la réduction des émissions de CO₂, les matériaux à empreinte carbone négative présentent des performances techniques supérieures. Par exemple, les matériaux biosourcés comme le bois, le chanvre ou le lin offrent une excellente isolation thermique, réduisant ainsi les besoins en énergie pour le chauffage et la climatisation des bâtiments [13]. De plus, leur légèreté et leur résistance en font des matériaux faciles à manipuler et à intégrer dans des projets de construction, tout en améliorant l'efficacité énergétique des bâtiments.

Ces matériaux présentent également une longévité accrue, ce qui permet de réduire les coûts d’entretien et de maintenance. Le bois, lorsqu'il est bien traité et issu de forêts gérées durablement, peut durer des décennies sans perdre ses propriétés structurales. Les matériaux comme le béton à capture de carbone, quant à eux, bénéficient d’une grande résistance face aux intempéries et aux dégradations naturelles, offrant ainsi une solution durable et pérenne pour les constructions.

Certification Environnementale et Conformité

L’utilisation de matériaux à empreinte carbone négative facilite l’obtention de certifications environnementales telles que LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) ou BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method). Ces certifications valorisent l’intégration de matériaux durables et à faible impact environnemental dans les projets de construction, permettant aux entreprises de répondre aux exigences des clients soucieux de l’écologie tout en augmentant la valeur des propriétés certifiées.

En outre, l'adoption de ces matériaux est encouragée par les régulations et normes internationales. Dans un contexte où les gouvernements imposent des seuils de plus en plus stricts en matière d’émissions de CO₂ et d’efficacité énergétique des bâtiments, l’utilisation de matériaux à empreinte carbone négative permet de se conformer aux normes tout en anticipant les évolutions réglementaires. Ces matériaux deviennent ainsi des alliés pour les entreprises désireuses de rester à la pointe de la construction durable et de s'adapter aux nouvelles attentes du marché.

Défis et Perspectives d'Avenir

Limites Actuelles de l’Adoption à Grande Échelle

L’adoption des matériaux à empreinte carbone négative fait face à plusieurs limites qui freinent leur déploiement à grande échelle. L'un des principaux obstacles est le coût initial élevé. Comparés aux matériaux de construction conventionnels, les matériaux à faible impact carbone ou à empreinte carbone négative nécessitent souvent des technologies de production innovantes, des ressources biosourcées spécifiques, ou des processus complexes de capture et de stockage de carbone. Par conséquent, ces matériaux ont tendance à être plus coûteux à produire, ce qui se répercute sur le prix final de construction. Pour les promoteurs et les investisseurs, cette barrière financière peut rendre difficile leur adoption, surtout dans les projets à budget limité.

Un autre obstacle important réside dans le manque de connaissance et d’expertise au sein du secteur de la construction. La majorité des professionnels du bâtiment, qu'il s'agisse d'architectes, d'ingénieurs ou d'entrepreneurs, ne sont pas encore formés à l'utilisation de ces matériaux. Les techniques de construction impliquant du bois lamellé-collé ou du béton à capture de carbone, par exemple, nécessitent des compétences spécifiques et une compréhension des avantages et des défis uniques de ces matériaux. De plus, le manque de données concrètes sur les performances à long terme de certains de ces matériaux freine encore davantage leur adoption généralisée, car les investisseurs préfèrent des solutions éprouvées.

Solutions pour Accélérer l’Adoption

Pour surmonter ces obstacles, plusieurs solutions doivent être envisagées afin de favoriser une adoption plus large des matériaux à empreinte carbone négative. Tout d'abord, les innovations technologiques et les recherches en cours jouent un rôle crucial dans la réduction des coûts de production de ces matériaux. Les progrès en matière de capture de carbone, de traitement des matériaux biosourcés et d'optimisation des processus de fabrication permettent de rendre ces solutions plus accessibles financièrement. Par exemple, des projets pilotes démontrant la viabilité économique de l'utilisation de béton à capture de carbone dans des constructions à grande échelle ouvrent la voie à une adoption plus large.

En parallèle, les politiques publiques peuvent stimuler l’adoption de ces matériaux. Les subventions et les incitations fiscales accordées aux projets utilisant des matériaux à faible impact carbone sont essentielles pour rendre ces innovations plus compétitives sur le marché. Des gouvernements à travers le monde commencent déjà à mettre en place des réglementations visant à encourager la construction durable, comme des quotas de réduction d'émissions de carbone dans les nouveaux bâtiments ou des certifications environnementales favorisant l'utilisation de matériaux à empreinte carbone négative.

L'éducation et la formation sont également clés pour combler le manque d'expertise dans le secteur. En introduisant des modules sur les matériaux durables dans les programmes de formation des architectes et ingénieurs, et en organisant des formations continues pour les professionnels du bâtiment, il sera possible de diffuser plus largement les bonnes pratiques et d'augmenter la confiance dans ces solutions.

Ces actions combinées — l'innovation, les incitations économiques et la montée en compétence des professionnels — sont les leviers qui permettront de lever les barrières actuelles et de faire des matériaux à empreinte carbone négative une norme dans le secteur de la construction.

Conclusion

Les matériaux à empreinte carbone négative représentent une avancée majeure dans la quête d'une construction durable et respectueuse de l’environnement. En absorbant plus de carbone qu'ils n'en émettent, ces matériaux participent directement à la réduction des émissions de CO₂, un enjeu essentiel face à l'urgence climatique. Leur adoption à grande échelle pourrait transformer le secteur du bâtiment, traditionnellement considéré comme l’un des plus polluants, en un acteur clé de la transition écologique. De plus, les matériaux biosourcés tels que le bois, le béton à capture de carbone ou encore les isolants en chanvre et lin, offrent des performances techniques élevées, tout en réduisant les coûts d’entretien sur le long terme.

Toutefois, pour que ces matériaux deviennent une norme dans le secteur de la construction, il est indispensable d’accompagner cette transition avec des politiques de soutien, des incitations économiques et une formation adaptée des professionnels. Grâce à une adoption généralisée, ces matériaux peuvent non seulement répondre aux objectifs climatiques mondiaux, mais également offrir des bâtiments plus résilients face aux défis environnementaux et économiques de demain.

Enfin, l'intégration de matériaux à empreinte carbone négative facilite l’obtention de certifications environnementales telles que LEED ou BREEAM, devenues incontournables pour les projets visant l’excellence écologique. Chez Green Building Consulting & Engineering, nous accompagnons les entreprises et les promoteurs tout au long du processus, de la conception à l’obtention de ces certifications, en veillant à ce que chaque projet atteigne son plein potentiel en matière de durabilité.

L'adoption de ces matériaux ne constitue pas seulement une opportunité pour la planète, mais aussi pour l'ensemble du secteur de la construction, qui a l’occasion de repenser ses méthodes et de devenir un moteur de l'innovation durable.

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[1] United Nations Environment Programme (2021). Global Status Report for Buildings and Construction 2021. https://www.unep.org/resources/report/2021-global-status-report-buildings-and-construction

[2] Churkina, G., Organschi, A., Reyer, C. P. O., Ruff, A., Vinke, K., Liu, Z., ... & Creutzig, F. (2020). Buildings as a global carbon sink. Nature Sustainability, 3(4), 269-276. https://www.congress.gov/116/meeting/house/110542/documents/HHRG-116-II00-20200226-SD004.pdf 

[3] Levasseur, A., Lesage, P., Margni, M., Deschênes, L., & Samson, R. (2010). Considering time in LCA: dynamic LCA and its application to global warming impact assessments. Environmental science & technology, 44(8), 3169-3174. DOI: 10.1021/es9030003

[4] Nicholas Lippiatt, Tung-Chai Ling, Shu-Yuan Pan, Towards carbon-neutral construction materials: Carbonation of cement-based materials and the future perspective, Journal of Building Engineering, Volume 28, 2020, 101062, ISSN 2352-7102, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.101062.

[5] Sohngen, B., & Mendelsohn, R. (1998). Valuing the impact of large-scale ecological change in a market: the effect of climate change on US timber. American Economic Review, 88(4), 686-710. https://www.researchgate.net/publication/4901430_Valuing_the_Impact_of_Large-Scale_Ecological_Change_in_a_Market_The_Effect_of_Climate_Change_on_US_Timber

[6] Hongbo Liu, Jianxiong Zhao, Jingxian Zhao, Zhihua Chen, Shixing Zhao, Shuheng Yang, Experimental study on the mechanical behavior of glulam suspendome considering the influence of prestressing, Journal of Building Engineering, Volume 95, 2024, 110180, ISSN 2352-7102, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.110180.

[7] Saule Tulebekova, Kjell Arne Malo, Anders Rønnquist, Petter Nåvik, Modeling stiffness of connections and non-structural elements for dynamic response of taller glulam timber frame buildings, Engineering Structures, Volume 261, 2022, 114209, ISSN 0141-0296, https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114209.

[8] Forest Stewardship Council. (n.d.). Certification. https://us.fsc.org/en-us/certification

[9] Andrew, R. M. (2019). Global CO2 emissions from cement production. Earth System Science Data, 11(4), 1675-1710. https://doi.org/10.5194/essd-11-1675-2019 

[10] CarbonCure Technologies. (2024). Studio Eugenia: CarbonCure concrete technology in action. https://www.carboncure.com/wp-content/uploads/2024/05/OP-StudioEugenia-1.pdf

[11] Kenneth Ip, Andrew Miller, Life cycle greenhouse gas emissions of hemp–lime wall constructions in the UK, Resources, Conservation and Recycling, Volume 69, 2012, Pages 1-9, ISSN 0921-3449, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2012.09.001.

[12] Höhne, N., Ellermann, C., & Fekete, H. (2014). The Paris Agreement: a global framework for climate action. German Institute for International and Security Affairs. https://www.idos-research.de/uploads/media/DP_34.2014.pdf

[13] Kharissova, Alena & Kharissova, Oxana & Kharisov, Boris & Peña, Yolanda. (2024). Carbon negative footprint materials: A review. Nano-Structures & Nano-Objects. 37. 101100. 10.1016/j.nanoso.2024.101100. 

written by Mehdi BELAHOUCINE